无锡地铁三号线吴桥站（埋深3m）主体结构设计文献综述

文 献 综 述

1.1 选题意义

交通体系对于城市的发展具有重要的影响作用，随着近年来我国城市化进程的不断加快，城市规模不断扩大、城市人口迅速增长，城市交通的供需矛盾也日益激烈，通过发展大容量的轨道交通来缓解公共交通拥堵情况，已经成为解决城市交通供需矛盾的有效措施。然而城市轨道交通在改变城市交通结构中的作用究竟如何，如何充分发挥轨道交通的作用来为城市交通管理以及城市发展服务，已经成为城市轨道交通研究工作的新内容。 （1）城市轨道交通具有较强的运力。由于城市轨道交通列车站点间行车时间短、列车运行速度高、列车编组数量多等一系列的优点，城市轨道交通的运力较强，能够在相对较短的时间内输送较大的客流，运力远远超过城市公交车的运力。（2）城市轨道交通的准时性较强。由于城市轨道交通的列车是在专门的铁轨上运行，这就能够确保城市轨道交通不会受到其他交通工具的干扰，所以也不会像公交车一样发生交通拥堵，同时也不会受到天气条件的制约，所以城市轨道交通的准时性较强。（3）城市轨道交通有助于缩短乘客的出行时间。由于城市轨道交通列车的运行速度较快，而且城市轨道交通一般需要单独设置站台，乘客的上下车以及换乘十分便利，因而可以大幅度缩短乘客的出行时间。（4）城市轨道交通行车安全舒适。由于城市轨道交通没有平交道口的限制问题，而且现阶段轨道交通信号控制技术十分成熟，因而相比公交系统而言城市轨道交通更加安全可靠。此外，由于城市轨道交通的列车运行平稳、进出站服务设施齐全，因此出行的舒适度较高。（5）城市轨道交通能够充分利用城市空间。由于城市轨道交通大多采用地下或者是高架的形式来架设轨道，因而能够充分的利用城市的地上以及地下空间，对于城市空间规划的影响较小，有利于实现城市规划发展的协调可持续。（6）城市轨道交通能够有效的改善城市生态环境。城市轨道交通由于一般采用电气牵引的方式，不仅不会像公共汽车一样产生废气污染，因而有助于提高城市的空气质量。此外，由于城市轨道交通可以有效的环节城市拥堵状况，因而有利于改善城市交通状况，减轻大堵车情况造成的汽车尾气污染，因而有助于改善城市生态环境。

1.2 地铁车站结构设计理论

结构选用整体式矩形钢筋混凝土框架!根据车站使用功能的要求，结构方案设计成两层两跨的梁"板"柱组成的框架!本方案与其他可选方案相比，其技术成熟，施工方便，整体性好，经济高效，防水容易得到保证。

车站主体结构的荷载包括永久荷载"可变荷载"、人防荷载和偶然荷载组成，其中结构自重"覆土土压力"地下水压力和设备重量等属于永久荷载；地面车辆荷载"人群荷载"施工荷载等属于可变荷载；人防荷载取用六级人防等效静载，主要作用于顶板"底板和侧墙；偶然荷载则主要考虑地震作用。

车站结构整体计算按多层的空间结构及纵断面的平面结构进行受力分析，平面结构分析时按底板支承于弹性地基上的平面框架进行内力分析，计算时考虑立柱"侧墙和楼板的压缩变形以及斜托的影响。地下室底板纵梁按支承于弹性地基上的连续梁进行内力分析。

控制车站主体结构有以下几种工况：有水有活载、人防有水、无水有活载。以上3种工况对结构设计起控制作用的是有水有活载工况，而无水有活载工况中主要是不考虑地下水带给结构的荷载，在有水有活载工况中，车站结构的顶板"侧墙"底板受到的地下水的作用占了其所受荷载的很大的一部分。比如侧墙的荷载包括：地面超载、覆土压力、水压力，考虑侧墙的计算模型时，把侧墙简化为是两跨刚性支座受梯形荷载的板，土压力的重度扣除水的重度，荷载由连续墙和侧墙共同承受，并且根据刚度进行分配，待主体结构建成后水压力则全部为侧墙承受!而在无水有活载工况中，荷载的计入不考虑地下水的作用，在此工况中，侧墙的荷载则只包括地面超载和覆土压力，侧墙还是简

化为两跨刚性支座受梯形荷载的板，土压力重度采用实际重度，作用于连续墙和侧墙。此工况只是对底板起控制作用，底板不考虑水压力以后，总荷载方向向下，对底板的面筋起到了控制作用!有水有活载工况底板所受的荷载由于考虑水压力的作用，其总荷载的方向向上，对板厚和底筋起到控制作用。

1.3 地铁车站结构计算

1. 车站按底板支承在弹性地基上的平面框架进行分析时，一般以水平弹簧模拟地层对侧墙的水平位移的约束作用，以竖向弹簧模拟地层对底板、侧墙底部的竖向位移的约束作用。

2. 明挖顺作法修建的多层多跨矩形框架结构要按两种方法进行验算：

(1) 按车站的结构形式、刚度、支承条件、荷载情况和施工方法，模拟分步开挖、回筑和使用阶段不同的受力状况，考虑结构体系受力的连续性，用叠加法或总和法计算；

(2) 将其视为一次整体受力的弹性地基上的框架进行内力分析。

3. 框架结构基底反力可以采用两种计算方法：

(1) 假设结构是刚性体，则基底反力的大小和分布可根据静力平衡条件求得；

(2) 假设结构为温克尔地基上的矩形框架，则根据地基变形计算基底每一点的反力。

4. 在顶、楼板的横向框架内力计算中，要考虑因纵梁刚度不足（当跨度较大、截面高度较小时）、跨中挠度较大所产生的横向板带正负弯矩在纵向分布的不均匀性。

5. 各层板与地下墙的连接处，如不采用钢筋接驳器而采用预埋剪力筋，应将预埋在地下墙中的插筋调直，使它能承受负弯矩。在板的横向内力计算中把这部分插筋计人，以减小跨中正弯矩。

6. 对框架结构的隅角部分和梁柱交叉节点处，配筋时要考虑侧墙宽度的影响。

7. 当沿车站纵向的覆土厚度、上部建筑物荷载、内部结构形式变化较大时，或基

底地层有显著差异时，还应进行结构纵向受力分析。

1.4地铁车站施工设计

1明挖法与盖挖法

1.1明挖法

明挖法是各国地下铁道施工的首选方法,在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工,明挖法具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量和工程造价低等优点,但因对城市生活干扰大,应用受到各种因素的限制,尤其是当地面交通和环境不允许时,只能采用盖挖法或新奥法。明挖法适用于浅埋车站、有宽阔的施工场地,可修建的空间比较大,如带有换乘站、地下商场、休息和娱乐场所及停车库等的地下综合体车站,如上海地铁徐家汇站。

明挖法施工主要分为围护结构施工、站内土方开挖、车站主体结构施作和回填上覆土和恢复管线四个部分。根据不同的地质条件和车站结构的大小以及基坑深度,明挖法的围护结构可采用地下连续墙、锚杆、钻孔桩加旋喷桩止水、SMW水泥土加型钢等。采用地下连续做围护结构的明挖法修建地铁车站的施工流程为:地下连续墙围护结构施工--内井点降水或基坑底土体加固--开挖上层土体设置上层钢支撑--开挖中间层土体--设置中间层钢支撑--最后开挖底层土体--浇筑底板混凝土结构--拆除中间层支撑--浇筑车站混凝土结构--拆除顶层支撑--浇筑车站顶板混凝土结构--回填土体等。

1.2盖挖法

盖挖法是利用围护结构和支撑体系,在较繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路面交通,在其下进行车站施工工法。按结构施工的顺序分盖挖逆作法和盖挖顺作法两种。盖挖逆作法一般都是对交通作短暂封锁,一年左右,将结构顶板施工结束,恢复道路交通,利用竖井作出人口进行内部暗挖逆筑。

盖挖顺作法一般是利用临时性设施(如钢结构)作辅助措施维持道路通行,在夜间将道路封锁,掀开盖板进行基坑土方开挖或结构施工。盖挖法也成为修建车站的主要方法,在世界上盖挖法修建车站占有很大比例,采用这种方法,在北京、上海、南京、广州等

修建了近10余座地铁车站。盖挖逆作法具有占用场地时间短,对地面干扰小和施工安全等优点;适用于车站上面有高层建筑、埋深较大的地铁车站,如上海地铁新闸门路站;缺点是施工工序复杂、交叉作业和施工条件差等。盖挖顺作法同样具有盖挖逆作法的优缺点,只是适用于市区浅埋地铁车站。

采用盖挖法的基本施工流程为:施作车站内临时支承桩--施工地下连续墙围护结构--注浆加固地下连续墙墙趾→加固地基与基坑底土体→第一层钢支撑抽槽设置→开挖第一层土体→安装第二层钢支撑→车站顶板立模、梆扎钢筋和浇筑混凝土→顶板覆土、埋管和路面浇筑→暗挖第二层土体→第二层钢支撑下移至第三层安装、第四层钢支撑安装→中楼板立模、扎钢筋和混凝土浇筑→分小段暗挖第三层土体→第四层钢支撑逐根移至

→第五层安装→底板混凝土浇筑。

隧道的建筑界限还应满足车站的使用要求。

2暗挖法

2.1新奥法

新奥法也是通常所说的矿山法,新奥法是当代隧道施工设计应用最广泛的方法。其施工思路是在监控量测的基础上,及时更改喷射混凝土的厚度,锚杆、钢支持和钢丝网的参数以及二次衬砌等支护措施,来保持开挖洞室的稳定,从而保证施工的安全。当地面交通和环境不允许时,世界上各国常采用这种施工方法,如日本采用新奥法修建的东叶高速线北习志野站,为三拱两柱单层式结构。其优点是对地面的影响小、造价低,适用于坚硬岩土介质、底下水位底,但是进度慢、劳动强度大和风险也大。

新奥法施工对大断面的开挖有侧壁导坑、台阶和CRD等,其施工流程为:放线→钻孔、装药和放炮→通风除尘后出渣→打锚杆、钢拱架支撑和挂钢筋网→施作喷射混凝土初期支护→最后修建模筑混凝土二次衬砌。用到的辅助工法有降水、大小导管、注浆和采取必要的监控量测措施。

2.2浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是按照新奥法原理进行设计和施工,以加固、处理软弱地层为前提,采用足够刚性的复合衬砌(由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成)为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法,它以施工监测为手段,指导设计与施工,保证施工安全,控制地表沉降。浅埋暗挖法的施工原则是:管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。与明挖法相比,浅埋暗挖法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作,减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响,对城市交通的干扰小。盾构法虽然也具有上述同样优点,但盾构法不能适应隧道断面变化,而且当盾构开挖的隧道不是足够长时,盾构法的经济性不明显。选用浅埋暗挖法应考虑的基本适用条件有:不允许带水作业和要求开挖面具有一定的自立性和稳定性,而且是浅埋地铁车站。缺点是地下作业风险大、机械化程度低。

浅埋暗挖法对土体的加固和对水的处理方法有冻结法、注浆、深层搅拌和管棚等。对于断面较大的隧道,考虑分部开挖、分部支护和封闭成环的需要,选择中隔壁法(CD法)、交叉隔壁法(CRD法)和侧壁导坑法(眼镜法)等。浅埋暗挖法常用的初期支护形式是钢筋格栅、钢筋网和喷混凝土。地表位移、拱顶下沉、隧道周边收敛等量测项目常被选为监控量测的必测项目,而土压力、土体位移、支护应力等可作为选测项目。

2.3暗挖与盖挖相结合的施工方法

暗挖与盖挖相结合的施工方法是一种新技术,是我国在使用暗挖法和盖挖法施工的基础上,经过研究总结而提出的具有盖挖法和暗挖法各自优点的一种新的施工方法。其关键是将地铁车站视为由桩、梁和拱组成的地下结构,如北京天安门西站。天安门西站的具体施工流程为:导洞开挖、支护→桩孔、柱孔开挖及护壁→条形基础施作→桩、柱吊装及灌注混凝土→桩、柱顶梁施作→三跨顶拱初期支护施作→花边墙施作→三跨顶拱二次衬砌施作→站厅层施作→站台层施作→站台板施作→建筑装修及设备安装。

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