地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計三

地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、地鐵車站結(jié)構(gòu)選型的原則和特點(diǎn)二、地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式三、地鐵車站結(jié)構(gòu)的荷載內(nèi)力計算與設(shè)計四、地鐵車站結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計一、地鐵車站結(jié)構(gòu)選型的原則和特點(diǎn)⑴地鐵車站應(yīng)根據(jù)車站規(guī)模﹑運(yùn)行要求﹑地面環(huán)境﹑地質(zhì)﹑技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等條件選用合理的結(jié)構(gòu)形式和施工方法；⑵結(jié)構(gòu)凈空尺寸應(yīng)滿足建筑﹑設(shè)備﹑使用以及施工工藝等要求，還要考慮施工誤差﹑結(jié)構(gòu)變形和后期沉降的影響。⒈明挖法施工的車站結(jié)構(gòu)⑴適應(yīng)性強(qiáng)，可以靈活布置車站的平面及縱斷面；⑵可較好的利用地下空間；⑶尤其適用于客流量大的車站﹑換乘站以及需要考慮城市地下、地上空間綜合開發(fā)利用的車站；⑷一般情況下淺埋地鐵以明挖車站為主。⒉蓋挖法施工的車站結(jié)構(gòu)⑴分為蓋挖順作法半逆作法和逆作法；⑵在交通繁忙得地段修建地鐵，尤其是修建有綜合功能要求的車站，或需要嚴(yán)格控制基坑開挖引起的地面沉降時，則可采用蓋挖法施工。⒊暗挖法施工的車站隧道和折返線等大斷面隧道⑴廣為采用的暗挖法有礦山法﹑盾構(gòu)法﹑頂管法；⑵礦山法不適用于飽和軟粘土，采用礦山法需注意：①在第四系中用新奧法時需與明蓋挖方案進(jìn)行論證②礦山法車站施工難度大安全性差造價高工期長，適用效果和營運(yùn)質(zhì)量不如其他方法。③礦山法可用于采用明﹑蓋挖施工非常不經(jīng)濟(jì)的地鐵中間站。⒋盾構(gòu)法施工的車站結(jié)構(gòu)⑴其特點(diǎn)是地層掘進(jìn)出土運(yùn)輸襯砌拼裝等作業(yè)都在盾尾保護(hù)下進(jìn)行，需隨時排除地下水和控制地面沉降，技術(shù)要求高，綜合性強(qiáng)；⑵可用于各類軟土地層和軟巖地層中掘進(jìn)隧道，尤其適用于市內(nèi)地鐵和水底隧道的掘進(jìn)；⑶優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境影響小，施工速度快，自動化程度高等；⑷缺點(diǎn)是造價高，地表沉降控制較難施作小半徑隧道時較困難。二﹑地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式⒈明挖法施工的車站結(jié)構(gòu)形式⑴矩形框架結(jié)構(gòu)①有單層﹑雙層﹑單跨﹑雙跨﹑雙層多跨（圖4-1）等形式。②側(cè)式車站采用雙跨結(jié)構(gòu)；③島式車站采用三跨結(jié)構(gòu)，有時也用單跨結(jié)構(gòu)；④有時可用上﹑下線重疊結(jié)構(gòu)。圖4-1上海地鐵徐家匯(與下立交隧道合建，尺寸單位mm)⑵拱形結(jié)構(gòu)

常用于站臺寬度較窄的單跨單層或單跨雙層車站⑶整體式結(jié)構(gòu)與裝配式結(jié)構(gòu)①現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)具有防水性和抗震性能好，能適應(yīng)結(jié)構(gòu)體系的變化等優(yōu)點(diǎn)；②裝配式結(jié)構(gòu)施工速度快，但接頭防水較薄弱，新發(fā)展的部分裝配式結(jié)構(gòu)。⒉蓋挖法施工的車站結(jié)構(gòu)形式⑴蓋挖法多采用矩形框架結(jié)構(gòu)（圖4-2）；⑵蓋挖車站一般均采用與圍護(hù)墻結(jié)合的現(xiàn)澆的成型方法；⑶軟土地區(qū)車站采用地下墻或鉆孔樁作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。分單雙層墻兩種結(jié)構(gòu)。圖4-2北京地鐵永安里站(尺寸單位：mm)⒊礦山法施工的車站結(jié)構(gòu)形式⑴斷面形式應(yīng)根據(jù)圍巖條件使用要求施工工藝及開挖斷面的尺寸等從結(jié)構(gòu)受力圍巖穩(wěn)定及環(huán)境保護(hù)等方面綜合考慮確定；⑵宜采用連接圓順的馬蹄形斷面；⑶圍巖條件較好時采用拱形與直墻或曲墻組合的形狀，軟巖及砂土地層應(yīng)設(shè)仰拱或受力平板底；⑷硬巖中設(shè)200mm的鋪底作整體道床的基礎(chǔ)；⑸特殊困難條件下可采用平頂式結(jié)構(gòu)。1)單拱車站隧隧道⑴該結(jié)構(gòu)形形式在巖石石地層中采采用較多；；⑵施工難度度大﹑技術(shù)措施復(fù)復(fù)雜﹑造價高（圖圖4-3）。圖4-3日本橫濱地地鐵三澤下下街車站⑵設(shè)有橫向向聯(lián)絡(luò)通道道，兩主隧隧道的凈距距不小于一一倍主隧道道寬度；⑶雙拱立柱柱式早期用用于石質(zhì)較較好的地層層中，近年年來被單拱拱車站取代代。2)雙拱車站隧隧道⑴基本形式式：雙拱塔塔柱式和雙雙拱立柱式式(圖4-4)；圖4-4雙拱立柱式式車站實(shí)例例3)三拱車站隧隧道⑴亦有塔柱柱式和立柱柱式兩種基基本形式；；⑵土層中大大多采用三三拱立柱式式車站（圖圖4-5）。圖4-5三拱立柱式式車站實(shí)例例⒋盾構(gòu)法施施工的車站站結(jié)構(gòu)形式式1)由兩個并列列的圓形隧隧道組成的的側(cè)式站臺臺車站⑴圖4-6，每個隧道道內(nèi)設(shè)一組組軌道和一一個站臺；；⑵車站隧道道的內(nèi)徑主主要取決于于側(cè)站臺寬寬度﹑車輛限界及及列車牽引引受電方式式；⑶總寬度較較窄可設(shè)在在道路之下下，用于客客流量較小小的車站；；⑷技術(shù)難點(diǎn)點(diǎn)在于橫通通道的設(shè)計計與施工。。圖4-6東京永田町町車站2)由三個并列列的圓形隧隧道組成的的三拱塔柱柱式車站⑴圖4-7，兩側(cè)為行行車隧道，，在其內(nèi)設(shè)設(shè)站臺，中中間隧道為為集散廳，，用橫通道道連成一個個整體；⑵總寬度較較大，28～30m，用于中等等客流量車車站。圖4－7基輔地鐵三三拱塔柱式式車站3)立柱式車站站⑴傳統(tǒng)立柱柱型車站為為三跨結(jié)構(gòu)構(gòu)，眼鏡型型車站，典典型的島式式車站（圖圖4-8），站臺寬寬度≥10m,站臺邊至立立柱外側(cè)≥2m；⑵傳統(tǒng)型立立柱車站施施工工序多多，難度大大，造價高高，總寬度度窄，20m左右；⑶“多圓型型盾構(gòu)”，，盾構(gòu)車站站，球墨鑄鑄鐵管片組組成的裝配配式襯砌。。圖4-8莫斯科地鐵鐵三拱立柱柱式車站(尺寸單位：：mm)圖4-8圣彼得堡地地鐵三拱立立柱式車站站(尺寸單位：：mm)⒌換乘站的隧隧道襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)形式⑴換乘方式按按結(jié)構(gòu)分類類：①在兩個或或幾個單獨(dú)獨(dú)設(shè)置車站站之間設(shè)置置聯(lián)絡(luò)通道道等換乘設(shè)設(shè)施；②修建兩條或或多條線路路使用的聯(lián)聯(lián)合換乘站站；③在兩個相交交車站的局局部，修建建公共換乘乘結(jié)點(diǎn)。⑵按線路在車車站內(nèi)的位位置，后兩兩種又分為為：①兩條線路路設(shè)于同一一水平上的的車站；②兩條線路路設(shè)于不同同水平上的的重疊式車車站：③兩條線路設(shè)設(shè)于同一水水平上的交交叉式車站站；⑶重疊式車站站的站臺形形式：①上層側(cè)式式，下層兩兩側(cè)式間作作共享通道道；②上下層均均為側(cè)式站站臺；③上下層均均為島式站站臺。⒍地鐵車站圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)⑴一般采用用地下墻﹑鉆孔灌注樁樁﹑人工挖孔樁樁及SMW工法作圍護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)；⑵地下墻可可作主體側(cè)側(cè)墻的一部部分，或只只作圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)；⑶單層側(cè)墻墻，錐螺紋紋鋼筋連接接器，雙層層側(cè)墻。三﹑地鐵車站結(jié)結(jié)構(gòu)的荷載載內(nèi)力計算算與設(shè)計主要內(nèi)容：：結(jié)構(gòu)選型，，荷載計算算，基坑圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計，內(nèi)襯襯設(shè)計，結(jié)結(jié)構(gòu)樓板和和梁設(shè)計，，抗浮設(shè)計計，出入口口通道設(shè)計計、風(fēng)道設(shè)設(shè)計等，另另外還包括括端頭井設(shè)設(shè)計，車站站縱向結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計，防防雜散電流流設(shè)計，防防水設(shè)計和和人防設(shè)計計等。⒈地鐵車站站結(jié)構(gòu)靜﹑動力工作特特性⑴進(jìn)行地鐵鐵車站結(jié)構(gòu)構(gòu)的靜﹑動力計算時時，必須考考慮結(jié)構(gòu)與與地層的共共同作用；；⑵一般采用用結(jié)構(gòu)計算算﹑經(jīng)驗(yàn)判斷和和實(shí)測相結(jié)結(jié)合的信息息化設(shè)計方方法；⑶設(shè)計模型型隨結(jié)構(gòu)形形式和施工工方法而異異；⑷軟土中的的淺埋車站站常用荷載載－結(jié)構(gòu)模模型；⑸深埋或淺淺埋的巖層層中的車站站采用連續(xù)續(xù)介質(zhì)模型型（地層－－荷載模型型），包括括解析法和和數(shù)值法。。⒉作用在地地鐵車站結(jié)結(jié)構(gòu)上的荷荷載⑴分為永久久荷載﹑可變荷載和和偶然荷載載，計算時時取最不利利組合；⑵永久荷載載包括地層層壓力、結(jié)結(jié)構(gòu)自重、、車站結(jié)構(gòu)構(gòu)上部或破破壞棱柱體體內(nèi)的設(shè)施施及建筑物物基底附加加應(yīng)力、靜靜水壓力（（含浮力））、混凝土土收縮和徐徐變影響力力，預(yù)加應(yīng)應(yīng)力、設(shè)備備自重和地地基下沉影影響；⑶可變荷載載包括地面面車輛荷載載（包括沖沖擊力）和和它所引起起的側(cè)向土土壓力、地地鐵車輛荷荷載（包括括沖擊力、、搖擺力、、離心力））以及人群群荷載等，，還包括其其他可變荷荷載，如：：溫度變化化、施工荷荷載等；⑷偶然荷載載包括地震震力，爆炸炸力沉船等等。1)地層壓力⑴深埋巖石石車站結(jié)構(gòu)構(gòu)在荷載結(jié)構(gòu)構(gòu)模型中，，主要承擔(dān)擔(dān)由于巖石石松動、坍坍塌而產(chǎn)生生的豎向和和側(cè)向主動動土壓力，，僅僅是車車站隧道周周圍某一范范圍（天然然拱或稱承承載拱）內(nèi)內(nèi)巖體的重重量，與車車站隧道埋埋深無直接接關(guān)系。⑵土質(zhì)車站站結(jié)構(gòu)一般按照計計算截面以以上全部土土柱重量計計算；深埋埋暗挖隧道道或覆蓋厚厚度大于（（2.0D～2.5D）的砂性土土層中的暗暗挖隧道，，其豎向均均布土壓力力可按照太太沙基公式式或普氏公公式計算。。側(cè)壓力按按照主動、、被動或靜靜止土壓力力公式計算算。2)靜水壓力⑴靜水壓力力對不同的的地下結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生不同同的荷載效效應(yīng)，如圓圓形結(jié)構(gòu)，，矩形結(jié)構(gòu)構(gòu)；⑵一般說來來，粘土地地層（含粉粉質(zhì)粘土））施工階段段水土合算算，使用階階段水土分分算；砂土土地層（含含粘質(zhì)粉土土）在施工工和使用階階段均采用用水土分算算；⑶水土合算算時，地下下水位以上上的土采用用天然容重重γ，地下水位位以下的土土采用飽和和容重γs計算土壓力力，不計算算靜水壓力力；⑷水土分算算時，地下下水位以上上的土采用用天然容重重γ，地下水位位以下的土土采用有效效容重γ’計算土壓力力，另外再再計算水壓壓力。3)地面車輛荷荷載⑴一般將地地面車輛荷荷載簡化為為均布荷載載；⑵當(dāng)覆蓋層層厚度較小小時，兩輪輪壓擴(kuò)散線線不相交時可按局部部均布壓力力計算；⑶在道路下下方的淺埋埋暗挖隧道道，地面車車輛荷載可可按10kPa均布荷載取取值，并不不計沖擊力力的影響。。⑷當(dāng)無覆蓋蓋層時，應(yīng)應(yīng)按集中力力考慮；⑸對車站頂頂板通過覆覆土層擴(kuò)散散由空間結(jié)結(jié)構(gòu)計算內(nèi)內(nèi)力，或?qū)⒌孛孑唹簤恨D(zhuǎn)換為與與此效應(yīng)相相同的等效效荷載；⑹對底版地地面輪壓引引起的反向向荷載比頂頂板上的地地面荷載小小。單個輪壓傳傳遞的豎向向壓力：兩個以上輪輪壓傳遞的的豎向壓力力：(4-1)(4-2)式中：p0z——地面車輛輪輪壓傳遞到到計算深度度Z處的豎向壓壓力；P0——車輛單個輪輪壓；a﹑b——地面單個輪輪壓的分布布長度和寬寬度；di——地面相鄰兩兩個輪壓的的凈距；n——輪壓的數(shù)量量；μ0——車輛荷載的的動力系數(shù)數(shù)。式中：p0x——地面車輛輪輪壓傳遞到到計算深度度Z處的側(cè)壓力力；p0z——地面車輛輪輪壓傳遞到到計算深度度Z處的豎向壓壓力；λa——水平向側(cè)壓壓力系數(shù)。。地面車輛荷荷載傳遞到到地下結(jié)構(gòu)構(gòu)上的側(cè)壓壓力，可按按下式計算算：(4-3)4)地震荷載⑴地震對地地鐵車站的的影響可分分為剪切錯錯位和振動動。車站結(jié)結(jié)構(gòu)無法抵抵抗剪切錯錯位；⑵松軟地層層中進(jìn)行地地震響應(yīng)分分析和動力力模型試驗(yàn)驗(yàn)，一般結(jié)結(jié)構(gòu)采用實(shí)實(shí)用方法，，即靜力法法或擬靜力力法；⑶襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)橫截面的的抗震設(shè)計計和抗震穩(wěn)穩(wěn)定性驗(yàn)算算中采用地地震系數(shù)法法（慣性力力法），即即靜力法；；⑷驗(yàn)算襯砌砌結(jié)構(gòu)沿縱縱向方向的的應(yīng)力和變變形采用地地層位移法法，即擬靜靜力法；⑸垂直地震震荷載通常常只在驗(yàn)算算結(jié)構(gòu)的抗抗浮能力時時才考慮；；⑹水平地震震荷載可分分為垂直和和平行隧道道縱軸兩個個方向計算算。5)其他荷載⑴車站上面面的覆土荷荷載⑵施工階段段地表施工工機(jī)具荷載載⑶車站上方方和破壞棱棱柱體內(nèi)的的設(shè)備和建建筑物壓力力⑷內(nèi)部人群群荷載⑸內(nèi)部設(shè)備備荷載⑹地鐵車輛輛荷載⒊地鐵車站圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計1)入土深度計計算（基坑坑穩(wěn)定性驗(yàn)驗(yàn)算）⑴入土深度度可按基坑坑抗隆起的的穩(wěn)定條件件和防止管涌的的穩(wěn)定條件件來確定；；⑵基坑抗隆隆起驗(yàn)算時時一般采用用以最下一一道支撐與與圍護(hù)墻的的交點(diǎn)為滑滑弧中心﹑維護(hù)墻底面面為滑裂圓圓弧的分層層計算方法法；⑶安全系數(shù)數(shù)一般為1.5～2.0，亦可參考考工程實(shí)踐踐經(jīng)驗(yàn)綜合合考慮確定定。式中：hw——維護(hù)墻體內(nèi)內(nèi)外面的水水頭差；L——產(chǎn)生水頭損損失的最短短流線長度度；ic——極限動水坡坡度；I——動水坡度；；Gs——土顆粒密度度；e——土的空隙比比。⑷防止管涌的的驗(yàn)算一般般采用動水水坡度小于于極限動水水坡度的方方法，即(4-4)2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)計計算對于明挖順順作法施工工的圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)根根據(jù)基坑分分層開挖﹑回筑內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)的施工工階段和完完成后的使使用階段等等不同工況況進(jìn)行計算算，最終配配筋按各階階段的內(nèi)力力包絡(luò)圖提提取。⒋內(nèi)襯側(cè)墻墻計算⑴當(dāng)采用單單層墻結(jié)構(gòu)構(gòu)時，各階階段的最不不利荷載全全部由地下下墻承受；；⑵當(dāng)采用雙雙層墻結(jié)構(gòu)構(gòu)時，基坑坑開挖階段段荷載全部部由地下墻墻承受，內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)回回筑后與地地下墻按疊疊合墻計算算；⑶內(nèi)襯墻配筋：：一般外側(cè)面僅僅在地下墻幅間間接縫兩側(cè)各1米范圍內(nèi)設(shè)置構(gòu)構(gòu)造鋼筋網(wǎng)；內(nèi)內(nèi)側(cè)面按照設(shè)計計要求配筋，截截面計算時應(yīng)將將地下墻與內(nèi)襯襯墻視為整體；；⑷上海地鐵建議允允許的抗剪強(qiáng)度度取0.7MPa。⒌地鐵車站結(jié)構(gòu)計計算1)明挖順作法修建建的多層多跨矩矩形框架結(jié)構(gòu)要要按兩種方法進(jìn)進(jìn)行驗(yàn)算：⑴按車站的結(jié)構(gòu)形形式、剛度、支支承條件、荷載載情況和施工方方法，模擬分步步開挖、回筑和和使用階段不同同的受力狀況，，考慮結(jié)構(gòu)體系系受力的連續(xù)性性，用疊加法或或總和法計算；；⑵將其視為一次整整體受力的彈性性地基上的框架架進(jìn)行內(nèi)力分析析。2)車站按底板支承承在彈性地基上上的平面框架進(jìn)進(jìn)行分析時，一一般以水平彈簧簧模擬地層對側(cè)側(cè)墻的水平位移移的約束作用，，以豎向彈簧模模擬地層對底板板、側(cè)墻底部的的豎向位移的約約束作用。3)框架結(jié)構(gòu)基底反反力可以采用兩兩種計算方法：：⑴假設(shè)結(jié)構(gòu)是剛剛性體，則基底底反力的大小和和分布可根據(jù)靜靜力平衡條件求求得；⑵假設(shè)結(jié)構(gòu)為溫溫克爾地基上的的矩形框架，則則根據(jù)地基變形形計算基底每一一點(diǎn)的反力。4)在頂、樓板的橫橫向框架內(nèi)力計計算中，要考慮慮因縱梁剛度不不足（當(dāng)跨度較較大、截面高度度較小時）、跨跨中撓度較大所所產(chǎn)生的橫向板板帶正負(fù)彎矩在在縱向分布的不不均勻性。5)各層板與地下墻墻的連接處，如如不采用鋼筋接接駁器而采用預(yù)預(yù)埋剪力筋，應(yīng)應(yīng)將預(yù)埋在地下下墻中的插筋調(diào)調(diào)直，使它能承承受負(fù)彎矩。在在板的橫向內(nèi)力力計算中把這部部分插筋計人，，以減小跨中正正彎矩。6)頂板一般按純彎彎計算；中樓板板、底板截面配配筋計算時，可可考慮對稱的側(cè)側(cè)向土壓力對板板產(chǎn)生的軸向壓壓力按偏心受壓壓構(gòu)件進(jìn)行計算算。7)對框架結(jié)構(gòu)的隅隅角部分和梁柱柱交叉節(jié)點(diǎn)處，，配筋時要考慮慮側(cè)墻寬度的影影響。8)當(dāng)沿車站縱向的的覆土厚度、上上部建筑物荷載載、內(nèi)部結(jié)構(gòu)形形式變化較大時時，或基底地層層有顯著差異時時，還應(yīng)進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)縱向受力分分析。四﹑地鐵車站結(jié)構(gòu)的的構(gòu)造設(shè)計⒈明挖法施工的車車站1)頂板和樓板可采用單向板、、井字梁式板、、無梁板或密肋肋板等形式。2)底板基本上都采用以以縱梁和側(cè)墻為為支撐的梁式板板結(jié)構(gòu)。3)立柱⑴明挖法車站的的立柱一般采用用鋼筋混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)。⑵按照常規(guī)荷載載設(shè)計的地鐵車車站站臺區(qū)的