城市軌道交通結(jié)構(gòu)設計與施工5第五章

1、城市軌道交通結(jié)構(gòu)設計與施工 Structural Design and Construction of Urban Rail Transit 主講：周順華 教授 同濟大學交通運輸工程學院 第五章第五章 明挖法結(jié)構(gòu)設計明挖法結(jié)構(gòu)設計 目錄目錄 第一節(jié) 明挖法結(jié)構(gòu)建設及設計流程 第二節(jié) 地鐵車站建筑設計 第三節(jié) 基坑工程中的土壓力和水壓力 第四節(jié) 支護結(jié)構(gòu)選型與設計 第五節(jié) 主體結(jié)構(gòu)設計 第六節(jié) 支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)設計 第七節(jié) 蓋挖法施工的車站結(jié)構(gòu)設計 第一節(jié)第一節(jié) 明挖法結(jié)構(gòu)建設及設計流程明挖法結(jié)構(gòu)建設及設計流程 1.明挖法結(jié)構(gòu)建設流程明挖法結(jié)構(gòu)建設流程 明挖法結(jié)構(gòu)建設流程 施工前環(huán)

2、境調(diào)查 圍護結(jié)構(gòu)施工 地基加固 基坑降水 基坑開挖及支撐 的施工 內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工 基坑施工監(jiān)測 圖 5-1 施工期結(jié)構(gòu)設計流程圖圖 5-2 使用期主要主體結(jié)構(gòu)設計流程圖 第二節(jié)第二節(jié) 地鐵車站建筑設計地鐵車站建筑設計 出入口及通道 設備用房運營管理用房輔助用房 車站用房 售檢票區(qū) 乘客集散區(qū) 其它公用設施 非付費區(qū) 站臺 自動扶梯及樓梯 其它乘客服務設施 付費區(qū) 乘客使用空間 車站主體通風道及風亭 地下 其它附屬建筑 車站 圖5-3 地鐵車站功能組成示意圖 圖5-4 地鐵車站人流路線示意圖 一、站廳層設計 圖5-5 分離式車站站廳層平面圖 圖5-7 上海地鐵10號線江灣體育場站站廳層平面圖 圖5

3、-6 貫通式車站站廳層平面圖 二、站臺層設計 島式站臺寬度： tznbB d 2 （5-1） 側(cè)式站臺寬度： tzbBc （5-2） a b L Q b 上 M L Q b 上下 其中：或（兩公式取大者） 式中 b側(cè)站臺寬度（m）； n橫向柱數(shù)； z橫向柱寬（含裝飾層厚度）（m)； t每組人行梯與自動扶梯寬度之和（含與柱間所留空隙）（m)； Q上遠期每列車高峰小時單側(cè)上車設計客流量，換乘車站含換乘客流量（換算成高 峰時段發(fā)車間隔內(nèi)的設計客流量）（人）； Q上、下遠期每列車高峰小時單側(cè)上、下車設計客流量，換乘車站含換乘客流量（換 算成高峰時段發(fā)車間隔內(nèi)的設計客流量）（人）； 站臺上人流密度(0.

4、5m2/人)； L站臺計算長度(m)； M站臺邊緣至屏蔽門立柱內(nèi)側(cè)距離（m）； ba站臺安全防護寬度，取0.4m，采用屏蔽門時用M替代ba值。 三、行車管理及設備用房的布置 車站管理用房設置參考面積表車站管理用房設置參考面積表 表5-1 序號房間名稱面積（）設 置 要 求 1車站控制室35設在站廳層客流較多一端，能直接觀察站廳層公共區(qū) 2站長室1215與車站控制室相鄰，地坪與車控室平 3站務室12宜靠近站長室 4會議室25站廳層管理區(qū)內(nèi)較安靜處設置，兼交接班、餐廳 5警務室10+15靠近站廳公共區(qū) 6客服中心6設在公共區(qū)的付費區(qū)與非付費區(qū)之間，靠近進站閘機 7男/女更衣室82設在設備與管理用房

5、相對集中處 8男女衛(wèi)生間8設在設備與管理用房相對集中處 9茶水間4設在設備與管理用房相對集中處 10備品房12視具體情況適當增減 11清掃間62站廳及每個站臺各設一間 12AFC票務室1520設于車站控制室附近 13站臺值班室12設在站臺層 14男/女公共廁所15/12 設在站臺層公共區(qū)內(nèi)。每個站臺設置男、女廁坑位均為23個， 男廁23個小便斗，均含殘疾人廁位。其中殘疾人廁位可單建。 （或設在站廳層非付費區(qū)出入口旁） 15司機換班室12設在折返線車站站臺層，靠近折返端 16通信儀表室122設在車控室一端 17列檢室10僅設在折返站站臺層靠近道岔區(qū) 車站設備用房設置參考面積表車站設備用房設置參考

6、面積表 表5-2 序號房間名稱面積（）備 注 1混合變電所350盡量設在車站進線端 2降壓變電所160200盡量設在站臺層 3照明配電室104 站廳及站臺兩端各設一間，設在車控室另一 端的AFC配電室,與照明配電室合用，面積酌情增 加。 4電力電纜井52兩端均有。 5環(huán)控電控室482與通風空調(diào)機房相鄰。 6屏蔽門控制室18設于站臺層靠近屏蔽門處。 7氣 瓶 間15靠近被保護房間，保護半徑120m。 8通信設備室50靠近車控室布置。 9通信電源室30鄰近通信設備室。 10信號設備室4080 靠近車控室布置，有道岔車站80，設備集 中站80，一般車站40。 11公共無線引入室20鄰近通信設備室布置

7、。 12環(huán)控機房 (150340) 2 13小通風機房602可與通風空調(diào)機房合建。 14區(qū)間通風機房 (200320） 2 設于車站兩端部，各兩臺TVF風機。 15冷凍機房60設于變電所一端 16AFC機房15站廳層靠近公共區(qū)。 17污水泵房12洗手間下方、內(nèi)設污水池。 18廢水泵房15位于車站最低點。 19消防泵房36含水噴淋系統(tǒng)，近出入口。 四、車站主要設施 1.自動扶梯 圖5-8 典型出入口處自動扶梯結(jié)構(gòu)圖 2.電梯 圖5-9 電梯土建要求結(jié)構(gòu)圖（尺寸單位：mm） 3.樓梯 為保證客流需要，除需設置電梯、自動扶梯外，尚需在車站付費區(qū)內(nèi) 的站廳與站臺層之間至少設一座人行樓梯，以便在自動扶梯

8、不能運轉(zhuǎn)時 仍能保證站內(nèi)乘客的疏散；同時應至少設一部供工作人員和消防人員使 用的樓梯，該樓梯宜設在工作人員較集中的管理用房區(qū)內(nèi)，樓梯最小凈 寬不得小于1.0m，踏步尺寸建議采用175mm250mm。站臺計算長度外 每端設到車行軌面的人行樓梯，梯寬按兩股人流計不得小于1.1m，宜平 行軌道方向設置。 樓梯應按乘客或工作人員使用、以不同的標準進行設計。如乘客使用 的踏步高應為150162mm、而工作人員使用應為162175mm；踏步寬 乘客為280320mm、工作人員為250280mm。 車站內(nèi)公共區(qū)樓梯每個梯段的踏步數(shù)應不小于3級，不大于18級。休 息平臺寬為12001800mm。 4.售票機

9、售票機的數(shù)量應滿足車站遠期超高峰小時客流的需要，售票機應設在 客流不交叉，且干擾小的地方。售票機前應留有足夠的空間，供乘客排 隊購票及通行。 車站內(nèi)售票機宜沿進站客流方向縱向排列。并應結(jié)合車站不同的客流 方向布置，宜不少于兩處。售票機的布置應注意與出入口通道及進站檢 票機保持適當?shù)木彌_距離，并留有足夠的取款及檢修空間。 售票處距出入口通道口和進站檢票處的距離不宜小于5m。 5.檢票機 進站檢票機應設在售票處至站臺的人流流線上。出站檢票機應設在 站臺至出站通道的人流流線上，其數(shù)量應能滿足車站遠期超高峰小時客 流的需要，并適當考慮擴容的余地。 檢票口是付費區(qū)與非付費區(qū)的分界線，宜垂直人流方向設置。

10、進出 站檢票機應合理布置，既要方便管理，又要避免進出站人流的交叉干擾。 出站檢票機處距梯口的距離不小于8m。 7.屏蔽門 圖5-10 屏蔽門剖面圖（尺寸單位：mm） 第三節(jié)第三節(jié) 基坑工程中的土壓力和水壓力基坑工程中的土壓力和水壓力 一、土壓力類型 圖5-11 三種不同極限狀態(tài)的土壓力 a)靜止土壓力；b)主動土壓力；c)被動土壓力 圖5-12 土壓力與位移的關系 發(fā)揮主動和被動土壓力所需的位移發(fā)揮主動和被動土壓力所需的位移 表5-3 發(fā)揮主動和被動土壓力所需的位移發(fā)揮主動和被動土壓力所需的位移 表5-4 二、基坑工程中的土壓力計算方法 1.水土分算與合算 按水土分算原則計算土壓力時，可采用式

11、（5-3）、（5-4）進行計算 aaiia KcKhqp2)( ppiip KcKhp2 （5-3） （5-4） a p 0 a p：計算點處的主動土壓力強度（kPa），時 ； p p ：計算點處的被動土壓力強度（kPa）， 0 a p i ：計算點以上各土層的重度（kN/ m ）;地下水位以上取天然重度，地下水位以下取水 下重度 ：地面超載，一般可取20kPaq i h：各土層的厚度（m） a K ：計算點處土的主動土壓力系數(shù)， ) 2 45(tan 2 a K p K ：計算點處土的被動土壓力系數(shù)，) 2 45(tan 2 p K , c：計算點處的抗剪強度指標 式中： 按水土合算原則計算

12、土壓力時，地下水以下部分的土壓力按式（5-5）、 （5-6）進行 計算。 aaisata kckhHqp2)( 1 ppisatp kckhHqp2)( 1 （5-5） （5-6） 式中： ），其余符號同前土約天然重度（ ）土層的飽和重度（ ）處各土層的厚度（地下水位以下到計算點 ）度（地下水位以上土層的厚 3 3 1 /k: /k: : m: mN mN mh H sat i 圖5-13 土壓力計算 a)水土分算；b)水土合算 2.有滲流時水壓力計算 采用采用流網(wǎng)法計算水壓力時，應先根據(jù)基坑的滲流條件作出如圖5- 14所示的流網(wǎng)圖，而作用在墻體不同高程z處的滲透水壓力可用其壓力水 頭形式表示

13、： )( 0 zhhp ww （5-7） 式中： 為計算點滲透水頭和總壓力水頭h的比值，從流網(wǎng)圖上讀出：h為 坑底水位高程。 圖5-14 流網(wǎng)及水壓力計算 a)流網(wǎng)圖；b)水壓力分布圖 1-墻后靜水壓力線；2-墻前靜水壓力線；3-墻后滲透壓力線；4-墻前滲透壓力線； 5-墻前后滲透壓力線 本特漢森法為一種近似計算方法，水壓力分布如圖5-15所示。 在主動側(cè)的水壓力低于靜水壓力，位于坑內(nèi)地下水位高程處的修正值 為： wwaw hip 1 （5-8） 修正后基坑內(nèi)地下水位處的水壓力可按式（5-9）計算。 11wwww php （5-9） 式中： .: -: 7 .0 : : : 21 21 211

14、 1 1 ）高度（下水位至圍護墻底端的基坑外側(cè)、基坑內(nèi)側(cè)地、 ），差（基坑內(nèi)、外側(cè)地下水位 ，取基坑外的近似水力坡降 ）壓力修正值（基坑內(nèi)地下水位處的水 ）壓力值（基坑內(nèi)地下水位處的水 mhh hhhmh hhh h ii kPap kPap ww wwww www w wa w w 圖5-15 本特漢森法計算水壓力 在主動側(cè)墻底的修正后水壓力為： 11 phw w 其中修正值可按式（5-10）和式（5-11）計算 1 1wwa hip （5-10） 2 2wwp hip （5-11） 兩側(cè)水壓力相抵后，可得圍護墻底端的水壓力： ）（） 2 1 22 112 -(pphphphp wwwwww

15、w （5-12） 即圍護墻底端處水壓力值為： 22 - wwww php （5-13） 212 21 2 122 0.7 , www w pp wwpwwaww hhh h ii hrihripppkPap 水利坡降，：基坑內(nèi)被動區(qū)的近似 即：）的修正值（：圍護墻底端處水壓力 式中： 圖5-16 圍護墻水壓力計算的經(jīng)驗方法 a)水平力分布；b)水壓力與滲徑的直線比例關系 3.地面超載作用下的土壓力計算 圖5-17 局部均布荷載作用下 Rankine土壓力計算圖示 圖5-18 地表局部均勻荷載作用下 的土壓力計算圖示 )2cossin( 2 q P H ，以弧度計：見圖、 ）地表局部均布荷載（

16、）附加側(cè)向土壓力（ 式中： 18-5 : : kPaq kPaPH 4.相鄰條形基礎荷載作用時的土壓力計算 ）圍護墻體高度（：相鄰基礎底面以下的 見圖、的比值，、：分別為 ）均布荷載（：相鄰基礎地面處的線 式中： 當 當 mH Za H Z H a nm kNQ nm nm H Q Pm n n H Q Pm S SS L S L H S L H 18-5, m/ )( 4 , 4 . 0 )16. 0( 203. 0 , 4 . 0 222 2 22 圖5-19 相鄰基礎荷載引起的側(cè)向 土壓力計算圖示 5.非極限狀態(tài)的土壓力計算 主動土壓力的提高值介于ka與k0之間，當沉降有嚴格限制的建筑物

17、或地下 管線位于區(qū)范圍時，采用k0計算土壓力；位于區(qū)范圍時，采用 計算土壓力。 a kk 0 2 1 圖5-20 采用提高主動土壓力的場 地工程條件 有關靜止土壓力系數(shù)、均與 被動土壓力系數(shù)、 ）?。?：被動極限時的位移值 ：容許的位移值 ：被動土壓力折減系數(shù) 式中： 其中： : 0.040.02 )175()(2 )175( )( a 0 5 . 02 KK h S S C a S S S S X K XKKK C p p a P p a p a P p Papa P 三、基坑開挖支護中的土壓力特點與分布規(guī)律 圖5-21 基坑開挖土壓力發(fā)展階段 圖5-22 四種類型圍護結(jié)構(gòu)土壓力示意圖 a)

18、無支撐圍護（下端固定）；b)單道頂撐圍護（下端固定）；c)單道頂撐固定；d)多支 撐圍護 第四節(jié)第四節(jié) 支護結(jié)構(gòu)選型與設計支護結(jié)構(gòu)選型與設計 支護結(jié)構(gòu)：支護結(jié)構(gòu)： 基坑工程中采用的圍護墻、支撐（或土層錨桿）、圍檁、防滲 帷幕等結(jié)構(gòu)體系的總稱，主要包括圍護結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)體系。 支護結(jié)構(gòu)的設計包括：支護結(jié)構(gòu)的設計包括： 圍護結(jié)構(gòu)的插入比、支撐的設置、結(jié)構(gòu)配筋。 設計需考慮因素：設計需考慮因素： 穩(wěn)定性驗算、支護結(jié)構(gòu)強度設計和基坑變形計算。 一、圍護結(jié)構(gòu)類型一、圍護結(jié)構(gòu)類型 現(xiàn)澆地下連續(xù)墻 1.1.地下連續(xù)墻：地下連續(xù)墻： 圖5-23 地下連續(xù)墻施工流程（以液壓抓斗式成糟機為例） (a).準備開挖的

19、地下連續(xù)墻溝槽；(b).用液壓成槽機進行溝槽開挖；(c).安放鎖口 管；(d).吊放鋼筋籠；(e).水下混凝土澆注；(f).拔除鎖口管；(g).已完工的槽段 現(xiàn)澆地下連續(xù)墻 圖5-25 現(xiàn)澆地下連續(xù)墻槽段形式示意圖 口型槽段 T型槽段一字型槽段 轉(zhuǎn)角槽段 口型槽段 預制地下連續(xù)墻 圖5-26 預制地下連續(xù)墻平面示意圖 排樁圍護體是利用常規(guī)的各種樁體，例如 鉆孔灌注樁、挖孔樁、預制樁、 SMW工法樁（型鋼水泥土攪拌樁）等，按一定間距或連續(xù)咬合排列形成的 地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)。 2.2.排樁：排樁： 圖5-27 排樁圍護體的常見形式 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 圖5-28 排樁圍護體的

20、止水措施 攪拌樁 旋噴樁攪拌樁 灌注樁攪拌樁 攪拌樁 攪拌樁 (a)(b) (c) (d)(e)(f) 排樁圍護體與地下連續(xù)墻相比，其優(yōu)點在于施工工藝簡單，成本低，平面 布置靈活，缺點是防滲和整體性差，一般適用于中等深度的基坑圍護。 與地下連續(xù)墻、灌注排樁相比，型鋼水泥土攪拌墻的剛度較低，基坑開挖 時常常會產(chǎn)生相對較大的變形，在對周邊環(huán)境保護要求高的工程中，例如 基坑緊鄰運營中的地鐵隧道、歷史保護建筑、重要地下管線等，應慎重選 用。 3.3.型鋼水泥土攪拌墻（型鋼水泥土攪拌墻（SMWSMW）：）： 圖5-29 型鋼水泥土攪拌墻 (1)型鋼密插型(2)型鋼插二跳一型(3)型鋼插一跳一型 鋼板樁具

21、有輕型、施工快捷的特點；基坑施工結(jié)束后鋼板樁可拔除，循環(huán) 利用，經(jīng)濟性較好；在防水要求不高的工程中，可采用自身防水；防水要 求高的工程應設置隔水帷幕。 4.4.鋼板樁圍護體：鋼板樁圍護體： 圖530 常用的鋼板樁斷面形式 U型 Z型 直線型 CAZ型 b b b b bb b t t t s s h h h y y 5.5.鋼筋混凝土板樁圍護墻；鋼筋混凝土板樁圍護墻； 6.6.水泥土重力式圍護墻；水泥土重力式圍護墻； 7.7.土釘墻支護：土釘墻支護： 圖5-31 鋼筋混凝土板樁圍護墻立面圖 圖5-32 土釘墻的基本形式 硬 木 塊 打 樁 帽 地 坪 基 底 配筋混凝土面板 固定鋼筋 混凝土噴

22、射面層 土釘 二、二、 支撐結(jié)構(gòu)體系支撐結(jié)構(gòu)體系 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系：內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系： 圖5-33 內(nèi)支撐系統(tǒng)示意圖 圖5-34多層平面支撐體系 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系：內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系： 圖5-35 鋼筋混凝土支撐及立柱 圖5-36鋼支撐 三、三、 支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性驗算支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性驗算 整體穩(wěn)定性驗算；整體穩(wěn)定性驗算； 圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算；圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算； 圍護墻底面抗滑移驗算；圍護墻底面抗滑移驗算； 基坑圍護墻前抗隆起驗算；基坑圍護墻前抗隆起驗算； 抗豎向滲流驗算?？关Q向滲流驗算。 整體穩(wěn)定性驗算：整體穩(wěn)定性驗算： 圖5-37 瑞典條分法 n i nn iiii T lctgN K 1

23、11 法向分力 切向分力 圓弧段土摩擦角及黏聚力 圓弧段段長 i N i T ii c, i l 圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算：圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算： 圖5-38 重力式圍護結(jié)構(gòu)抗傾覆計 算簡圖 s R q M M K wwaas ZFZFM h0 D Zp q 坑底 A B ER Fa Za Fw Zw Gk Fp 2/BGZFM kppR Ms傾覆力矩(kNm/m) Fa坑外側(cè)土壓力(kN) Fw水壓力(kN) MR傾覆力矩(kNm/m) Gk水泥土圍護墻自重 Fp被動側(cè)壓力(kN) (kN) 圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算：圍護墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算： 圖5-39 板式支護結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性計 算簡圖 O

24、CRCQ MMK/ ppRC ZFM aaOC ZFM 抗傾覆力矩： 傾覆力矩： 抗滑移穩(wěn)定性驗算：抗滑移穩(wěn)定性驗算： 圖5-40 抗滑移穩(wěn)定性驗算計算簡圖 h0 D Zp q 坑底 A B ER Fa Za Fw Zw Gk Fp a pk HL F FBcG K 00 tan 墻體滑動力 墻體抗滑力 Gk墻體自重0B(D+H0)； B 墻寬(m)； 0墻體平均重度kN/m3； 0,c0 墻底土層的內(nèi)摩擦角（） 和粘聚力（kPa）； KHL墻底抗滑安全系數(shù) 抗隆起穩(wěn)定分析：抗隆起穩(wěn)定分析： 圖5-41 地基承載力模式抗隆起分析 qDH cNDN K cq a 1 2 ) 2 45( 2 tg

25、eN tg q tg N N q c ) 1( tg NN e N qc tg q 1 1 2 45cos 2 1 2 24 3 底面光滑： 底面粗糙： 抗隆起穩(wěn)定分析：抗隆起穩(wěn)定分析： 圖5-42 圓弧滑動的抗隆起分析 a2 a1 h h0D q RL L SL M K M 123RLa MR K tgR tgR c 2 SL0 1 M=(+q) 2 rhD 抗滑動力矩： 隆起力矩： 抗隆起穩(wěn)定分析：抗隆起穩(wěn)定分析： 2 2 0 10212211 1 ()(sincossincos) 22 f rh RDqhD qaaaaaa 333 21 1 (coscos) 3 rDaa 2 22121

26、 11 (sin2sin2) 22 f RD qaaaa 322 221121 1 sincossincos2(coscos) 3 rDaaaaaa 2 3021 ()Rh Daa D 00f qhq 坑外地表至圍護墻底，各土層自然重度的加權(quán)平均值； D 圍護墻在基坑開挖面以下的入土深度(m)； Ka主動土壓力系數(shù); ,c圍護墻底地基土內(nèi)摩擦角（）和粘聚力（kPa）； h0基坑開挖深度(m)； h0最下一道支撐距地面的深度(m)； a1最下一道支撐與基坑開挖面之間的水平夾角（） ； a2 以最下一道支撐為圓心的滑裂面圓心角（） ； q坑外地面荷載(kPa); KL抗隆起安全系數(shù) 式中： 抗?jié)B透

27、穩(wěn)定性分析：抗?jié)B透穩(wěn)定性分析： 圖5-43 抗?jié)B流穩(wěn)定性計算圖式 i i K c S hw hO D )1/() 1(eGi sc Lhi w / KS抗?jié)B流或突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)； ic坑底土體的臨界水力坡度，根據(jù)坑 底土的特性計算； GS 坑底土的比重； e坑底土的天然孔隙比; i坑底土的滲流水力坡度； hw基坑內(nèi)外土體的滲流水頭(m)； L最短滲徑流總長度(m)； L=Lh+mLv; Lh滲徑水平段總長度(m)； Lv滲徑垂直段總長度(m); m 滲徑垂直段換算水平段的系數(shù)。 抗?jié)B透穩(wěn)定性分析：抗?jié)B透穩(wěn)定性分析： 不透水層 承壓水層 wyczy ppK/ 圖5-44 抗突涌穩(wěn)定性計算圖式

28、Ky抗承壓水頭穩(wěn)定性安全系數(shù)； pcz基坑開挖面以下至承壓水層頂板 間覆蓋土的自重應力(kN/m2)； pwy承壓水層的水頭壓力(kN/m2) ； 四、四、 支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算 擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算：擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算： 圖5-45 彈性地基梁法計算簡圖 B 2 EA K = L S B K內(nèi)支撐的壓縮彈簧系數(shù)（kN /m/m） 與支撐松弛有關的折減系數(shù)，一般 取0.51.0；混凝土支撐或鋼支撐施加預 應力時，取=1.0 S支撐的水平間距（m） k bh HH K VV k bhK 基坑開挖面以下，水平彈簧支座和垂直彈簧 支座的壓縮彈簧剛度KH和KV，可按下式計算 擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)

29、力計算：擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算： 圖5-46 明挖法車站圍護結(jié)構(gòu)計算 工況簡圖 擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算：擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算： （1）第一步開挖；（2）第二步開挖；（3）第三步開挖； （4）第四步開挖 圖5-47 總量法計算圖式 擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算：擋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算： （1）第一步開挖；（2）第二步開挖；（3）第三步開挖； （4）第四步開挖 圖5-48 增量法計算圖式 水平支撐體系內(nèi)力計算：水平支撐體系內(nèi)力計算： 對于十字交叉對撐的鋼筋混凝土支撐或鋼支撐，內(nèi)支撐主要受軸力 作用，其軸力即為彈性地基梁計算得到的內(nèi)支撐點處的彈性支座反力 。 對于較復雜桿系結(jié)構(gòu)的水平支撐系統(tǒng)，可將彈性地基梁計算得到的 內(nèi)支

30、撐點處的彈性支座反力作用于由水平支撐構(gòu)件和圍檁組成的水平 支撐系統(tǒng)上，采用空間桿系模型即可計算得到水平支撐體系的變形和 構(gòu)件內(nèi)力。計算時需添加適當?shù)募s束，一般可考慮在結(jié)構(gòu)上施加不交 于一點的三個約束鏈桿，見下圖。 圍檁 約束鏈桿 圖5-49 水平支撐系統(tǒng)內(nèi)力計算 示意圖 豎向支承系統(tǒng)：豎向支承系統(tǒng)： 鋼立柱的可能破壞形式有強度破壞、整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)破壞等幾種?；?坑施工階段，應根據(jù)每一施工工況對立柱進行承載力和穩(wěn)定性驗算。 鋼立柱在實際施工中不同程度存在水平定位偏差和豎向垂直度偏差等，因 此應按照偏心受壓構(gòu)件驗算一定施工偏差下鋼立柱的承載力，以確保足夠的 安全度。 立柱樁的設計計算方法與主體

31、結(jié)構(gòu)工程樁相同，可按照國家標準或工程所 在地區(qū)的地方標準進行。 五、基坑變形與計算五、基坑變形與計算 圍護墻體水平變形：圍護墻體水平變形： 圖5-50 圍護結(jié)構(gòu)變形形態(tài) （a）懸臂式位移；（b）拋物線型位移；（c）組合位移 水平位移水平位移水平位移 三角形沉降 維護墻 支撐 墻趾未進入硬土層 而產(chǎn)生的墻趾位移 梯形沉降邊界 沉降 (a)(b)(c) 圍護墻體豎向變形：圍護墻體豎向變形： 圍護結(jié)構(gòu)上升或下沉導致的圍護結(jié)構(gòu)本身、與立柱之間的差異下沉會 產(chǎn)生較大的危害，如冠梁拉裂、樓板或梁系出現(xiàn)裂縫等，設計和施工時 應引起足夠的重視。 坑底隆起變形：坑底隆起變形： 彈性隆起塑性隆起 (a)(b) 圖

32、5-51 基坑隆起變形 地表變形：地表變形： 0 w Vmax S2 x （地表最大沉降） 第五節(jié)第五節(jié) 主體結(jié)構(gòu)設計主體結(jié)構(gòu)設計 主要任務： 確定主體結(jié)構(gòu)材料和尺寸滿足使用階段的耐久性要求。 主體結(jié)構(gòu)尺寸的擬定是在滿足建筑限界和建筑設計、 施工工藝及其它使用要求的基礎上，考慮施工誤差、測量誤 差、結(jié)構(gòu)變形及后期沉降等因素，根據(jù)地質(zhì)和水文資料、車 站埋深、結(jié)構(gòu)類型、施工方法等條件經(jīng)過計算確定。 主體結(jié)構(gòu)的截面大小應根據(jù)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件按最不利荷載 組合進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗算，同時 進行結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性和抗浮計算，對鋼筋混凝土構(gòu)件尚應 進行抗裂和裂縫開展寬度驗算。 一、構(gòu)造要求一、

33、構(gòu)造要求 頂板和樓板：頂板和樓板： （C）無梁樓蓋 圖5-52 典型樓蓋示意圖 底板：底板： 底板主要按受力和功能要求設置，幾乎都采用以縱梁和側(cè)墻為支承的梁式 板結(jié)構(gòu)，因為這有利于整體道床和站臺下縱向管道的鋪設。 埋置于無地下水的巖石地層中的明挖車站可不設置受力底板，但鋪底應滿 足整體道床的使用要求。 側(cè)墻：側(cè)墻： 側(cè)墻可采用以頂、底板或樓板為支承的單向板，當圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù) 墻或鉆孔灌注樁時，可利用它們作為主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻的一部分或全部，該種結(jié)構(gòu) 形式在目前的地鐵車站結(jié)構(gòu)設計中應用較廣泛。 立柱：立柱： 明挖車站的立柱一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可采用方形、矩形、圓形或橢 圓形等截面。按常荷載設

34、計的地鐵車站的柱距一般取68m。當車站與地面建 筑合建或為特殊荷載控制設計，柱的設計荷載很大時，可采用鋼管混凝土柱或 勁性鋼筋高強度混凝土柱。 二、主體結(jié)構(gòu)設計荷載二、主體結(jié)構(gòu)設計荷載 表5-5 荷載分類表（建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范） 荷載分類荷載分類荷載名稱 永久荷載永久荷載結(jié)構(gòu)自重 永久荷載 地層壓力 隧道上部和破壞棱體范圍 的設施及建筑物壓力 混凝土收縮及徐變影響力 預加應力 設備重量 地基下沉影響力 可變荷載 基本可變荷載 地面車輛荷載及其沖擊力 地面車輛荷載引起的側(cè)向 土壓力 地下鐵道車輛荷載及其沖 擊力 人群荷載 其他可變荷載 溫度影響力 施工荷載 偶然荷載 地震荷載 沉船、拋錨或河道疏浚

35、產(chǎn) 生的撞擊力等災害性荷載 三、主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算三、主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 圖5-53 主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的荷載結(jié)構(gòu)模型 圖5-54 主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（彎矩單位：kNm，軸力單位： kN，剪力單位：kN）a)彎矩圖；b)軸力圖；c)剪力圖 四、主體結(jié)構(gòu)抗浮計算四、主體結(jié)構(gòu)抗浮計算 城市 不計側(cè)壁 摩阻力時 計入側(cè)壁 摩阻力時 說明 上海地鐵1.051.10 摩阻力采用值根據(jù)實 踐經(jīng)驗決定，考慮軟 黏土的流變特性，一 般取極限摩阻力的一 半 廣州、南京、 深圳、 北京地鐵 1.051.15 表5-6 我國各城市地鐵采用的抗浮安全系數(shù) 浮 側(cè)摩阻力結(jié)構(gòu)填土 浮 F FGG K 圖5-55 考慮圍護結(jié)構(gòu)側(cè) 摩

36、阻力的抗浮計算圖示 第六節(jié)第六節(jié) 支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合 的結(jié)構(gòu)設計的結(jié)構(gòu)設計 從構(gòu)件相結(jié)合的角度而言，分為側(cè)墻與圍護墻體相結(jié)合 、主體結(jié)構(gòu)的梁板構(gòu)件與水平支撐體系相結(jié)合、結(jié)構(gòu) 豎向構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)豎向支承系統(tǒng)相結(jié)合。 一、支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的類型一、支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的類型 圖5-56 地下連續(xù)墻的結(jié)合方式 a)單一墻；b) 復合墻；c) 疊合墻 側(cè)墻與圍護墻體相結(jié)合側(cè)墻與圍護墻體相結(jié)合 主體結(jié)構(gòu) 結(jié)合部 地下連續(xù)墻 襯墊 材料 地下連續(xù)墻 主體結(jié)構(gòu) 主體結(jié)構(gòu) 水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合 結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)豎向支承系統(tǒng)相結(jié)

37、合結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)豎向支承系統(tǒng)相結(jié)合 托梁 臨時鋼支柱臨時鋼支柱 臨時鋼支柱 永久鋼支柱 臨時鋼支柱 托梁 托梁 托梁以上結(jié)構(gòu)柱托梁 托梁以上結(jié)構(gòu)柱 后澆筑結(jié)構(gòu)柱 臨時鋼立柱 臨時鋼立柱臨時鋼立柱永久鋼立柱 臨時鋼立柱 后澆筑 結(jié)構(gòu)住 一柱二樁一柱三柱 圖5-57 一柱多樁布置示意圖 二、二、 支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的 結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容與方法結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容與方法 當圍護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻共同承擔使用階段的外荷載時，應考慮側(cè) 墻與圍護墻體相結(jié)合后共同作用的效果。 由于地下連續(xù)墻作為永久結(jié)構(gòu)的一部分或全部，直接承受使用階段主體 結(jié)構(gòu)的垂直荷載，因此尚應進行地下連續(xù)墻的

38、承載力及沉降計算。 側(cè)墻與圍護墻體相結(jié)合側(cè)墻與圍護墻體相結(jié)合 水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件除應滿足地下結(jié)構(gòu)使用期設計要求外，尚應進行各種施工 工況條件下的內(nèi)力、變形等計算，作為施工通道的頂板，應考慮土方工程施 工機械的巨大動荷載作用。 水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合 活 載 P 2 ( 施 工 車 輛 荷 載 或 施 工 荷 載 ） 覆 土 重 + 自 重 a 2 （ 活 載 作 用 ）a 1 （ 靜 載 作 用 挖 開 控 至 樓 板 底 p 1 活 載 P 2 （ 施 工 荷 載 ） 自 重 b 2 （ 活 載 作 用 ）b 1 （ 靜 載 作 用 ） 開 挖 至 底 板 底 p

39、 1 p 2 自 重 c 2 （ 活 載 作 用 ）c 1 （ 靜 載 作 用 ） 封 底 d 2 （ 活 載 作 用 ）d 1 （ 靜 載 作 用 ） 平 時 使 用 荷 載 作 用 時 汽 車 荷 載 P 2 人 群 荷 載 P 1 面 層 重 道 床 重 活載產(chǎn)生的土壓力s1 不平衡水土壓力 s1 土體卸載 水土壓力增重 s1 汽車荷載產(chǎn)生的土壓力s1 圖5-58 逆作法施工的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算模型 當結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)豎向支承系統(tǒng)相結(jié)合時，內(nèi)力計算方法及圖 示如前圖所示，此時應分析不同施工階段立柱的最不利工況荷載，對其豎向 承載力、整體穩(wěn)定性以及局部穩(wěn)定性等進行計算；立柱樁的承載能力和沉

40、降 均需要進行計算。主體結(jié)構(gòu)永久使用階段，應根據(jù)該階段的最不利荷載，對 立柱外包混凝土后形成的勁性構(gòu)件進行計算；兼做立柱樁的主體結(jié)構(gòu)工程樁 應滿足相應的承載能力和沉降計算。 結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)豎向支承系統(tǒng)相結(jié)合結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件與支護結(jié)構(gòu)豎向支承系統(tǒng)相結(jié)合 三、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求三、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求 作為永久結(jié)構(gòu)一部分的圍護墻還涉及與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接、墻體在正常使用階 段的整體性能、與主體結(jié)構(gòu)的沉降協(xié)調(diào)等一系列問題，需要采用一整套的設計構(gòu)造 措施，以滿足正常使用階段的受力和構(gòu)造要求。疊合式結(jié)構(gòu)設計中先期修建的連續(xù) 墻與頂、樓、底板等水平構(gòu)件的連接一般有兩種構(gòu)造方案： （1）在連續(xù)墻內(nèi)預埋彎起鋼筋，將其扳直

41、后與水平構(gòu)件的內(nèi)外層主筋搭接（或焊 接），澆筑混凝土后水平構(gòu)件與連續(xù)墻連成一體，并通過墻上預留的凹槽傳遞豎向 剪力。為了防止鋼筋彎折時脆斷，預埋鋼筋必須采用韌性較好但強度較低的 HPB235鋼，且直徑不宜太大，間距不能太?。ㄒ话氵x用直徑小于22mm，間距大于 150mm的單排筋）。 （2）通過事先埋在連續(xù)墻內(nèi)的鋼筋連接器（接駁器）與水平構(gòu)件的主筋連接。接駁 器實際為一套管，內(nèi)腔為錐形，一端與連續(xù)墻內(nèi)的錨固筋連接，預埋在墻內(nèi)，另一 端加保護帽后露在墻上預先設置的凹槽內(nèi)，基坑開挖后，打開保護帽即可方便地將 頭部車有錐螺紋的水平筋旋入接駁器內(nèi)。由于接駁器能可靠地傳遞拉力，并通過墻 上預留的凹槽共同傳遞豎向剪力，故此種接頭可視為剛接。 側(cè)