地铁车站结构及施工组织设计-毕设论文.doc

前言
地铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统。但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。地铁属于城市快速轨道交通的一部分，因其运量大、快速、正点、低能耗、少污染、乘坐舒适方便等优点，常被称为“绿色交通”。
面对21世纪我国城市地下空间开发利用的广阔市场，目前，我国将有20余座城市建设地铁，至少将建250km。2010年9月27日上午，沈阳地铁一号线正式通车，成为全国第七座、东北首座拥有地铁的城市！截止2012年元旦共有两条线路，41座车站运营中。
本设计说明书通过文字说明、图表等形式阐述了地铁车站结构及施工组织设计，根据大量文献和初始资料，决定采用采用双层双跨箱形框架结构。在设计过程中，得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助，在此表示感谢。由于设计时间和本人能力有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。

1 概述
1.1 工程概况
沈阳地铁三号线设8座地下车站，均采用明挖施工，区间大部分为盾构施工，配线段和覆土不满足盾构工法要求段及出入段线采用明挖。全线设8个车站，全部为地下车站，区间隧道施工方法有矿山发法、盾构法、明挖法等。小津桥车站采用双层双跨箱形框架结构，车站长度157.7m，底板埋深11.2m，施工方法采用明挖顺作法。
1.2 工程地质概况
在区域地质构造上，沈阳市区位于华北地块内，根据地质构造活动的特点，沈阳市位于凹陷地块内，大地构造上处于辽东块隆与下辽河-辽东湾块陷相交接的部位。在区域新构造运动上，沈阳市位于千山-龙岗上升区，第四纪时期主要表现为掀抬式上升，为重力场的高重力带异常区。
沈阳地区地貌属于浑河冲洪积扇，地势平坦，市内最高处是东部的大东区，海拔65m，最低处是西部的铁西区，海拔36m，平均海拔约50m，地势由东向西缓慢倾斜。
沈阳市属于受季风影响的北温带半湿润大陆性气候，一年四季分明，春季平均气温在10℃左右，夏季最高气温达35℃以上，秋季平均气温20℃左右，冬季最低气温达-26℃以下。全年平均气温在11℃左右，年降水量约为750mm。年平均相对湿度为65%。
地层土质概述：
勘察场区处于沈阳地区北部，地势相对平坦，最高处高程是北部终点，高程75.14m，最低处高程是42.91m，平均海拔约50m，地势由南向北缓慢升高。主要地貌为浑河冲洪积阶地，沈阳冲洪积扇和第四系冰碛物。
本工点建筑场地地形起伏较大，地面标高介于55.93-65.58m之间，场地所处地貌单元为浑河冲洪积阶地。
1、本次勘察本场地揭露的地层主要有：
（1）、第四系人工堆积层①：以杂填土为主，局部见素填土，时代成因为（Q4ml）。
（2）、第四纪沈阳冲洪积扇②：冲洪积为主，上部为冲洪积粉质粘土，局部为粉土，向下为砂土及碎石土，粒度由细变粗，埋深和厚度变化大，常见有粗细不同的夹层和透镜体，时代成因为（Q4al-pl）。
（3）、第四系冰碛物④：以碎、砾石为主，含20-30%的粘性土，原岩呈强风化-全风化，时代成因为(Q2)。
2、勘察揭露地层土质自上而下依次为：
（1）、第四纪全新统人工填筑层（Q4ml）
杂填土(耕土)（①）：主要由建筑垃圾、碎石类土、砂类土及粘性土组成，松散～稍密，局部地段顶部为沥青路面。该层场区普遍分布。
（2） 、第四纪浑河冲洪积阶地（Q3al-pl）
粉质粘土③-1：黄褐色，含少量铁锰质结核，可塑，局部硬塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。
（3）、第四系冰碛物(Q2)
泥砾④：杂色，碎、砂砾石占40～60％，一般粒径10～20mm，可见最大粒径30～60mm，混粘性土20～30％，本次勘察未穿透该土层。

5
地基土物理力学性质指标综合成果表　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　
地
层
编
号
地
层
名
称
数 指
值 标
项 目
天然
含水率
ω
（%）
天然
重度
γ
(kN/m3)
天然
孔隙比
e
液
限
ωL
（%）
塑
限
ωp
（%）
液性
指数
Il
压缩
系数
a1-2
(MPa-1)
压缩
模量
Es1-2
(MPa)
直剪(快剪)
三轴试验
标
贯
N
(击)
动
触
N63.5
(击)
不均匀系数
Cu
曲率
系数
Cc
粘聚力
C
(kPa)
内摩
擦角
φ(°)
UU
粘聚力
C(kPa)
内摩擦角
φ(°)
③-1
粉
质
粘
土
频 数
104
93

96
104
80
68
75
42
51
35
25
30
395

最大值
33.3
20.3

39.9
23.9
0.68
0.340
9.06
56.8
23.9
69.9
14.2
16
8.1

最小值
18.2
18.7

27.5
17.8
0.10
0.160
3.64
11.6
11.6
14.6
5.4
4.9
2.0

平均值
24.4
19.6

33.5
20.8
0.35
0.243
6.42
34.7
16.9
45.2
11.0
9.9
5.1

标准差
2.783
0.427

2.651
1.183
0.162
0.040
1.085
10.905
3.248
13.389
2.748
1.286
0.782

变异系数
0.114
0.021

0.077
0.057
0.447
0.153
0.147
0.30
0.18
0.296
0.25
0.1
0.1

推荐值
24.8
19.5

32.9
20.6
0.40
0.255
6.15
31.0
15.8
41.3
10.0
9.4
4.8

④
泥砾
频 数
16
16
14
16
16
16
14
6
11
12
2
2

316
1
1
最大值
46.3
20.0
0.911
49.3
26.6
2.14
0.930
17.51
73.3
21.9
27.6
11.7

12
0.1
69.72
最小值
23.6
17.5
0.725
25.3
18.0
-0.05
0.070
7.04
21.5
15.2
27.5
4.1

3.8
0.1
69.72
平均值
27.5
19.2
0.784
39.4
23.0
0.40
0.259
13.45
53.5
19.8
27.6
7.9

7.4
0.1
69.72
标准差
5.627
0.613
0.057
6.866
2.414
0.625
0.254
3.932
15.710
1.770

0.938
1
1
变异系数
0.204
0.032
0.073
0.174
0.105
1.582
0.983
0.292
0.244
0.067

0.065

推荐值
30.0
18.9
0.812
36.4
21.9
0.67
0.380
10.20
27.3
16.0

6.8

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
表1-1 场地土基床系数统计表
Tab.1-1 Site soil bedding coefficient tables
地层编号
岩土名称
土工试验
旁压试验
推荐值
垂直基床系数
KV(MPa/m)
水平基床系数
Kx(MPa/m)
水平基床系数
Kx(MPa/m)
垂直基床系数
KV(MPa/m)
③-1
粉质粘土
24
81
21
24
④
泥砾

54
30
35

表1-2 场地土侧压力系数推荐值表
Tab.1-2 Site soil coefficient of lateral pressure recommended value table
地层编号
岩土名称
静止侧压力系数（ξ）
扁铲试验
建议值
③-1
粉质粘土
0.514
0.514
④
泥砾

0.43
表1-3 场地土热物理指标表
Tab.1-3 Site soil thermal physical indicators table
土层编号
土层名称
天然含水量
ω(%)
天然密度ρ（g/cm3）
导温系数
α（m2/h）
导热系数λ(W/m.k)
比热容
C(KJ/kg.K)
③-1
粉质粘土
21.84
1966
0.00179
1.49
1.53
④
泥砾
22.7
2.00
0.00221
1.34
1.34
根据室内外土工试验指标统计结果和有关规范的划分标准，各层地基土的工程特性见下表。
表1-4 地基土工程特性分类表
Tab.1-4 Foundation soil engineering properties of classification of table
地层编号
地层名称
土的状态
透水性分类
备注
③-1
粉质粘土
可塑
弱透水
中等压缩性
④
泥砾
稍密
弱透水
中等压缩性
（五） 、场地土的可挖性分级及围岩分类
依据《铁路隧道设计规范》TB10003-2001中表3.2.7铁路隧道围岩级别判定
地层编号
地层名称
隧道围岩级别
备注
③-1
粉质粘土
Ⅰ

④
泥砾
Ⅱ

依据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999附录B判定各地基土层可挖性分级，依据规范第4.3.1表判定场地土的围岩分类，详见下表
表1-5 围岩分类和土、石可挖性分级表
Tab1-5 Rock classification and soil, stone can be dug, INES
岩土编号
岩土名称
状态
围岩类别
土、石可控性分级
①
杂填土
道路部分中密－密实
其余部分松散－稍密
道路部分Ⅱ类
其余部分Ⅰ类
道路部分Ⅱ级普通土
其余部分Ⅰ级松土
③-1
粉质粘土
可塑
Ⅰ类
Ⅱ级普通土
④
泥砾
中密
Ⅱ类
Ⅱ级普通土
（六）、场地的标准冻结深度和最大冻深
按辽宁省地方标准《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-2005），沈阳市区标准冻结深度为1.2m，最大冻结深度1.5m。
1.3水文地质概况
1、勘察期间各钻孔见③-1粉质粘土层中上层滞水。
2、地下水赋存条件及含水层性质
本段场区地下水为上层滞水。勘察期间地下水水位埋深为3.5～8.2m，标高为50.46～54.52m，赋存于③-1粉质粘土层中。
本段场区内，无真正意义上的含水层，地下水为赋存在③-1粉质粘土层中，地下水渗透系数较小，流动性差。地下水对施工影响不大，设计施工时可采用明排、导流等方式降水。
抗浮设防水位标高为50.0m。

表1-6 地层渗透系数建议值
Tab.1-6 Permeability coefficient recommended value
地层编号
③-1
④
岩土名称
粉质粘土
泥砾
渗透系数建议值k（m/d）
0.15
0.95
该段有ZS08（蒲园路站）水文孔，但由于地下水类型只是滞水，无法进行抽水试验。
1.4 区域气象概况
沈阳市属于受季风影响的北温带半湿润大陆性气候，一年四季分明，春季平均气温在10℃左右，夏季最高气温达35℃以上，秋季平均气温20℃左右，冬季最低气温达-26℃以下。全年平均气温在11℃左右，年降水量约为750mm。年平均相对湿度为65%，空气中的主要杂质成份为二氧化硫、二氧化氮。二氧化硫年均浓度为0.044mg/m3。二氧化氮年均浓度为0.031 mg/m3。
按辽宁省地方标准《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-2005），沈阳市区标准冻结深度为1.2m，最大冻结深度1.5m。
夏季混凝土施工要注意加强覆盖并洒水养护，冬期施工混凝土要掺防冻剂并加强覆盖保温，雨天施工时要做好防排水工作。
1.5 设计依据
（1）、《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）
（2）、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
（3）、《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-2005）
（4）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
（5）、《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）
（6）、《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）
（7）、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）
（8）、《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2001）
（9）、《铁路工程地质钻探规程》（TB10014-98）
（10）、《铁路工程物探勘探规程》（TB10013-98）
（11）、《铁路工程地质原位测试规程》（TB10018-2003/J261-2003）
（12）、《软土地区工程地质勘察规范》（JGJ 83-91）
（13）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
（14）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
（15）、《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）
（16）、《地下铁道设计规范》（GB50157-92）
（17）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
（18）、《铁路桥涵地基基础设计规范》（TB10005-99）
（19）、《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）
（20）、《地基动力特性测试规程》（GB/T50269-97）

2 基坑围护设计
2.1 基坑围护结构尺寸拟定
小津桥站采用明挖法施工。本工点围岩以粉质粘土为主，围岩综合类别为Ⅰ类，施工方法为明挖法。根据场地的实际情况，建议基坑支护可采用密排桩加内支撑的支护形式。风亭和出入口施工建议亦采用排桩加锚杆支护体系进行支护。车站长度157.7m，底板埋深11.2m。施工方法为明挖顺作法。
本段场区内，无真正意义上的含水层，地下水为赋存在③-1粉质粘土层中，地下水渗透系数较小，流动性差。地下水对施工影响不大，设计施工时可采用明排、导流等方式降水。
本工点基础底板埋深11.2m，施工方法拟采用明挖法；根据场地土层结构、工程地质特征、结构底板埋深情况，在充分考虑周围环境及地质条件后，建议采用“水泥土墙”的支护结构形式。
2.2入土深度确定
基坑围护桩的入土深度综合考虑周围环境条件、地质和水文地质情况、基坑特点等因素，初步拟定为5.0m。
2.3荷载与荷载组合
1、结构设计所考虑的荷载主要有两种：永久荷载、可变荷载。
（1）永久荷载：
① 结构自重按实际重量计算，混凝土容重为25KN/m3；
② 侧向压力按实际覆土深度、物理力学参数计算；
③ 由于施工期间采取降水措施，围护结构计算时不考虑地下水的影响。
（2）可变荷载
① 路面车辆荷载按汽-超20KPa计算；
② 施工期间地面超载按20KPa计算（不与路面车辆荷载组合）；
2、荷载组合
设计考虑的基本荷载工况： 永久荷载+可变荷载
荷载组合分项系数：永久荷载取1.35，可变荷载取1.4。
2.4计算模型与计算简图
围护桩和支撑在基坑开挖阶段，简化为平面问题计算。把围护结构视为侧向地基上的弹性地基梁，采用增量法模拟分步开挖过程中围护桩的受力状态进行计算。由于基坑施工采用降水方案，故仅采用圆弧滑动简单条分法对围护结构进行整体稳定性验算。
基坑分步开挖共有7个工况，计算简图见图2-1、图2-2。

图2-1 围护桩计算简图（一）
Figure.2-1 PILE, diagram (a)

图2-2 围护桩计算简图（二）
Figure.2-1 PILE, diagram (b)
2.5设计简化

图2-3 土层分布简化图
Figure.2-3 soil layer in the simplified diagram

表2-1 土压力计算指标表
Tab.2-1 Earth pressure calculation of the index table

k（kN/m3）
k(kN/m2)
k(°)
层厚（m）
①杂填土
18
0
20
0.6
②粉质粘土
19.5
33.7
14.8
9
③泥砾
18.5
2
23.9
5
2.6嵌固深度hd计算
===21.46N/m2 （2-1）
===19kN/m3 （2-2）
===18.25° （2-3）
土层粘聚力系数： ===0.126 （2-4）

查表规范的表6-68,嵌固深度系数： =0.35
计算深度： ==0.359=3.15m （2-5）
结构重要性系数： =1.1
嵌固深度：=1.1=1.13.15=3.5m>0.3= 2.7m （2-6）
取=3.5m
当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙围护墙除应满足上述计算外，其嵌固深度设计值尚应按下式抗渗透稳定条件确定。

图2-4 抗渗透稳定计算简图
Fig2-4. Osmotic stability calculation diagram
当基坑底的土质为砂土和碎石土、而且基坑内降排水且作用有渗透水压时，水泥土墙的嵌固深度除按圆弧滑动简单条分法计算外，按抗渗透稳定条件进行验算。
当按上述方法计算的嵌固深度设计值hd小于0.4h时，宜取0.4h。
hd≥1.20γ0（h－hwa）=1.20×1.1×(9－8)=1.32 （2-7）
因为hd小于0.4h，所以hd=0.4h=0.4×9=3.6m
2.7水平荷载
1对于碎石土和砂土：
（1）当计算点位于地下水位以上时
（2-8）
（2）当计算点位于地下水位以下时
（2-9）
式中 ——作用于深度zi处的竖向应力标准值；
——第i层土的主动土压力系数；
——