地铁车站结构计算

地铁车站计算中交第二公路勘察设计研究院有限公司2013.01提纲明挖结构一、围护结构计算二、主体结构计算暗挖结构一、常见结构型式及施工方法二、结构计算明挖结构一、围护结构计算二、主体结构计算围护结构计算常用软件有：理正深基坑、同济启明星、SAP84等。以及一些地方软件如武汉地区的天汉软件等。（一）常用计算软件一、围护结构计算明挖结构

以上基坑计算软件的原理：围护结构按平面问题进行分析，取“荷载-结构”模式，采用弹性有限元法进行计算。计算按“增量法”原理模拟施工开挖、支撑和回筑的全过程进行；地基与围护结构的共同作用采用水土压力及一系列不能受拉的弹簧进行模拟。

增量法的基本原理：每一施工步骤的外荷载和所求得的结构位移、内力都是相对于前一阶段完成后的增量。本步的增量位移、内力需与之前的所有阶段的增量位移、内力叠加后方可得到本步完成后结构的实际位移、内力。（二）基本原理一、围护结构计算

明挖结构设：第一步的增量位移、内力结果为ΔR1第二步的增量位移、内力结果为ΔR2……第n步的增量位移、内力结果为ΔRn则：第一步的位移、内力结果为R1=ΔR1第二步的位移、内力结果为R2=R1+ΔR2

=ΔR1+ΔR2……第n步的位移、内力结果为Rn=Rn-1+ΔRn

=ΔR1+ΔR2+ΔR3+……+ΔRn-1+ΔRn（二）基本原理一、围护结构计算

明挖结构（三）施工步骤一、围护结构计算

施工步骤的书写应与计算工况、计算图式一致，应正确理解“先变形、后支撑”的含义。（以地下二层、四道支撑的明挖车站的施工步骤为例）1.dwg

通俗地讲，每一次开挖以后支撑不可能马上设置好。如钢支撑需要吊运、拼接、起吊、顶紧；混凝土支撑需要绑扎钢筋、立模板、浇筑混凝土、养护。这些都需要比较长的时间，围护结构内力、位移的大部分发生在这个时间段里。正是因为每次开挖以后支撑不能及时设置，才有了“先变形、后支撑”。每一步的计算工况是指该步开挖完成，支撑即将设置还未设置时的状况。明挖结构（四）计算图式一、围护结构计算

（以地下二层、四道支撑明挖车站开挖阶段为例）从图中可以看出，每一步所施加的荷载均是相对于前一阶段完成后的增量；每一步的计算图式均与该步的工况一致，也与施工步骤一致。明挖结构（五）计算荷载一、围护结构计算

明挖结构（五）计算荷载一、围护结构计算

以上荷载中，土压力是地铁车站承受的主要荷载，其选用是否得当关系到结构的安全度。土压力有主动土压力Ea、被动土压力Ep、静止土压力E0之分，三者大小关系：

Ea＜E0＜Ep土压力的选取：a、合算的规定：施工阶段：对粘性土层采用水土合算，对砂层采用水土分算。但有地区经验时可以全部采用水土合算。使用阶段：一律采用水土分算。b、侧压力的选用：施工阶段：一般采用主动土压力，对变形有严格要求时采用静止土压力。使用阶段：采用静止土压力。明挖结构（五）计算荷载一、围护结构计算

c、侧压力的计算：水土侧压力有三种模式：矩形土压力、三角形土压力、经验土压力。矩形土压力、三角形土压力按郎肯（朗金）土压力理论计算。其中三角形土压力很少采用，多数采用矩形土压力和经验土压力。矩形土压力

三角形土压力

矩形土压力按郎肯（朗金）土压力理论计算。经验土压力=经验土压力系数x土体竖向应力。明挖结构对于盖挖顺筑、盖挖逆筑、或非长条形基坑的围护结构，需要正确模拟支撑或结构板的刚度，计算方法同前。（六）其他形式的围护计算一、围护结构计算

明挖结构（一）结构型式二、主体结构计算根据围护结构与主体结构的关系，主体结构侧墙可有单一墙、叠合墙、复合墙、临时墙四种形式。（1）单一墙：围护结构直接作为主体结构侧墙，不另作参与结构受力的内衬墙。围护结构应采用连续墙，且槽段之间的接头需做特殊处理。由于单一墙的结构耐久性不能得到保证，现在已经很少采用。（2）叠合墙：围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组成叠合式结构，通过结构和施工措施，保证叠合面的剪力传递。围护结构多采用连续墙，在连续墙对应于内衬结构板的位置预埋钢筋接驳器以保证围护与主体结构顶、底板、楼板节点的刚接，并对连续墙与内衬墙的接触面做凿毛处理或设置足够的连接筋。明挖结构（一）结构型式二、主体结构计算

（3）复合墙：围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组成复合式结构，墙面之间不能传递剪力、弯矩，只传递法向压力。此时，围护结构可采用钻孔桩、连续墙等。（4）临时墙：围护结构仅作为施工期的临时支挡，使用阶段侧向荷载全部由内衬墙承受。此时，围护结构型式有放坡开挖、重力式挡墙、土钉墙支护、SMW桩支护、以及其他类型的临时支护。其中，复合墙结构应用最为广泛；叠合墙结构在上海市应用比较普遍，也可用于逆筑法施工的地下结构。明挖结构（二）计算图式二、主体结构计算

围护结构与主体结构侧墙之间采用受压连杆模拟。

侧向荷载：围护结构承受水土分算的静止土压力，内衬墙承受静水压力。（常见错误：把内衬墙与围护剥离开来，单独承受静水压力。）复合墙计算图式明挖结构（二）计算图式二、主体结构计算

连续墙作为主体结构侧墙的一部分，叠合后将二者视为整体墙。

侧向荷载：围护和内衬墙共同承受水土分算的静止土压力+水压力。

（单一墙计算图式类似叠合墙）叠合墙计算图式明挖结构（二）计算图式二、主体结构计算

侧向荷载：内衬墙承受水土分算的静止土压力+水压力。临时墙计算图式明挖结构（二份）计森算图甚式-柱尺寸欺的输入二、荡主体苗结构旨计算沿车子灶纵向取1米按横寄向框架缺计算时优，由于森柱子主火要承受巧轴力作福用，弯坛矩很小铁，因此纯输入软工件里的评柱尺寸鞭按等截狂面积折谋算到每程延米上组。如左镜图中获柱横宴向尺押寸h，纵向狐尺寸b，柱跨如为L。输入软戴件的柱奇尺寸：h=图中的hb=图中给的b/L明挖结载构（三其）计您算荷笋载及插组合二、掌主体掌结构铺计算明挖价结构荷载省（略浮）荷载免分项必组合凉系数（四肠）板拌墙配湖筋二、杜主体减结构显计算明挖结曲构根据线计算神的弯轿矩、罢轴力牲、剪短力进剥行板静墙的感主筋栽及支酒座附繁近的哭箍筋仙配置漆。1、板墙军主筋：一般地记，顶、扮底板按松纯弯构塌件配筋责，楼板姜按压弯冻构件配俩筋，侧晓墙按纯拦弯构件扔配筋。2、板墙搏支座附警近的箍命筋：单肢震箍与缓拉筋例的异猎同点感：拉等筋和讲单肢返箍的劝钢筋伪形状竭相同新，都乡丰具有礼抗剪量作用样。但拉筋仅为察构造顺要求到，单纹肢箍政需按镇抗剪小计算歉确定傻；拉铃筋要求拉且住两个金方向上谁的钢筋汉，而单牙肢箍仅爹要求拉燃住主筋。板墙内湖单肢箍勤计算方糕法：将奇板墙视捏为宽度按为1米，高荷度分别鞭为板墙娇厚度的颤梁，按梁卖箍筋的英计算方风法进行艰板墙内县的单肢附箍计算察。3、对探裂缝搏宽度爹限值共（控县制值尾）的撑理解共：地铁车恭站一般屠要求外板侧的裂伏缝宽度耕限值0.演2m忌m，内侧冈的裂缝庙宽度限闹值0.朴3m土m。即要斜求裂缝霞宽度计瞧算值应岔接近限辜值，但忽不超过浇限值。较并非裂摸缝宽度制越小越允好，否握则设计瘦就失去究了控制扩。（五）衡纵梁计昆算二、纪主体泄结构妨计算由于吩上述侦方法帽采用芹的是排平面现计算芳，可钓以得邮到横厚向构想件板洗墙柱尽（每拾延米孤）的裤内力下、位猾移，受无法荣得到士纵梁注这些众纵向睁构件斩的计现算结装果，望因此直纵梁老需另搭行计潮算。斩常用5跨连忙续梁奋进行初计算鄙。明挖秃结构纵梁厨计算馒图式（五）裹纵梁计隐算-梁上仪荷载二、主死体结构季计算断面计拳算的轴沿力图（KN/该m）明挖结六构根据前翅面断面轨计算的死柱上轴钳力，可傍得到纵税梁荷载q：顶纵支梁荷弟载q=N凯1底纵梁液荷载q=N纺4楼板秘梁荷然载q=括N3也-N领2（六）躁抗浮计料算二、主窗体结构威计算明挖结日构计算结科构自重+覆土唇重、淡结构棒所受贤的浮贡力，恶并计博算两煎者的掌比值K。（馋抗浮苗安全玻系数1.防05）不满劈燕足计入小围护涨结构冬的浮妈重，智计算K。（事抗浮爷安全惕系数1.访05）不满锄足计入围民护结构浇的浮重+侧壁摩锤阻力，摩计算K。（刊抗浮咬安全毯系数1.1骆5）不满未足设抗粗拔桩叙计算悼。此粥时，倚建议杏不考鹊虑侧婆壁摩富阻力呢，抗舟浮安盯全系摘数取1.好05。满足结束满足满足抗浮英计算尚一般停流程当分匙段进馒行抗虑浮计孟算时斜，各喇段的举计算限标准枯应统埋一。（六沉）抗雪浮计粥算二、必主体冰结构赠计算抗浮杀计算输常见丹问题立：1、覆刘土重少量计这算：常见错而误:地下水患位以下购的土容改重不取萍浮容重也。2、结功构所嚷受浮枯力计演算：常见筛错误:浮力计弄算时高斥度取h3饮+h辱2。错误贵的原控因：聋误以爷为土照受到开的浮舅力等贤于土举所排惊出水般的重温量。愈带来竞的问沫题是泻：覆幻玉土厚符度越驳大，煮误差器越大肠。当伐按正暂确方引法计劈燕算的热抗浮欠安全固系数桐小于1时，躺覆土沃厚度屯越大用越危习险。正确苏的计疯算：地下水烈位以上贺的填土广重量=γ雄h1地下水溉位以下姐的填土健重量=（γ-1最0）h2（γ为填呆土的狗天然征容重泰，10为水乔的容顽重）结构舟所受笋浮力=等于结病构排出脂水的重婆量=W泉h迫3汽10（W为结榜构宽法度、h3为结构浇高度）明挖温结构当设置瓶压顶梁调，考虑默围护结言构压重炕时，地窗下水位仪以下的监围护结嫌构重量艘应采用态浮重。（七）节几点说隙明二、怎主体愤结构承计算明挖结找构1、严格核地说，菊主体结举构也应迫模拟开晕挖、回映筑的全雄过程，刮按增量驳法进行卷计算。香经比较德主体结停构采用凡一次加饲载计算港的结果富与采用铲增量法誓计算的宽结果，贡两者差崇别不大茎，计算虚结果都野可用于宾设计。附因此，客主体结护构可以床采用一枣次加载娇计算。2、主体申结构计贼算时，苹可以不废分恒载狡、活载捡，统一蒜按标准励值输入鞠结构模杆型一次父加载计饰算，得杨到内力永的标准廉值。近粘似地用捞此标准兆值乘以婚结构重棍要性系脆数（1.惹1）乘以弓荷载分府项系数传（1.3排5）得驶到内守力设敌计值黑。按馆此处车理得岭到的智计算被结果燃能满绳足安葬全、惠经济续的要等求，碎已为辅多数岩设计叠院采唤纳。3、空间估结构的颠设计一绍般需要先基于断因面计算侍的结果霸做调整兄。但是龄应进行倾必要的贺空间分找析，以值校核结嘴构的安矛全性。4、地铁疗车站结着构应视揭为板式善框架结怨构，板宝墙配筋刘及节点垃的配筋良构造应至等同框盏架。暗挖结爆构一、常蚂见结构烂型式及稠施工方布法二、邻结构输计算一、常触见结构发型式及抵施工方旷法暗挖我结构暗挖碑法主单要有庄盾构援法、港顶进烟法、稼矿山咐法。兼在此册，暗王挖法肿特指坐矿山容法。采用羞矿山钉法需猜要考佣虑以休下几贺个方团面：1、施印工时终不允挣许干琴扰路荣面交肾通，怪或因翠埋深宋过大境，或侦因拆展迁过只多，挑采用肆明、耽盖挖嚷法非梦常不旦经济匠。2、在白埋深翠较大盏的硬搏质围登岩地划层，爆矿山构法有宁较好靠的适岂应性职。3、在豆第四爱系的折松散茧地层沙中用僵矿山败法修鞭建地育铁车楼站时烈，必底须与叹明、誉盖挖李方案忌进行寄全面栗比较符，经赤充分嫩论证鸭后采乒用。4、在饱将和软土筒地层中焦无法疏持干地下需水，或咐即使进马行预加悬固预处芹理，加疑固后的浙自稳性摊仍很差版时，可胡认为不芦适宜采五用矿山悼法，如气上海等晶地区。总之，厘围岩是久否有足匙够的自矮稳能力绍，是能拐否采用貌暗挖法令的关键陷。暗挖庙结构（1）单挖层单超洞式送车站岛式省站台州车站侧式站结台车站单层爷单洞称式车赔站有情岛式屑站台厅和侧蓬式站部台两搁种，甘需设稀置斜袋通道喝或横淡通道色连接胳站厅扁层。1）常禾见结散构型炉式一、常估见结构票型式及低施工方皱法暗挖片结构（2）单刃层双战洞分拆离式仓车站（3）单天层三秋洞分滑离式姜车站这两种办车站一唐般为分额离岛式将，需在广站台层筝每隔一狂定距离独设置横婚通道联核系两个北分离的途站台，疯并需设漫置斜通拼道连接恰站厅层欺。一、走常见特结构府型式锻及施恩工方赤法1）常见罚结构型水式暗挖结捏构（4）单猫层双迷拱式承车站岛式站注台车站侧式站眼台车站单层双至拱式车惊站有岛精式站台伪和侧式腿站台两烂种，需断另考虑款进出站适台的途撞径。一、常释见结构皇型式及左施工方匹法1）常背见结根构型调式暗挖洽结构（5）单咏层三董拱式课车站此种车久站一般述为岛式谎站台。一、衫常见惊结构宝型式租及施多工方抵法1）常类见结犹构型皆式暗挖结思构（6）单层饰单洞+双层单悬洞式车别站此种车愚站一般气为分离维岛式站叔台，需劫在站台建层每隔裤一定距鲜离设置例横通道生联系两艇个分离址的站台收。双层揉隧道的搭上层可尖作为乘温客通道将或站厅毛层。一、高常见数结构卷型式劳及施梨工方限法1）常见柿结构型宁式暗挖然结构（7）双毅层双迎跨车糖站双层双设跨车站哄适用于尺围岩条诉件较好佳的地段海，在软阿岩、土慌质地层锣中采用融，应有拆可靠的呀辅助措孙施，并崖经过充国分的可镰行性分饼析与论醒证。一、籍常见训结构仙型式距及施接工方玩法1）常见冒结构型锻式暗挖汇结构（8）双层愧三跨车厘站双层三岭跨车站需适用于音围岩条赠件较好颈的地段电，在软手岩、土豪质地层红中采用奶，应有逮可靠的剪辅助措突施，并还经过充绕分的可烟行性分桶析与论蠢证。一、趣常见津结构纠型式磁及施漆工方祝法1）常见窗结构型脸式暗挖骂结构（9）双常层单畏拱车亏站双层单太拱车站街适用于皮围岩条遇件较好突的地段茧，不适树用于在懒软岩、茫土质地济层中采雕用。总之，戏暗挖车绿站根据蛋站址的筑建筑物个、地下崇管线、些地质情唤况、线汤路条件旷、功能种要求等既因素，劣结构型默式可以陈灵活多钓样，在傅此不胜汤枚举。一、常窜见结构贵型式及调施工方庙法1）常货见结防构型漠式暗挖结匙构2）施工应方法一、江常见帐结构要型式嗓及施贫工方史法暗挖结紧构2）施工膊方法一、夺常见竹结构村型式遗及施每工方宏法二、结盒构计算暗挖壤结构暗挖混结构蛋采用戏的计季算方帜法可令以归狭纳为狸四种田：经验类贡比法（捧或工程之类比法惜）地层-结构模悲型（或款连续介铅质模型塌）约束-收敛尖模型荷载-结构模誉型（一）例常用计血算方法（一）寒常用计面算方法二、结扒构计算暗挖结秧构四种止模型秃各有靠适用供条件纤及优相缺点厚：1、经因验类沃比法由于访地下终结构刃受到络多种摧因素围的影难响，栽按理景论计数算的坛结果畅常与蛇工程墙实际岭有较愈大的捕差别秤，即难使受己力分阿析采忍用了腰比较糟严密态的理起论，谈计算斜结果竟也需恨要用诊经验诱类比定法进倦行补梯充和还判断轰，可羡以认粥为隧闲道设斑计是础一种到基于鱼经验阔的技虎术，风故“铁经验筹类比姥法”陶仍占器有重产要的舟地位借。在暗挖疗结构设社计中，萝初期支只护设计炎主要采驾用经验芹类比法场。2、地尽层-结构模蔬型又称昂连续壁介质音模型揭，是欺将地痕层和捡结构种视为族共同愧受力旬的统欢一体巩，可楚以分理别计绢算衬液砌和狗地层吉的内价力，哪从而鼓验算吊地层循的稳直定性逝和进惜行结居构设叔计。请通常疲有数李值解厕法和伏解析罗解法韵两类竖。从络理论口上讲占，此依种模圆型最粘为合边理，催但由地于实惯际问散题的桂复杂杀性，怀只有田小部奇分问口题取杆得了追解析游解，戚而大持部分羽问题擦只能丢依赖当数值灭解。数值栗解使对用最挽多的眨是有利限元与。有解限元限本身目严密嫁精确鬼，但毅由于角岩土煌本构兽关系惨复杂衰、岩平土计帝算参化数取纠值的轮不精悟确性端以及滴其结教果难辜以验沃证，态使有拢限元条计算商结果姑不能朝在工歪程中泪得到咸直接爷应用竖，只绍能作企为设迁计的睬定性浴参考摔。二、则结构演计算暗挖结施构在较凯重要戴的工输程中庭，常咬采用氏地层-结构勒模型弦定性毙分析滔结构练的安蚁全性疤、施替工方悦法的庸可行乏性和触地面炕沉降览。3、约束-收敛模旋型以收地敛量觉测数搅据为办依据阅的反色分析尿法，逢其结被果的蓬可靠柔程度享完全撞依赖汇于测倘试数笛据的惰可靠铲程度想。因稍此，每收敛笔基准鞭点的活设置悉、高嚷精度臂量测苦工具渣和量置测技橡术的伟采用局都是庙非常件重要同的。子此法张的原沾理还缘瑞不完乓善，的存在针许多厕问题妄也难甜以解程决（她如地俗层和例衬砌献的响飘应曲船线无挠法正园确确脉定）退，使呈得该枝方法料只能灯停留慰在定景性的惑描述嫌阶段炊，实令际设娃计中嫩很少显采用盛。4、荷载-结构接模型是地锹下工吩程设术计中屈使用幻玉最多她的一培种方越法，下我国本现行《地铁设里计规范》、《铁路派隧道合设计鸦规范》也均推讯荐采用沾。采用为这种计感算模型脱，具有纪明确的凡受力概厅念及安棋全系数层评估方机法。在扎地下工农程设计咽中，除陵确有可海借鉴的普工程经昌验进行资类比，黑一般都坚要进行笑受力分败析。暗挖结香构中，仍大多采波用荷载-结构模即式分析阳二次衬纺砌，有兼时也用践于分析州初期支亦护。（一）逐常用计绍算方法（二）拾荷载-结构模科型二、结乌构计算暗挖结藏构根据农地层粗对结若构的受约束讲能力毕，荷盒载-结构模芳式又分锐为“自符由变形复法”、伸“径向坊反力法鞭”、“倡径向切座向反力水法”三加种。三器种模型浸中“自疾由变形往法”最寄为简单潜，“催径向和施切向反陆力法”搜最为复通杂，计你算精度目从“自捎由变形面法”到豪“径向穿和切向细反力法森”越来辈越高。（1）“自菌由变形板法”认为结搅构处于是自由变亮形状态戚，结构膛所承受旨的荷载及只考虑蹲土体的悬竖向和饿水平压棉力、结车构自重会、竖向租匀布的凭地基反圆力，不胆考虑地孩层对结搅构的弹材性反力办作用。自由变险形法计矿算图式1）荷喜载-结构爱模型堪分类二、混结构室计算暗挖结奇构（2）“径批向反力承法”认为结毯构在外启荷载作石用下向岁地层发累生位移碰时，地傅层会提机供沿结渴构径向酬的弹性瞎反力，筋但不考糟虑地层逮对结构禽的切向构摩擦力银作用。挨在计算寨模型中洗，结构阅外侧采冈用径向翻的受压排弹簧模站拟地层牺对结构闻的弹性超反力作攻用。径向菊反力辨法计疫算图逢式（二）垦荷载-结构悼模型1）荷侄载-结构将模型坦分类二、速结构燥计算暗挖从结构（3）“笔径向迫切向凶反力献法”认为兄结构独