地铁与轻轨设计第节地铁设计实例

第五节地铁设计实例一、工程概况二、设计要求三、结构形式四、计算条件五、围护结构计算六、车站使用阶段横向框架结构计算七、车站纵向分析八、抗浮验算九、抗震要求十、人防验算十一、结构防水一﹑工程概况车站位于市中心，周围建筑较多，交通复杂，有大量的地下管线，埋深较大。车站为地下标准乙级站，且为换乘站。站台长度120m，车站设计内净总长176m，内净宽度19.6m。车站建筑要求站台层净高4m，站台至轨道底板面1.59m。车站标准段基坑开挖深度15.32m，端头井深度17.02m,换乘段基坑深度21.99m。车站建成后上面为道路。图4－19车站地下连续墙及支撑平面图图4－20车站基坑纵剖面图二﹑设计要求⒈结构形式和施工方法的选择，应考虑工程水文地质、总体规划要求、环境条件和道路交通状况．并对技术、经济、工期、环保和使用效果作综合比较。⒉按有关设计规范对其在施工阶段和使用阶段．根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，进行强度、刚度、稳定性和抗浮计算，并进行抗裂和裂缝开展宽度验算。三﹑结构形式本车站结构形式为双层双柱三跨框架结构。覆土3m，其中有三跨为与其他线车站的换乘段。车站标准段围护结构采用0.8m厚、28m深地下墙。车站标准段剖面图如图4－21。图4－21车站标准段剖面图四﹑计算条件⒈荷载标准⑴平时荷载1)站厅层、站合层、楼梯和车站人员管理用房等部位的人群荷载，取4kPa；2)内部设备控等效面载8kPa计算，特殊设备为什；3)地面车辆荷载按折算等效均有荷载取20kPa；4)覆土荷载取γ＝19kN／m3，覆土厚度取3m；5)列车车辆荷载按6节编组考虑，轴重14t，折算等效静载20kPa；6)水土侧压力原则上按朗金土压力理论；7)施工堆载取20kPa。⑵地震荷载1)地震荷载参数水平地震系数Kh取0.1，垂直地震系数Kv取(1/2～2/3)Kh。（验算结构抗浮能力时考虑）。2)支承设置被动侧设置水平弹簧支承，在框架底设置竖向弹簧支承。3)竖向荷载顶板上覆土重、结构自重、0.5活载；底板反力取自重反力或水反力两种工况。⑶人防荷载仅用作结构验算⒉荷载组合⑴施工开挖阶段围护结构承受荷载1)侧向水土压力；2)支撑预加轴力；3)地面施工荷载引起的侧向压力。⑵使用阶段框架结构承受荷载1)荷载基本组合：结构自重、地面超载或地面车辆荷载、竖向土层重、水土压力、人群荷载或设备荷载、列车荷载等。2)荷载偶然组合：①结构自重、竖向土层重、水土压力及地震等效静载等；②结构自重、竖向上层重、水土压力及人防等效静载等。⒊工程材料⑴钢筋混凝土及混凝土除满足强度需要外，还要考虑抗渗、抗侵蚀的要求；混凝土强度等级：车站内部结构柱采用C40，内衬、梁和墙采用C30，地下连续墙采用C30；地下墙、内衬、顶板和底板抗渗标号均采用S8。⑵钢筋采用Ⅰ﹑Ⅱ级钢筋，钢结构构件一般采用A3钢。

⒋工程地质概括车站﹑地质结构剖面示意图（见图4－22）。图4－22车站纵剖面与地质剖面土的物理力学性能指标表4－12土层名称天然含水量ω(%)渗透系数固结快剪天然密度静止侧压力系数KhKvC(Pa)Φ(0)(10-7cm/s)①－杂填土①－2素填土②－1褐黄色粉质粘土30.914.92.082121.518.60.51②－3b灰色砂质粉土28.33416.27538.518.90.36④灰色淤泥质粘土49.52.334.271111.016.80.58⑤－1b灰色粘土42.82.053.161413.517.30.52⑤－1b灰色粉质粘土34.52.143.051518.518.00.45⑥暗绿～草黄色粉质粘土23.94020.019.8⑦－1a草黄色粉质粘土25.5331.519.4⑦－1b草黄色粉砂27.2336.518.9⑦－2灰色粉砂27.6039.519.0⑧－1灰色粘土37.42516.517.8⑧－2灰色粉质粘土夹砂质粉土29.51724.518.9⑨灰色粉细砂26.9535.519.0五﹑围护结构计算⒈围护结构

车站标准段围护结构采用0.8m厚、28m深地下墙，人土深度比λ=0.83。⒉支撑系统

采用Φ609钢管支撑，对撑水平间距4m／2m间隔布置，对撑部分不设围檩，对钢支撑施加预应力，其值按设计轴力的70％控制。⒊基坑稳定性验算

经计算，抗隆起安全系数、抗滑动安全系数、抗倾覆安全系数、整体稳定性、抗管涌稳定性均满足规范要求。

基本假定如下：⑴采用弹簧模拟地基对墙体的作用。非加固区KH最大值为10000kN/m3，加固区KH最大值采用20000kN/m3，分布形状为基底以下5m内按直线变化,5m以下按矩形分布。图4－23计算简图⒋基坑强度变形计算⑵墙背侧土压力荷载假定为直线分布，采用朗金主动土压力理论，按水土分算计算。

式中：hi—各层土的厚度；

γ—在地下水位以上取各层土的天然容重，以下取为各层土的浮容重；

γw—水的容重；

Φ—土的内摩擦角；

q—地面超载。深层h处土压力强度:

⑶采用顺筑法施工，支撑的垂直位置需经过对比设计加以优化，既要满足施工要求，又要起到减少地下墙内力和配筋量的目的。最下一道支撑至基坑底面的距离控制在2.5m左右。围护结构计算工况如图4－24，计算结果见图4－25。图4－24标准段工况图（12种不同开挖、支撑、内框架浇注工况）图4－25弯矩和剪力图⒌地下墙配筋计算在基坑开挖中，支撑预加应力值为计算支撑力的70％左右，因此地下墙配筋计算中，应考虑支撑预应力的作用。地下连续墙的配筋图见图4－26。

图4－26地下连续墙的配筋图（单位：mm)图4－26地下连授续墙的汽配筋图仔（单位占：mm)⒍基坑搭设计紫中应棵注意泥的问抓题地下塞水位雨为0.录5m；⑦－1层为承连压含水邪层。当产换乘段顺开挖至介基坑底21.毛99m时，挖其下蔑卧土端层厚叼约7.5m左右，而团承压水压炸力为24定5k皱Pa，下丹卧土机层不货能抵湾抗承屠压水太压力而，因傲此本细车站嚼换乘陈段基摔坑开略挖时激不仅框要降肢地下窑水（斗潜水言），榜还要服对承渗压水浑采取狐减压港措施嚼，即恨降低肾承压魔水压鄙力。六、膀车站绳使用悬阶段扒横向何框绿架结检构计坦算图4－27使用昨阶段备弯矩蔬图(kN)图4－28使用吴阶段压剪力着图(kN)图4－29框架配筋尊图（单位:mm语)车站主柱体结构谷和地面返结构主驶要截面梅尺寸表4－13序号名称截面尺寸或厚度(mm)混凝土标号主体段端头井换乘段1顶纵梁800×1600800×1800800×1600C302站厅层纵梁650×1000700×1100650×10003底纵梁800×2190800×2400800×18904顶板8005站厅层顶板4006站台板2007底板900100012008内衬6004009柱600×900800×800Ф800C40七、车劝站纵向核分析⒈车站顶淡板、顶纵幼梁，中板姓、中纵梁代，底板和耳底纵梁设妙置诱导缝轧，车站纵亿向诱导缝扰间距原则殖上为24m，设置在1/3跨度处竿；⒉采摩用800盘mm厚刚旱性接升头衔恐接地绪下墙未；⒊底板、要中板、顶既板的纵向掌合筋率均环取0.4％（双面敲）左茎右。八、葱抗浮看验算⒈矩倒形框述架受贸浮力贞作用琴进行涛横向父框架梁内力纸计算未时，筑只考绍虑结虽构自个重、猛覆土亚重量腐、地路下墙击可用爸的抗里浮摩似阻力靠以及嫩作用挠在底伐板面捏上的尿全部芦浮力阵；⒉地下墙邪与土体的碍摩阻力取5k滚Pa；⒊地下合水位按收地面以样下0.5m考虑巩，建妇成后妇使用女阶段榨抗浮园安全安系数张大于1.鞋10；九、呆抗震停要求车站结构种抗震烈度膊为7度，征设防西分类遣为乙须级，辱按8度采取相多应抗震构游造措施，泰抗震等级述定为二喜级，以提盼高结构和略接头处的必整体抗震越能力。⒋若滔底板纠不设彩倒滤遵层，蛛应在缝底板役设置狸泄水回孔影；⒌增加结饮构自重或墙在底板下蛾设置土锚歇和抗拔桩腿是使用阶侵段主要的偿抗浮措施感。图4－30人防计驴算简图⑴战时荷续载下，只丛验算结构膊承载力。⑵人备防抗旺力按6级进行结我构强度验吩算。人防蜓计算简图虚如图4－30，平时雕配筋率阁能满足电战时要志求。十﹑人防验葬算十一﹑结构防今水⒈遵利循“拜以