【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 基礎(chǔ)或荷載發(fā)生顯著變化的部位，或因抗震要求必須設(shè)置變形縫時(shí)，應(yīng)采取可靠的工程技術(shù)措施，確保變形縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響正常行車的差異沉降和軌道的曲率變化。 11．地下工程的防、排水應(yīng)遵循“以防為主，剛?cè)峤Y(jié)合，多道防線、因地制宜，綜合治理”的原則。根據(jù)現(xiàn)行的《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范 》和《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，確定合理的防水等級(jí)和防、排水措施。 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 1．地下結(jié)構(gòu)工程的安全等級(jí)為一級(jí)。 2．車站的基坑安全等級(jí)為一級(jí)、出入口、風(fēng)道基坑安全等級(jí)為二級(jí)。 3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按最不利情況進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。在不考慮側(cè)壁摩阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)不得小于 。當(dāng)適當(dāng)考慮側(cè)壁磨阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)不得小于 。當(dāng)結(jié)構(gòu)抗浮不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的工程措施。 4．一般環(huán)境中的地下車站普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響時(shí)，最大裂縫寬度允許值為：水中環(huán) 境、土中缺氧環(huán)境、洞內(nèi)干燥環(huán)境或洞內(nèi)潮西 南 交 通 大 學(xué) 第 12 頁 濕環(huán)境 ；迎土面地表附近干濕交替環(huán)境 。 5．當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)位于有侵蝕性地段時(shí)，應(yīng)采取抗侵蝕措施，混凝土抗侵蝕系數(shù)不得低于 。 6．地下結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足防（火）災(zāi)要求，結(jié)構(gòu)的耐火等級(jí)為一級(jí)。 7．車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為 7度，車站設(shè)防分類為乙類，即按 8 度采取抗震構(gòu)造措施，抗震等級(jí)定為二級(jí)，以提高結(jié)構(gòu)和接頭處的整體抗震能力。 8．地下車站必須具有戰(zhàn)時(shí)防護(hù)功能，在規(guī)定的設(shè)防部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按六級(jí)人防的抗力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算，并設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)措施。 9．地下車站及地下人 行通道，防水等級(jí)為一級(jí)，不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無 濕漬；風(fēng)道、風(fēng)井結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為二級(jí)，頂部不允許滴漏，其他部位不允許漏水， 結(jié)構(gòu)表面可有少量濕漬，濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積的 6/1000；任意 100m2 防水面積上的濕漬不超過 4處，單個(gè)濕漬的最大面積不大于 。 出入口及風(fēng)道 設(shè)計(jì) 出入口通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車站共設(shè) 4個(gè)出入口（其中 1號(hào)口為預(yù)留出入口），根據(jù)建筑功能要求， 4號(hào)出入口平段通道寬度為 5m， 2號(hào)出入口平段通道寬度為 ， 4號(hào)出入口平段通道結(jié)構(gòu)凈高分別為 、 、 ，各出入口通道內(nèi)設(shè)有人防段。出入口通道結(jié)構(gòu)均采用矩形框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)厚度由工程類比和計(jì)算確定 ,本設(shè)計(jì)從略。 風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車站設(shè)兩個(gè)風(fēng)道，風(fēng)道一側(cè)通過風(fēng)井出地面，另一側(cè)與車站主體相接。風(fēng)道結(jié)構(gòu)采用矩形框架結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)斷面凈寬 ，凈高 ，結(jié)構(gòu)厚度由工程類比和計(jì)算確定 ,本設(shè)計(jì)從略。 結(jié)構(gòu)框架 擬定 結(jié)構(gòu)尺寸擬訂的原則 （ 1）結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足車站使用功能的要求； （ 2）結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)各種狀態(tài)下承載、變形要求； （ 3）結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足施工工 藝的要求。 中間豎向支撐系統(tǒng)的設(shè)置 西 南 交 通 大 學(xué) 第 13 頁 蓋挖逆作法設(shè)置中間豎向支撐系統(tǒng)與基坑兩側(cè)的擋墻共同傳遞豎向力，中間柱的設(shè)置有三種方式。一是在永久柱兩側(cè)單獨(dú)設(shè)置臨時(shí)柱；二是臨時(shí)柱與永久柱合二為一；三是臨時(shí)柱與永久柱合一同時(shí)另增臨時(shí)柱。本設(shè)計(jì)采用第二種方法，選這種方法時(shí)在施工結(jié)構(gòu)頂板前，需要首先在永久柱的的位置修建柱及柱下基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)在柱下面采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，根據(jù)地質(zhì)條件，此基礎(chǔ)是摩擦樁，其尺寸根據(jù)其各個(gè)時(shí)間段的施工最大荷載進(jìn)行設(shè)置。 根據(jù)我國(guó)蓋挖 逆 作 車站的修建經(jīng)驗(yàn)，可以用比較法設(shè)置中間豎向支撐系統(tǒng)的的柱基 礎(chǔ)的有效長(zhǎng)設(shè)為 38m. 主要結(jié)構(gòu)的尺寸的擬定 天津大直沽路車站為雙層三跨結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 的是 主要的兩個(gè)截面即標(biāo)準(zhǔn)斷面的截面和端頭井?dāng)嗝?，其結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖 241 標(biāo) 準(zhǔn) 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 圖 示西 南 交 通 大 學(xué) 第 14 頁 圖 242 端 頭 井 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 圖 示 荷載 組成及荷載圖示 本設(shè)計(jì)采用的是蓋挖逆作法施工，在施工工程中其荷載的情況有不同的變化，在設(shè)計(jì)時(shí)其主體結(jié)構(gòu)按照使用時(shí)候的荷載情況計(jì)算，其荷載的圖示如下圖所示，其施工中的荷載變化將在后面的施工設(shè)計(jì)中作 出說明 道床重量列車活載結(jié) 構(gòu) 自 重人 群 設(shè) 備 荷 載垂 直 土 壓 力汽 車 荷 載水土側(cè)壓力汽車荷載產(chǎn)生的側(cè)向土壓力圖 251 標(biāo) 準(zhǔn)斷面荷載圖示 西 南 交 通 大 學(xué) 第 15 頁 地面車輛荷載極其沖擊力 在道路下方的暗挖車站結(jié)構(gòu)，地面車輛荷載可按 10kp的均布荷載取值，不考慮沖擊力的影響。 覆土壓力 暗挖法施工的車站，一般的埋深較淺，故作用于車站頂板的土壓力按頂板上全部土體的重量考慮，作用于車站上的靜水壓力按照歷史上出現(xiàn)的最高水位計(jì)算，該車站的水位在 ~，故本設(shè)計(jì)取 。 附qhq ii ?? ?? ? （ 51） k P ? ??????? 式中 ?q 為 垂直土壓力 ， ? i 為第 i 層土的容重（ kN/m3），地下水以上取天然容重，地下水以下的取飽和容重 q 附 地面附加荷載，本設(shè)計(jì)取為 20kPa 不平衡水土壓力 有地下水時(shí)側(cè)壓力的計(jì)算有兩種方法 第一種方法，對(duì)于砂性土可采用水壓 力與土壓力分開計(jì)算，然后疊加 wiwiii Hhe ???? ?? ? （ 52） 式中 ie — 計(jì)算點(diǎn)處的側(cè)壓力； i? — 計(jì)算點(diǎn)處的土的側(cè)壓力系數(shù)； iH — 計(jì)算點(diǎn)處地下水位的高度； w? — 水的側(cè)壓力系數(shù)，一般取為 1； wr — 水的容重，一般 3/10 mkNrw ? ； i? — 各層的圍巖容重，地下水位以上的土體，采用天然容重 ? 及對(duì)應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù) λ ，地下水位以下的土采用有效容重 r? 及對(duì)應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù) 39。? 計(jì)算土壓力其中土的有效容重為 ws ??? ??39。 第二種方法，對(duì)于粘性土，土中的水大多為結(jié)合水，此時(shí)將水壓力視為土壓力的一部分與土壓力一起計(jì)算 iii he ?? ?? （ 53） 式中各符號(hào)的含義同前。 西 南 交 通 大 學(xué) 第 16 頁 21 土層參數(shù)表 土 層 編 號(hào) 土層厚度 土層 性質(zhì) 天然容重（ kN/m3） 粘聚力 (kPa) 內(nèi)摩擦角 ( 176。 ) 飽和容重 （ kN/m3） 側(cè)壓系數(shù) λ （靜止土壓力） 1 素 填 土 2 粉質(zhì)粘土 3 粉質(zhì)粘土 4 粉 土 5 粉質(zhì)粘土 6 粉 砂 蓋挖逆作法多以鉆孔灌注樁或地下連續(xù)墻作為基坑的支護(hù)，成樁（墻）過程中對(duì)地層極少擾動(dòng)，又以頂、樓板代替橫撐，基坑開挖引起的墻體變形較小，與一般放坡開挖或用順作法的地下結(jié)構(gòu)相比，當(dāng)?shù)貙虞^穩(wěn)定時(shí)，施工期間的作用在坑底以上場(chǎng)面的土壓力更 接近于靜止土壓力。 一般在沒有確定的數(shù)據(jù)時(shí)，靜止土壓力系數(shù)用如下的公式進(jìn)行計(jì)算： 砂性土 ,sin1 ?? ?? （ ,? 是有效內(nèi)摩擦角 , C????, ） 黏性土 , ?? ?? 超固結(jié)黏土 )s in1( ,2/1 ?? ?? OC R 地面以下 頂板處的側(cè)向壓力 e1＝ λ 2? iihq （ 54） k P )(??????????? 地面以下 處土層分界點(diǎn)處的側(cè)向壓力 e2上 ＝ λ 2? iihq （ 55） k P a111)(??????? e2下 ＝ λ 3? iihq （ 56） 西 南 交 通 大 學(xué) 第 17 頁 k P )(? ???? 地面以下 處土層分界點(diǎn)處的側(cè)向壓力 e3上 ＝ λ 3? iihq （ 57） k P )(? ?????? e3下 ＝ λ 4? iihq （ 58） = ) 1 ( ????? = 地面以下 底板處的側(cè)向壓力 e4＝ λ 4? iihq = ) 1 (2 9 3 ??????? = 上面所有的荷載為水土不平衡水土壓力和其增量和地面車輛荷載、施工荷載產(chǎn)生的側(cè)向壓力 結(jié)構(gòu)自重 本設(shè)計(jì)使用 ansys軟件進(jìn)行分析，分析的時(shí)候定義材料的幾何特 性和材料特性，軟件自動(dòng)考慮結(jié)構(gòu)自重。 列車荷載及其沖擊力 參照南京地鐵的實(shí)例，采用工程類比的方法，本設(shè)計(jì)考慮列車荷載及其沖擊力為20kPa。 車站上方和破壞棱體內(nèi)的設(shè)施和建筑物壓力 在計(jì)算這部分荷載時(shí)，應(yīng)考慮建筑物簌簌的現(xiàn)狀和以后的變化，凡規(guī)劃明確的，應(yīng)以其設(shè)計(jì)的基地應(yīng)力和基地距隧道結(jié)構(gòu)的距離計(jì)算；凡不明確的，應(yīng)在設(shè)計(jì)要求中作出規(guī)定，本設(shè)計(jì)取 20kPa。 人群荷載和道床重 根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，車站站臺(tái)、樓板和樓梯等部位的人群均步荷載的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)采用 . 西 南 交 通 大 學(xué) 第 18 頁 計(jì)算模型的確定 地下結(jié)構(gòu)是建筑在地層中的封閉式結(jié)構(gòu)，就其結(jié)構(gòu)本身是超靜定問題，考慮結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用，由結(jié)構(gòu)的變位才能確定被動(dòng)荷載的范圍和大小。而結(jié)構(gòu)的變位又在主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載共同作用下發(fā)生的，所以，求解過程式一個(gè)非線性問題。采用計(jì)算抗力的模型，將抗力作用范圍圍巖對(duì)襯砌的連續(xù)約束，離散為有限個(gè)作用在襯砌節(jié)點(diǎn)上的彈性支承，而彈性支承的彈性特性即為所代表地層范圍內(nèi)圍巖的彈性特性，根據(jù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算被動(dòng)抗力作用范圍和大小。地鐵車站一般為長(zhǎng)通道結(jié)構(gòu)，橫向尺寸遠(yuǎn)小于縱向尺寸，故可以簡(jiǎn)化為平面問題求解。本 設(shè)計(jì)采用彈性支承鏈桿模型來反映地層與結(jié)構(gòu)的相互作用及土體的非線性特性，因該車站采用明挖法施工，回填土與車站主體結(jié)構(gòu)之間的側(cè)向約束較小，故計(jì)算時(shí)不考慮它們之間的彈性支承作用。用豎向彈性鏈桿模擬地層對(duì)底板垂直位移的約束作用。彈性鏈桿只能受壓，所有受拉應(yīng)力作用的彈性鏈桿在計(jì)算中應(yīng)予以拆除 ,直至彈簧單元全部受壓。輸入邊界條件、單元幾何特性、材料特性 ,然后利用有限元計(jì)算軟件 (ansys)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。在前處理中得到的結(jié)構(gòu)分析模型如 下圖 和在后處理中可以得到結(jié)構(gòu)彎矩圖分別如圖所示： 圖 262 標(biāo) 準(zhǔn) 斷 面 結(jié) 構(gòu) 模 型 圖 西 南 交 通 大 學(xué) 第 19 頁 圖 262 端 頭 井 斷 面 結(jié) 構(gòu) 模 型 圖 結(jié)構(gòu)計(jì)算 經(jīng) ansys軟件進(jìn)行有限元分析所得到的結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 圖如下所示 圖 271 標(biāo) 準(zhǔn) 斷 面 結(jié) 構(gòu) 模 型 圖 西 南 交 通 大 學(xué) 第 20 頁 圖 272 端 頭 井 斷 面 結(jié) 構(gòu) 彎 矩 圖 經(jīng) ansys軟件進(jìn)行有限元分析所得到的結(jié)構(gòu)的內(nèi)力見下表 表 22 標(biāo)準(zhǔn)斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力 構(gòu)件 彎矩（ kN m） 軸力 (kN) 尺寸 ? ?hb? mm 頂板上緣 9001000? 頂板下緣 9001000? 中板上緣 4501000? 中板下緣 4501000? 底板上緣 10001000? 底板下 緣 10001000? 側(cè)墻迎土面 7001000? 側(cè)墻背土面 7001000? 中 柱 8001000? 西 南 交 通 大 學(xué) 第 21 頁 表 23 端頭井段斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力 構(gòu)件 彎矩（ kN m） 軸力 (kN) 尺寸 ? ?hb? mm 頂板上緣 9001000? 頂板下緣 9001000? 中板上緣 4501000? 中板下緣 4