上海地铁8号线龙阳湖车站地下结构设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

1地铁设计

1.1 地铁简介

1.1.1地铁概念

地下铁道是指在大城市的地下修筑隧道、铺设轨道，以电动快速列车运送大量乘客的公共交通体系（或指轴重相对较重，单方向输送能力在3万人次/h以上的城市轨道交通系统）。地下铁道，简称地铁，亦简称为地下铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统;但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。地铁运输几乎不占用街道面积，不干扰地面交通，有些国家称之为街外运输，或称之为有轨公共交通线。它是解决城市交通拥挤问题，并能大量、快速、安全运送旅客的一种现代化交通工具。

为适应城市可持续发展的要求, 缓解地上空间的饱和度, 保证自然生态环境的平衡, 发展地下工程已成为未来不可或缺的战略方法。就目前形势看来，各种形式的地下结构建设亦随着城市轨道、市政通道、国防建设、水电建设等发展而飞速发展。人们对于城市空间资源的开发利用，已由平面扩展到高空及浅层地下空间再到深层地下空间的阶段。城市地下空间的开发利用，将会是城市经济高速发展和空间容量上的客观要求的迫切需求。

1.2.1地铁发展概况

1843年英国人C皮尔逊提出了在伦敦修建地铁的建议，1860年开始动工修建，采用明挖法施工。隧道断面高5.18米（17英尺），宽8.38米（27.5英尺），为单拱形砖砌结构。到1863年，世界上第一条用蒸汽机车牵引的客运地下铁道线路建成通车，线路长约6.4km，至今已有150多年的历史。世界第一条地下铁道的诞生，为人口密集的大都市如何发展公共交通取得了宝贵的经验。

19世纪90年代，世界上又有纽约（1868年）、伊斯坦布尔、芝加哥、波士顿、巴黎等8座城市修建地铁并投入运营。20世纪上半叶，柏林、费城、汉堡、雅典、东京、莫斯科等11座城市也相继修建了地铁。截至20世纪末期，全世界共有42个国家的117座城市建有地铁，总运营里程接近6000km。地铁的建设运营，使客运环境和服务条件得到了空前的改善，地铁建设显示出强大的生命力。

我国地铁建设事业发展经历了一个相当曲折的过程。20世纪50年代：起步阶段。我国开始筹备北京地铁网络建设，于1969年10月建成北京地铁1号线，全长23．6 km。该阶段地铁建设以人防功能为指导思想。20世纪80年代：发展阶段。我国仅有北京、上海、广州等几个大城市规划建设地铁。该阶段地铁建设开始真正以城市交通为目的。

20世纪90年代：政府调控阶段。进入90年代，一批省会城市开始筹划建设地铁，国家计委开始研究制定地铁交通设备国产化政策。该阶段为政府通过研究制定相关政策来指导地铁的规划和建设。1999年以后：建设高潮阶段。国家政策逐步鼓励大中城市发展地铁交通，全国已建有地铁的城市达10个，新申请立项准备建设的城市有23个。该阶段地铁建设速度大大超过之前的30年。

国内地铁建设以大城市与省会城市为主。目前，我国已经拥有地铁的城市分别是北京、上海、天津、广州、深圳、大连、武汉、南京、香港和台北这10个城市，它们多为直辖市、省会城市，其中北京，上海，广州和香港的通车里程已超过100 km。正在建设或已获得批复建设地铁的城市还有23个，分别是重庆、成都、苏州、宁波、沈阳、哈尔滨、乌鲁木齐、长沙、合肥、青岛、福州、泉州、贵阳、昆明、澳门等。据我国各城市地铁交通发展规划图显示，至2016年我国将新建地铁交通线路89条，总建设里程为2500 km，投资规模达99373亿元。

从上述世界地铁建设发展概况看，世界范围内的城市地下铁道有了迅速发展。其主要原因一是以和平发展为主流的年代里，亚洲、拉丁美洲、东欧的城市化进程加快，数百万人口的城市不断增加；二是发达国家的小汽车激增，城市地面街道有限通行能力的日益降低，空气严重污染，城市都面临着如何在较长的距离里，以最快速而有效的方式来输送大量乘客的问题。实践证明，只有通过建造地下铁道系统，才能解决这一难题。

1.2地铁车站结构形式

1.2.1地铁车站按站台形式分类

(1)岛式站台：站台位于上、下行行车线路之间，这种站台布置形式称为岛式站台。具有岛式站台的车站称为岛式站台车站(简称岛式车站，下同。)岛式车站是常用的一种车站型式。

岛式车站具有站台面积利用率高、能灵活调剂客流、乘客使用方便等优点，因此，一般常用于客流量较大的车站。有喇叭口(常用作车站设备用房)的岛式车站在改建扩建时，延长车站较困难。

(2)侧式站台：站台位于上、下行行车线路的两侧，这种站台布置形式称为侧式站台。具有侧式站台的车站称为侧式站台车站(简称侧式车站，下同)。侧式车站也是常用的一种车站型式。侧式站台根据环境条件可以布置成平行相对式、平行错开式、上下重叠式及上下错开式等形式。

侧式式车站站台面积利用率、调剂客流、站台之间联系等方面不及岛式车站，因此，侧式车站多用于客流量不大的车站及高架车站。当车站和区间都采用明挖法施工时，车站与区间的线间距相同，故无需喇叭口，可以减少土方工程量，改建扩建时，延长车站比较容易。

(3)岛、侧混合式站台：岛、侧混合式站台是将岛式站台及侧式站台同设在一个车站内，具有这种站台形式的车站称为岛、侧混合式站台车站(简称岛、侧混合式车站，下同。)。

岛、侧混合式车站可同时在两侧的站台上、下车，也可适应列车中途折返的要求。岛、侧混合式站台可布置成一岛一侧式或一岛两侧式。

1.2.2地铁车站按构筑形式分类

(1)地下车站：车站结构位于地面以下。

(2)地面车站：车站位于地面。

(3)高架车站：车站位于地面高架桥上。

1.3地铁车站施工方法

地铁车站是地下铁道中一个很重要的部分，联系着地面与地下的交通，其施工方法可分为明挖法、暗挖法、盖挖法。

1.3.1明挖法

明挖法又称明挖顺作法，是一种将地面挖开的施工方法。其基本施工步骤是从地面向下开挖至基底设计标高，然后从下往上施做地铁结构，结构施作完成后进行回填及恢复路面。由于这种施工方式类似于房屋建筑物在敞口基坑内修建基础的施工方法，故又称之为基坑法。明挖法是软土地下工程施工中最基本最常用的方法，一般来说，具有以下优缺点：

1.工艺简单，施工面宽敞，作业条件好。

2.可安排较多劳动力同时施工，便于大型、高效率施工机械使用，以缩短工期。

3.造价低，施工质量易于保证。

4.破坏生态环境。

5.影响交通，带来尘土和噪声污染。

6.劳动强度高，施工环境恶劣。

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。

1.3.2盖挖法

盖挖法相较于明挖法，既非完全明挖，也非完全暗挖。一般使用在城市交通繁忙地带。其主要宗旨是尽可能对城市交通的干扰，因此在开挖到一定深度时，先以临时路面或结构顶板恢复地面畅通，然后才继续向下开挖，故称之为盖挖施工法。地铁车站的宽度和高度都较大，层数多在两层或三层以上，因而施工周期长，对地面交通视为影响大，为了尽量减少对地面的干扰，故常采用盖挖法施工。按结构施工的顺序分盖挖逆作法和盖挖顺作法两种。

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。

1.3.3暗挖法

暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。暗挖法包括新奥法、浅埋暗挖法暗挖与盖挖新技术等施工方法，在地铁车站中，以浅埋暗挖法为最广泛。

浅埋暗挖法即松散地层的新奥法施工，新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。浅埋暗挖法是针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层和软弱破碎岩层施工而提出来的，如深圳地铁区间隧道大部分采用了浅埋暗挖法施工。浅埋暗挖法的施工技术特点:围岩变形波及地表;要求刚性支护或地层改良;通过试验段来指导设计和施工。

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。

1.3.4地铁车站明挖深基坑常用施工方法及适用条件

综合我国的地理地质条件，目前我国地铁建设主要采用盾构法修建区间隧道，而明挖法修建车站仍然是首选的施工方法。因此，地铁车站明挖深基坑常用施工方法及其适用条件如下表。

表 1 明挖结构施工方法适用条件汇总表

1.4车站结构计算原理与方法

1.4.1结构设计依据

（1）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）

（2）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

（3）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

（4）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2010年版）

（5）《地下工程防水技术设计规范》（GB50108-2008）

（6）《地铁设计规范》-GB50157-2003

1.4.2荷载选型

根据《建筑结构荷载规范》,可从恒载、活载及偶然荷载等荷载类型对其进行计算，地下车站结构的设计荷载类型及名称如下表所示：

表 2 地下车站结构的设计荷载类型及名称表

1.4.3结构计算模型与方法

（1）荷载--结构法

荷载一结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载(包括主动地层压力和被动地层抗力)，衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，与其相应的计算方法称为荷载一结构法。

这一方法与设计地面结构时习惯采用的方法基本一致，但是在计算衬砌内力时需考

虑周围地层介质对结构变形的约束作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层

压力，保证衬砌结构能安全可靠的承受地层压力等荷载的作用下，按弹性地基上结构物

的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。

（2）地层--结构法

地层一结构模型是把地下结构与地层作为一个受力变形的整体，按照连续介质力学

原理来计算地下结构以及周围地层的变形。它不仅计算出衬砌结构的内力和变形，而且

计算周围地层的应力，充分体现周围地层与地下结构的相互作用。由于地层一结构法相比荷载一结构法，充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用，结合具体的施工过程，可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力和变形，更符合工程实际。因此，在今后的研究和发展中，地层一结构法将得到广泛的应用和发展。

地层结构法主要包括如下几部分内容:地层的合理化模拟、结构模拟、施工过程模

拟以及施工过程中结构与周围地层的相互作用、地层与结构相互作用的模拟。

1.4.4结构计算模型简图

地铁车站站台结构为单柱双跨结构，主要由顶板、中板、底板以及侧墙和梁构成。

结构计算模型简图如下：

图 1 结构断面布置简图

1.5计算内容

车站结构的主要计算内容包括：

（1）车站结构荷载的计算

包括水土压力、地震荷载、人防荷载、地面超载等，如竖向和侧向土压力计算公式，如下①为竖向土压力公式，②③为侧向土压力公式。其他荷载公式详见相关规范。

①

②

③

各层土主动土压力系数，近似认为在砂性土中，可由内摩擦角ф（）来确定， 。 为各层土重度； 为各层土厚。

（2）结构平面框架计算

框架计算除（1）中所述荷载外，还包括地面超载引起的水土侧压力、框架自重、沉降变化结构收缩对框架引起的荷载、车辆人群偶有的活荷载等，具体公式详见相关规范。

（3）车站结构外侧墙、端头井、端墙内力的计算

根据计算模型和计算简图以同济曙光软件计算出各部分内力变形图。

（4）车站结构顶板、中板、底板计算（抗浮、配筋计算）

根据弯距图和轴力图，按各构件截面的最大正负弯距和最大轴力对每个单元进行配筋（除柱外，其余纵向均取1m配筋），构件范围的每个单元配筋相同。即取顶、中、底板的厚度最小单元配筋。计算公式详见《混凝土结构设计规范》。

为防止结构在地下水位较高时浮起，需进行抗浮验算。验算公式为K=Q1/Q2≥1.10，其中Q1为结构自重、设备重量及上部覆土重之和，Q2为浮力，K为抗浮安全系数。

（5）车站结构的整体计算

根据上述（1）～（4）的计算结果，综合进行配筋和验算。

1.6施工组织设计内容

施工组织设计包括四项基本内容：①施工方法与相应的技术组织措施，即施工方案；②施工进度计划；③施工现场平面布置；④有关劳力,施工机具,建筑安装材料，施工用 水、电、动力及运输、仓储设施等暂设工程的需要量及其供应与解决办法。前两项指导施工，后两项则是施工准备的依据。

具体内容包括：

（1）编制说明

（2）编制依据

（3）工程概况（包括对工程特点的分析）

（4）施工准备

（5）施工方案的选择

（6）施工进度计划

（7）施工设备和劳动力资源的选择

（8）施工平面图设计（包括总平面图和重点项目的布置详图等）

（9）施工管理机构及劳动力组织

（10）季节性施工的技术组织保证措施

（11）质量管理与质量控制的组织保证措施

（12）安全事故的组织保证措施（包括技术安全和生产安全）

（13）文明施工和环境保护的措施

（14）技术经济指标

车站主体施工工艺流程如下： 基底清理找平底版垫层施工（接地网施工）垫层施工底板结构施工站台层基底侧墙、立柱施工中板结构施工站厅层侧墙、立柱施工顶板结构施工顶板防水层铺设土方回填。

主要施工设备有： 槽壁机、履带吊、吊车、膨润土搅拌机、水泥浆搅拌机、泥浆泵、砼输送泵对焊机、钢筋切断机、钢筋弯曲机、电焊机、泥浆罐车、插入式振捣器、试验仪器测量仪器、装载机、自卸汽车、工程钻机、泥浆泵、潜水泵、电焊机等。

参考文献

[1] 《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）

[2] 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）

[3] 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

[4] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

[5] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2010年版）

[6] 《地下工程防水技术设计规范》（GB50108-2008）

[7] 《混凝土结构平面表示法制图规则和构造详图》（03G101-1、04G101-3）

[8] 《地铁设计规范》-GB50157-2003

[9] 基础工程学，中国水利水电出版社，2002

[10] 陈国兴等，土质学与土力学，北京，中国水利水电出版社，2002

[11] 地下建筑结构，中国建筑工业出版社，2011

[12] 建筑结构设计，邱洪兴，高等教育出版社，2008

[13]赵俊妍.浅谈地铁地下结构施工方法[J].知识经济,2012,(1):104-104.

[14] 混凝土结构设计原理，武汉理工大学出版社，2010

[15] 土木工程施工，人民交通出版社，2004

[16] 地下工程施工与管理，西南交通大学出版社，2005

[17]王铁成等.混凝土结构设计原理.北京：中国建筑工业出版社.2004

[18]张庆贺等.地下工程.同济大学出版社.2011

[19]彭丽敏.刘小兵.地下铁道.中国铁道出版社.北京.2010

[20]周景星等.基础工程.北京：清华大学出版社，1996.9

[21]朱合华.地下建筑结构[M]，北京：中国建筑工业出版社，2006

[22]彭立敏。隧道工程[M]。中南大学出版社。2003,33(2):6-10

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2研究方案

2.1本设计工程概况

2.1.1工程规模和车站形式

（1）车站规模

本站设置列车事故停车线，车站有效站台宽度为 10m，有效长度为139.4m，车站标准段宽度为21m，车站总长为 336.4m。

（2）车站形式

地下两层岛式车站，带停车线。主体为地下两层结构，采用单柱双跨（局部为双柱三跨）的钢筋混凝土箱形框架结构，存车线处为单跨一层结构。围护结构采用连续墙加钢支撑支护体系，纵向柱跨标准段为8m。主体结构外侧设全外包防水层，与连续墙一起组成复合墙体系。

地形与地貌：

龙阳湖站位于滁河漫滩平原区，地基土主要为粉土、砂土及粘性土，基岩埋深42m左右，场地岩土层总体分布较为稳定。 拟建车站沿宁六公路东侧布置，车站主体西侧位于宁六公路，地势平坦；2#出入口位置为回填土堆，地势稍高；车站东侧位于新河范围，地势低洼。实测勘探孔孔口高程8.24m～13.65m，最大孔口高差 5.41m，平均孔口高程 9.64m。根据地下水赋存条件，沿线地下水类型主要为松散层孔隙潜水和孔隙微承压水以及基岩裂隙水。综合地震专家分析认为，对本工程场地的地震危险性，主要来自近场区未来可能发生的中强破坏性地震以及中、远场强震活动的影响。

2.1.2车站平面布置

拟建车站沿宁六公路东侧布置，车站西侧位于宁六公路，地势平坦;车站东侧现为水塘，地势低洼。拟建车站北端距中北威立雅六合分公司约50m，车站北部东侧紧邻村民住宅，建筑物为1-2层，多采用浅基础天然地基。车站东侧南部距冠城大通蓝郡小区放样房大于55m。车站基坑施工应注意对周边建筑物的保护。根据沿线地下障碍物调查结果，结合勘察钻探资料，拟建车站周边无影响线路走向的重要地下障碍物。

车站平面布置图如下：

图 2 车站平面布置图

2.2车站结构设计

2.2.1车站结构设计依据

（1）《地铁设计规范》（GB50517－2003）

（2）《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）

（3）《铁路隧道设计规范》（TB10003－2001）

（4）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）

（5）《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）

（6）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）

（7）《钢结构设计规范》（GBJ17-88）

（8）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）

（9）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

2.2.2结构设计计算

（1）工况及计算简图

结构设计计算有两种工况，分别是竣工状态工况和正常使用状态工况，两种工况都需计算内力，最终把两种工况的内力结果进行包络取值。

各工况及计算简图如下：

①竣工状态工况

竣工状态工况，水土压力共同作用在围护结构上（在地下水位以上只有土压力），侧墙底上水压力还未恢复到平时水位，如计算简图（一）所示；

主体结构荷载计算简图（一）

②正常使用状态工况

正常使用状态工况，假定迎土侧压力逐渐恢复到静止土压力状态，水位恢复且渗透到连续墙与主体结构侧墙之间，采用水土分算（按设防水位计算），水压力直接作用在主体结构上，如计算简图（二）所示：

主体结构荷载计算简图（二）

（2）选取横断面与纵断面

选取标准断面和出入口处断面两个剖面分别进行计算，如图3,4。

图3 标准断面剖面图

图4 出入口处断面剖面图

（3）结合相关工程类比拟定标准断面各构件的尺寸

10m 岛式站台标准断面构件拟定建议尺寸如下：

车站标准断面总宽21.0m

顶板厚0.8m（最薄处）

中板厚0.7m

底板厚1.0m（最薄处）

侧墙厚0.4m

中柱采用0.7m1.0m的混凝土钢筋柱，纵向间距为10.0m

顶纵梁截面尺寸为：宽1.0m，高2.0m

底纵梁截面尺寸为：宽0.9m，高2.2m

在结构开洞处、重型设备及其运输路线以及楼扶梯作用点处设有不同截面的梁体对结构予以加强。

（4）选择合适的计算模型和工况

本设计选择正常使用状态工况下的荷载结构模型和计算简图。如下图5：

图 5 主体结构计算简图

由上计算简图计算标准横断面内力和标准纵断面内力变形计算，进而计算配筋，配筋主要由裂缝要求控制。

2.3施工组织设计

（1）工程概况

（2）编制依据

（3）主要施工机械

（4）明挖区施工方法及措施

（5）主要施工顺序

（6）施工场地平面布置

（7）工程施工进度及工期保证措施

（8）工程质量保证措施

（9）交通疏导

（10）工程中遇到的问题及相应的处理方法（应急预案）

（11）施工注意事项

2.4设计成果

（1）任务书

（2）开题报告

（3）设计报告

（4）图纸内容

①设计总说明

②车站建筑平面布置图

③车站外侧墙配筋图

④车站顶板配筋图

⑤车站底板配筋图

⑥车站框架柱、梁、中板配筋大样图

⑦相关大样图

（5）专业文献翻译及原文

3设计进程安排