西南交大畢業(yè)設計——地鐵車站主體結構設計

1、西 南 交 通 大 學本科畢業(yè)設計南京地鐵一號線岔路口車站主體結構設計年 級： 2008學 號： 2008姓 名：專 業(yè)： 土木工程指導教師：2012年 6月西南交通大學本科畢業(yè)設計 第I頁 院 系 土木工程系 專 業(yè) 鐵道工程 年 級 2 0 0 8級 姓 名題 目 南京地鐵一號線岔路口車站主體結構設計 指導教師 評 語指導教師 (簽章)評 閱 人評 語評 閱 人 (簽章)成 績答辯委員會主任 (簽章)年 月 日西南交通大學本科畢業(yè)設計 第II頁 畢業(yè)設計任務書班 級 08鐵工本（隧道課程組） 學生姓名 學號發(fā)題日期：2012年 2月 27日 完成日期：6月8日題目： 南京地鐵一號線岔路口站

2、主體結構設計1、本設計的目的、意義（1） 通過本設計工作可以培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、基本知識和基本技能的能力，使學生能夠對地鐵車站主體結構的設計、施工方法的選擇及施工組織有所認識和了解，并使其得到計算地鐵車站主體結構的受力情況和進行科研能的初步訓練。（2） 通過本畢業(yè)設計工作可以培養(yǎng)學生正確的設計思想、理論聯系實際的工作作風和嚴肅認真的科學態(tài)度。（3） 訓練和提高學生的分析設計能力、理論計算能力、實驗研究能力、外文閱讀能力和使用計算機的能力，以及社會調查、查閱文獻資料和文字表達等基本技能。2、學生應完成的任務（1） 摘要：（中、英文）（2） 車站的工程概況：（水文、地質情況）（3） 車

3、站主體結構的平、縱斷面設計：（車站平、縱斷面圖，車站主體結構平面圖、橫斷面圖）（4） 車站主體結構計算及配筋（ANSYS）：（車站主體結構配筋圖）（5） 車站結構的施工方法與施工組織；（6） 車站結構工程工程量初步擬定；（7） 不少于6000字符的外文翻譯。西南交通大學本科畢業(yè)設計 第III頁 3、設計各部分內容及時間分配：（共周）第一部分 布置設計任務，收集相關資料，熟悉設計資料集相關要求 （2周）第二部分 根據所給定的車站資料確定車站主體平面圖及縱剖面圖 （2周）第三部分 對車站主體部分進行結構計算及配筋 （4周）第四部分 車站主體工程施工方法及施工組織 （2.5周）第五部分 依據所確定的

4、車站主體結構計算工程量 （1.5周）第六部分 外文翻譯、繪圖及文整工作，機動（畢業(yè)實習） （3周）評閱及答辯 （1周）備 注（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11） 王珊.地鐵工程設計與施工新技術實用全書.銀聲音像出版社 楊其新、王明年.地下工程施工與管理.西南交通大學出版社，2005.10 張慶賀、朱合華、莊榮.地鐵與輕軌.第二版.人民交通出版社，2006.8 鐘新樵、趙菊梅.地下工程概論.西南交通大學峨眉校區(qū) 賀少輝.地下鐵道.清華大學出版社 地下鐵道設計規(guī)范（GB50157-2003）.中國計劃出版社，2003 劉釗、余才高、周振強.地鐵工程設計與施工.人民

5、交通出版社，2004 李權.ANSYS在土木工程中的應用.北京：人民郵電出版社，2005 趙志縉、應惠清.建筑施工.同濟大學出版社，2004 地鐵工程設計指南.中國鐵道出版社，2002.6 房屋建筑學.中國建筑工業(yè)出版社，2005指導教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日西南交通大學本科畢業(yè)設計 第IV頁 摘要地鐵車站的設計與施工，既是地鐵工程亮點所在，更是一個難點問題。本畢業(yè)設計按照地鐵設計規(guī)范GB50157-2003和混凝土結構設計規(guī)范GB500102002等規(guī)范，根據南京地鐵一號線岔路口站的運營要求、站址環(huán)境和工程水文地質條件等，本著經濟合理、安全實用的原則，對岔路口站進行結構設計、

6、結構配筋和施工方案設計等。本畢業(yè)設計的主要內容如下：1、勘探地質、水文條件，進行工程地質評價。2、根據線路特征、運營要求、周圍環(huán)境及施工方法等條件確定車站平面形式。3、根據客流量確定車站規(guī)模，按照“適用、經濟、美觀”的原則對車站建筑設計，包括對車站型式、站廳、站臺層的平面布置、站臺的長和寬以及車站附屬設施等。4、根據地鐵設計規(guī)范計算各種荷載。土壓力運用加權平均容重計算，水壓力考慮全水頭進行計算，采取水土合算方式。在縱向選取1m長來計算荷載作用。選擇正常使用階段的標準組合荷載結構模型，運用彈性地基梁的理論，使用結構有限元分析軟件ANSYS對車站結構在正常使用階段工況下進行內力計算。ANSYS建模

7、過程中采用梁單元來模擬主體結構，利用彈簧單元模擬地基。根據計算出來的控制內力，繪制內力圖并確定危險截面。按照混凝土結構設計規(guī)范，采取偏心受壓構件模式對主體結構進行配筋計算。5、根據工程地質條件，水文地質條件和周圍環(huán)境等因素，對車站施工方案進行設計。采用明挖法施工，圍護結構采取連續(xù)墻作法。關鍵詞： 地鐵車站；結構設計；有限元分析；施工方案西南交通大學本科畢業(yè)設計 第V頁 AbstractThe design and construction of metro station, not only is the bright of metro engineering, but also is a d

8、ifficult problem. According to the environment and geology situation as well as the code for design of metro and the code for design of concrete structures etc, this thesis accomplishes the architecture design, structure design and construction design of Line No.1 chalukou station of Nanjing metro i

9、n the principle of economy, reasonability, safety and practicality. The way to accomplish this thesis is shown below:1. Explorating geology, hydrology conditions and engineering geological evaluation.2. providing the plane arrangement of the station based on the line characteristic, business require

10、ment, over-ground and underground environment and construction method etc;3. determining the scale of the station by the amounts of the passengers, and making the architecture design of the station with the purpose of “applicability, economy, pretty”, which includes the station pattern, the plane ar

11、rangement of the hall ,the length and the breadth of the platform and the platform of the station, the subsidiary facilities of the station, etc;4. According to the code metro design calculation of load. Use the weighted average density calculation earth pressure. Water pressure are consider all the

12、 head to calculate. Take water and soil accounting method. In selecting 1 m long vertical to calculate load. Choose the standard of normal use phase combination load structure model. Applying the theory of elastic foundation beam, Using finite element analysis software ANSYS to the station in normal

13、 use phase structure of working conditions is internal force calculation.In the ANSYS modeling process use beam element to simulate the main structure and use spring element simulation foundation. According to the output of calculation of internal force, try to determine the drawing and dangerous se

14、ction. According to the concrete structure design specification, Take eccentric loading component model of main body structure reinforcement calculation.5. According to the engineering geological conditions, hydrogeological condition and the surrounding environment, and other factors, the station co

15、nstruction scheme design. The Ming WaFa construction, palisade structure take continuous wall practice.西南交通大學本科畢業(yè)設計 第VI頁 Key words: Subway station；Structure design；Finite element analysis；Construction plan西南交通大學本科畢業(yè)設計 目 錄第1章 緒論 . 1第2章 工程概況 . 42.1 設計范圍 . 42.2 工程地質條件 . 42.2.1 地形、地貌、地物 . 42.2.2 地層巖性 .

16、42.2.3 水文地質條件 . 152.2.4 工程地質評價 . 16第3章 車站建筑設計 . 183.1 設計依據 . 183.2 設計原則 . 183.3 設計標準 . 193.3.1 車站各部通行能力 . 193.3.2 站廳設計標準 . 203.3.3 站臺設計標準 . 203.3.4 車站管理用房 . 213.3.5 車站主要設備 . 213.4 技術標準 . 233.5 工程規(guī)模、車站形式 . 243.6 設計使用年限、耐火等級、抗震設防烈度、人防防護等級 . 243.7 車站坐標、高程系統(tǒng)的選用 . 253.8 總平面設計 . 253.8.1 站址周邊環(huán)境及主要控制因素 . 25

17、3.8.2 車站總平面布置 . 253.8.3 與周邊建筑的結合及協(xié)調情況 . 263.9 防災設計 . 26西南交通大學本科畢業(yè)設計 3.9.1 建筑防火設計 . 263.9.2 防洪（防淹）設計 . 263.10 人防設計 . 273.11 無障礙設計 . 273.12 結構設計 . 273.12.1 車站站臺設計、計算 . 273.12.2 車站埋深及平面設計 . 293.12.3 主體結構構件尺寸設計 . 32第4章 車站主體結構計算 . 334.1計算原理 . 334.2 荷載類型及組合 . 334.2.1 荷載類型 . 334.2.2 荷載組合 . 344.3 荷載分析 . 354

18、.4 主要計算參數 . 354.5 荷載計算 . 374.6 有限元計算 . 384.6.1 有限元的分析過程 . 384.6.2 ANSYS簡介 . 414.6.3 建模與計算 . 42第5章 構造設計 . 525.1 鋼筋構造及技術要求 . 525.2 耐久混凝土材料 . 525.3 主體結構內力圖的繪制 . 535.4 截面檢算 . 565.5 主體結構配筋計算（4-4截面） . 605.5.1 頂板的配筋計算 . 605.5.2 站廳層樓板的配筋計算 . 68西南交通大學本科畢業(yè)設計 5.5.3 底板的配筋計算 . 745.5.4 地下一層（站廳層）側墻的配筋計算 . 805.5.5

19、地下二層（站臺層）側墻的配筋計算 . 825.5.6 柱的配筋計算 . 885.5.7 鋼筋表 . 91第6章 施工方法與施工組織 . 926.1 施工方法 . 926.1.2 施工方法比選 . 926.2 施工組織 . 956.2.1 明挖區(qū)施工方法及措施 . 956.2.2 主要施工順序 . 966.2.3 施工場地平面布置 . 976.2.4 交通疏導 . 976.2.5 施工注意事項 . 98 結論 . 100 致謝 . 103 參考文獻 . 104西南交通大學本科畢業(yè)設計 第1頁 第1章 緒論地下鐵道，簡稱地鐵，亦簡稱為地下鐵，狹義上專指在地下運行為主的城市鐵路系統(tǒng)或捷運系統(tǒng)；但廣義

20、上，由于許多此類的系統(tǒng)為了配合修筑的環(huán)境，可能也會有地面化的路段存在，因此通常涵蓋了都會地區(qū)各種地下與地面上的高密度交通運輸系統(tǒng)。19世紀末，世界上只有倫敦、紐約、伊斯坦布爾、芝加哥、維也納、布達佩斯、波士頓等8座城市有了地鐵，從20世紀初到1945年，全世界又有13座城市先后興建了地鐵。第二次世界大戰(zhàn)以后，地鐵以其獨特的魅力和不可替代的優(yōu)越性備受大城市的青睞，許多國家十分重視地鐵的發(fā)展，本來有的國家規(guī)定只有當人口達到1百萬以上的城市才能修建地鐵，現在國外很多只有幾十萬人口的城市也都在修建或計劃修建地鐵，現在全世界已有100多座城市開通了300多條地鐵線路，總長度超過6000km。目前世界上許

21、多大城市的地下，己構成一個上下數層、四通八達的地鐵線路網，有的還在地下設有商業(yè)建筑群和娛樂場所，與地鐵一起形成了一個地下城。還有很多城市的地鐵與地面鐵路、高架鐵路等聯合構成高涼鐵路網，以解決城市緊張的交通運輸問題。地鐵現代化的發(fā)展，已成為城市交通現代化的重要標志之一?，F代化地鐵為了確保乘客的安全，還設有滅火救災的自動監(jiān)測系統(tǒng);另外，地鐵列車還裝有自動停車設備，當行車中遇見紅燈或其他有關情況沒有停車時，它將強迫列車自動停車。列車還能根據地面信號規(guī)定的速度，進行自動調整。法國和加拿大等國已采用無人駕駛地鐵列車的最先進技術，這種高度自動化的先進地鐵系統(tǒng)是由地鐵控制中心用大型電子計算機監(jiān)控的，整個線路

22、網的站際聯系、信息系統(tǒng)、列車運行、車輛調度等也完全實現了自動化。目前我國100萬以上人口城市已達35座，這些城市不同程度存在著“乘車難”的問題，發(fā)展地鐵將是城市交通建設中的必然趨勢。中國是目前世界上動工新建地鐵城市最多的國家之一。除香港、北京、上海、天津、廣州、深圳、南京等城市地鐵已先后通車外，現在還有10多座城市正在擴建、興建或計劃修建地鐵。綜觀世界城市交通動向，地鐵發(fā)展前景令人矚目。地下鐵道在大城市公共交通中起到了越來越重要的作用，其優(yōu)越性主要有：1. 運量大，其運量為公共汽車的6至8倍，完善的地下鐵道系統(tǒng)可以承擔市內公共交通運量的50%左右；2. 行車速度快，地下鐵道不受行車路線的干擾，

23、其行駛速度為地面公共交通工具行車西南交通大學本科畢業(yè)設計 第2頁 速度的2至4倍；3. 運輸成本低；4. 安全、可靠、舒適；5. 地下鐵道的大部分線路修建在地下，能合理地利用城市的地下空間，保護城市景觀。 城市科學家認為，人口超過100萬的城市，為適應未來的交通需求和城市空間的合理利用，都宜修建地下鐵道。地下鐵道一般包含區(qū)間隧道、車站及其他附屬設施。車站是地鐵系統(tǒng)中一個很重要的組成部分，地鐵乘客乘坐地鐵必須經過車站，它與乘客的關系極為密切；同時它又集中設置了地鐵運營中很大一部分技術設備和運營管理系統(tǒng)，因此，它對保證地鐵安全運行起著很關鍵的作用。車站設施要具有集中而有效的處理高峰期（79時，16

24、21時）旅客的功能。在決定乘降站臺、升降口、出入口、檢票處、中央大廳的等設施的容量時，車站位置的選擇、環(huán)境條件的好壞、設計的合理與否，都會直接影響地鐵的社會效益、環(huán)境效益和經濟效益，影響到城市規(guī)劃和城市景觀。車站在線路起終點和中心地區(qū)的任務是不同的，因此其規(guī)模也不同。大致說，線路的起終點附近的車站多位于郊區(qū)，而中心地區(qū)的車站多位于業(yè)務、商業(yè)等活動頻繁的地區(qū)，因此可把車站大致分為四類：郊區(qū)站、城市中心站、聯絡站和待避站。隨著科學技術的進步和社會的發(fā)展，在現代修建的地鐵車站中出現了新的發(fā)展趨勢，主要表現在以下兩個方面：1) 車站組成由單一功能向多功能方向發(fā)展。隨著城市化步伐的加快，城市建設規(guī)模不斷

25、擴大，城市人口迅猛增加，對城市交通帶來了日益嚴重的矛盾和壓力，同時，由于地面建筑物的修建，城市用地更加緊張，為了節(jié)約城市用地，建設立體化的城市受到普遍重視，且得到迅速的發(fā)展。在以往修建的地鐵車站中，絕大多數是為解決城市客運交通而修建的?，F在，由于物質文化水平的提高，乘客對交通環(huán)境提出了更高的要求，地鐵車站的功能為適應這一變化而得到了很大的發(fā)展，如斯德哥爾摩地鐵車站站廳通常劃分成地鐵使用區(qū)及城市公用區(qū)兩部分。在公用區(qū)內設有小商店、自動售貨機，個別車站還設有理發(fā)室、照相館、物件寄存等設施。巴黎某地鐵車站在站廳內設置了小休息區(qū)，為了與站內乘客人流分開，設計者將休息區(qū)的地面加高，其上設有休息椅、酒吧等

26、。東京銀座站還設置了大型地下商場、停車庫、倉庫等設施。使地鐵車站在以交通為主的基礎上，逐步向商業(yè)化、社會化的方向發(fā)展，從單一功能向多功能方向發(fā)展。西南交通大學本科畢業(yè)設計 第3頁 2）車站設備向高科技方向發(fā)展，設施日趨完善?？萍汲晒拈_發(fā)應用，對地鐵車站的運營、管理、設備更新都起到了很大的推動作用。列車運行自動化控制和管理系統(tǒng)，保證了行車安全，提高了運輸效率，改善了勞動條件。自動售檢票系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)控、自動滅火系統(tǒng)等現代化設施，對車站建筑設計提出了更高的要求，使地鐵車站向現代化和高科技方向發(fā)展。目前，國內外修建地鐵車站的施工方法有明挖法、新奧法、盾構法和這三種方法的組合及變化形式。本設

27、計根據相關規(guī)范，按照設計原則與依據，綜合原始資料，對南京地鐵一號線岔路口站進行初步設計，達到了主要技術指標與設計標準。設計內容主要有：1) 根據所給定南京地鐵一號線岔路口站的資料確定車站主體平面圖及縱剖面圖；2) 對車站主體部分進行結構計算及配筋；3) 確定車站主體結構工程施工方法及施工組織；4) 依據所確定的車站主體結構計算本工程的工程量；5) 外文翻譯、繪圖等；其中重點內容講述了主體部分的結構計算與配筋。西南交通大學本科畢業(yè)設計 第4頁 第2章 工程概況2.1 設計范圍車站位于寧溧路上，宏運大道與寧溧路交叉路口的南側道路紅線內。路口東北側為擬建的五夷山莊住宅小區(qū)空地，西北側為已建成的幾幢高

28、層塔樓；西南側有已建4-6層住宅樓；東南側為待開發(fā)空地，目前為12層民房需拆遷。車站主體結構為地下二層雙跨結構，有效站臺中心里程為K8+185.711, 與北端盾構區(qū)間的分界里程為K8+108.711，與南端盾構區(qū)間的分界里程為K8+293.511， 頂板覆土厚2.64.0m。根據本站客流量，結構選用10m單柱島式站臺，車站標準段寬度為18.80m，車站總長度186.20m，根據地面標高南高北低的特點。車站北端標準段高度為12.69m，南端標準段高度為13.09m。根據全線盾構區(qū)間工程籌劃要求，車站北端設置盾構始發(fā)井，盾構井處車站側墻外擴2.0m，底板下沉1.33m；車站南側為盾構調頭，調頭處

29、車站側墻外擴2.0m，底板下沉1.60m。施工階段在北端盾構井頂板及中板預留盾構吊裝孔。車站東北側設一組車站風井，西南側設一組車站風井和2個活塞風井，東西兩側設有3個出入口。2.2 工程地質條件2.2.1 地形、地貌、地物寧溧路道路中部有規(guī)劃24m寬的高架快速路。寧溧路為市區(qū)連接江寧區(qū)呈南北向的主干道，路面人流、車流量均很大。在寧溧路與宏運大道交叉路口，西南角建有7層的上元大廈、4層的住宅樓、6層的岔路口派出所、5層的南京市稅務干部培訓學校、李家里村（均為1至2層的民房）等。東南角、東北角為在建的武夷山莊住宅小區(qū)。西北角南京長寧無線電廠及幾幢高層塔樓。寧溧路與宏運大道交叉路口以南沿寧溧路方向2

30、00m范圍內地面高差約2米左右。2.2.2 地層巖性車站所處場地自上而下依次為：-1層雜填土：普遍分布，松散稍密，由碎石、磚塊、混凝土塊、生活垃圾混粘性土組成，回填時間1-5年；西南交通大學本科畢業(yè)設計 第5頁 -2層素填土：局部分布，松散，由粉質粘土混碎磚、碎石及砂土組成，回填時間1-5年；-3層淤泥：僅見于擬建車站東端，略有臭味，含少量貝殼，局部含少量碎石、粉質粘土及建筑垃圾；-1a2-3層粘土：僅西北角分布，可塑軟塑，富含植物根系，切面有光澤，偶夾極薄層粉土，干強度中高等，韌性中高等；-2b4層淤泥質粉質粘土：普遍分布，流塑，夾粉土薄層，含少量腐殖物，切面稍光滑，干強度中低，韌性中低，搖

31、振反應緩慢。-2c2-3層粉土：普遍分布，稍密中密，濕很濕，含少量云母碎片，富含有機質，局部呈灰黑色，搖震反應中等-迅速，夾薄層粉質粘土。-3b3-4層粉質粘土：普遍分布，軟塑流塑，夾大量粉土薄層，局部互層狀，水平層理發(fā)育，切面稍有光澤，干強度中低，韌性低。-3cd1-2層粉土夾粉砂：普遍分布，中密密實，很濕，含云母碎片，級配差，搖震反應中等迅速，夾粘性土薄層。-4d2-3層粉細砂：透鏡體狀分布，稍密中密，飽和，局部含少量腐殖物，石英長石為主要礦物成份，含云母碎片，級配差，搖震反應迅速，局部為粉土，夾粘性土薄層。-4b3層粉質粘土：普遍分布，軟塑，夾薄層粉土，粉砂，切面較光滑，干強度中等，韌性

32、中等。-5d1層粉細砂：普遍分布，密實，飽和，主要礦物成份為石英、長石，次為云母，級配差，搖震反應迅速，局部夾粘性土薄層，中下部局部見中粗砂及卵礫石。K2p-3中風化巖：場地內巖石相變較為頻繁，未揭穿，泥巖:以泥巖為主，少量鈣質泥巖，節(jié)理、裂隙一般發(fā)育，多為密閉狀，巖芯柱狀、短柱狀，少量長柱狀，局部餅狀或塊狀，泥巖錘擊聲啞，錘擊易碎，風干開裂，浸水泥化；鈣質泥巖錘擊聲較脆，不易擊碎，少量節(jié)理中充填方解石，軟化系數約0.17，RQD一般小于50，巖體基本質量等級為IV級。泥質砂巖:主要為粉砂巖，次為細砂巖，少量中砂巖，以泥質膠結為主，部分為泥質鈣質膠結，節(jié)理、裂隙一般發(fā)育，多為密閉狀，層理較清晰

33、，傾角多在30度左右。巖芯柱狀、短柱狀，少量長柱狀，局部餅狀或塊狀，錘擊聲一般較啞，局部較脆，不易擊碎，浸水較易軟化，軟化系數約0.33，RQD一般在50-75之間，巖體基本質量等級為IV級。砂質泥西南交通大學本科畢業(yè)設計 第6頁 巖:節(jié)理、裂隙一般發(fā)育,錘擊聲較啞,能擊碎,巖芯較完整,多柱狀；層理較清晰,層理面傾角多在30度左右；遇水易軟化或崩解, 軟化系數約0.52， RQD一般在50左右，巖體基本質量等級為IV級。砂巖:主要為細砂巖及粉砂巖,節(jié)理、裂隙一般發(fā)育,錘擊聲脆,難擊碎,巖芯較完整,多柱狀；鈣質膠結,層理較清晰,層理面傾角多在30-35度左右；軟化系數約0.64，RQD一般在50

34、-75之間，巖體基本質量等級為，局部IV級。總之，本場地為上土下巖地基，基巖埋藏深度大，但層頂標高較為穩(wěn)定；上覆土層淺部以軟弱粘性土、稍密-中密粉土為主，工程地質性質差；下部則主要為密實粉細砂層，工程地質性質良好，但其層頂埋深東深西淺，變化較大。各層土的主要物理力學指標如表2-1：西南交通大學本科畢業(yè)設計 第7頁表2-1 岔路口站土的物理性質指標(平均值)西南交通大學本科畢業(yè)設計 第8頁表 2-2 岔路口站土的壓縮、固結指標(平均值)西南交通大學本科畢業(yè)設計 第9頁表 2-3 岔路口站土的抗剪強度指標(平均值、標準值)西南交通大學本科畢業(yè)設計 第10頁西南交通大學本科畢業(yè)設計 第11頁表 2-4岔路口站各工程地質層地基承載力特征值一覽表西南交通大學本科畢業(yè)設計 第12頁表2-5岔路口站樁的極限側阻力標準值和極限端阻力標準值一覽表西南交通大學本科畢業(yè)設計 第13頁表2-6岔路口站基坑圍護設計參數一覽表西南交通大學本科畢業(yè)設計 第14頁表2-7岔路口站各土層滲透試驗成果（平均值）及建議值表場地抗震設防烈度依據中國地震動參數區(qū)劃圖(GB18306-2001)和建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2010)，南京地區(qū)抗震設防烈度為七度（第一組），設計基本地震加速度0