明挖地铁车站

明挖地铁车站（共9篇）

明挖地铁车站 篇1

本文结合对某地铁车站招标设计的支护结构优化, 通过考虑两者共同作用的计算分析, 阐明了支护结构刚度的变化对主体结构内力的影响并不大, 可以不考虑其对主体结构的影响来优化支护结构的设计。

1 工程概况

南方某市某车站采用明挖顺作法施工, 基坑长174.6m, 标准段宽度15.3m, 设备区最宽处24.75m, 基坑开挖深度标准段深17.1m, 设备区深16.8m, 最深处17.2m。

2 工程与水文地质概况

2.1 工程地质条件

本站上覆第四系土层自上而下有:人工填土层〈1〉、冲积-洪积砂层〈3-2〉、冲积-洪积成因的粉质粘土〈4-1〉、淤泥质土〈4-2〉、红层可塑状残积土层〈5-1〉、红层硬塑状残积土层〈5-2〉、红层全风化带〈6〉、红层强风化带〈7〉、红层中风化带〈8〉、红层微风化带〈9〉。岩土主要物理力学参数见表1。

2.2 水文地质条件

勘察期间实测钻孔稳定水位埋深为1.30～3.50m, 平均埋深为1.97m。

3 原支护结构设计方案

原设计方案为:密排人工挖孔桩桩排墙加内支撑, 人工挖孔桩直径1.20m, 桩中心距1.2m, , 支撑选用φ600mm (t=12mm) 钢管, 沿车站纵向设二道横向水平支撑 (局部三道) , 水平间距4.0m。支护与主体结构侧墙采用重合墙模式, 详见图1。

4 支护结构优化设计

4.1 支护结构的优化原则

优化方案不改变原招标图中业主提供的内外边界条件、支护结构所起的作用及主体结构的受力形式。

说明:表中的抗剪强度:土层 (包括全风化层及强风化层) 为固结快剪强度, C值单位为k Pa;岩层中带*字符为抗剪断强度, C值单位为MPa。

4.2 支护结构优化方案

根据上述优化原则, 结合场地微风化岩埋藏较浅 (最浅处距地表7.60m) , 站台层多处于微风化岩中, 地下水较贫乏, 除局部地方存在砂层透镜体外无明显富水含水层的特点, 并参照工程类比经验。对原支护结构方案进行如下的优化设计:

⑴改原设计方案中的密排人工挖孔桩加内支撑结构的方案为疏排人工挖孔桩加内支撑结构的方案, 桩中心距2.4m, 支护结构与主体结构侧墙仍采用重合墙模式, 详见图2。

⑵支撑选用φ600mm (t=12mm) 钢管, 沿纵向分别在冠梁处及中板面以上架设。第一道支撑标准段的间距6米, 局部3～4m, 第二道支撑间距4m。

⑶人工挖孔桩桩间采用钢筋混凝土挡板进行连接, 桩外侧在局部存在砂层处加水泥土搅拌桩止水帷幕, 钢筋砼挡板随开挖过程模筑现浇。

4.3 支护结构计算

4.3.1 计算模式

⑴排桩按竖向弹性地基梁, 采用有限元法计算内力和位移 (图3) 。

⑵沿竖向将梁分为若干个单元。单元划分时考虑土层分布、地下水位、支锚位置、基坑深度等因素。

⑶整个施工过程分解为若干个施工工况, 而每个施工工况相应产生一个荷载增量, 依次分析在每个荷载增量作用下所产生的影响, 迭加其结果便可求得桩墙体的最终内力及位移状态。

4.3.2 荷载计算

⑴弹性地基梁M法土压力

基坑底上部主动侧 (迎土侧) 按朗肯主动土压力进行计算, 基坑底下部考虑两侧土压力相抵后形成矩形土压力荷载, 并在被动侧 (基坑侧) 设一组弹性支撑模拟地层抗力。

⑵水压力

地下水位按实际地下水位计且水压力不折减。地下水位以下, 对于岩土层中透水性较强的砂性土按水土分算, 其余土体按水土合算。

⑶计算结果及分析

采用整体分析功能较强的理正深基坑支护分析软件整体计算。考虑了支护结构、内支撑结构及土体空间整体协同作用。基坑整体计算结果如表2、表3。

经计算采用φ1200疏排挖孔桩, 桩身配筋率仍在经济配筋率范围内, 按最大支撑轴力计算, φ600 (t=12) 钢管支撑满足强度及稳定要求。

5 结论

⑴通过将原密排桩墙方案优化为疏排桩方案, 支护桩的数量减少近1/2, 大大节省了投资并可加快工程进度, 在地质条件较好时不必采用二序跳挖, 所有支护桩可同时施工。

⑵本文所提出的疏排人工挖孔桩+钢筋砼挡板的支护方案在民用建筑基坑设计中也有其实用意义。

摘要：以实际明挖地铁车站工程为背景, 在对基坑支护结构进行优化设计的同时, 分析了优化后支护结构的内力及配筋的变化, 对类似工程和普通民用建筑地下室支护结构设计均有借鉴作用。

关键词：支护结构,对比分析,优化设计

明挖地铁车站 篇2

摘 要:采用明挖法施工的地下车站结构受力特点,围护和主体设计原则、计算模型的建立及施工要点。

关键词:地铁车站;明挖法;结构设计

地铁车站的结构根据施工的工法可分为明挖、盖挖及暗挖三种形式,明挖车站结构受力合理,使用功能好,施工方法简单,技术成熟,工期短,造价低,是浅埋地铁车站的主要形式。

1 结构设计原则

(1) 车站结构应根据选择的结构型式、施工方法、荷载特性等条件进行设计。(2)车站结构要满足车站建筑、设备安装、行车运营、施工工艺、环境保护等要求,确保车站的正常使用,达到总体规划设计的要求。(3)车站结构的净空尺寸应满足地铁建筑限界和其他使用及施工工艺等要求,并考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降的影响。(4)对于不同的结构类型,必须选择与实际状态相吻合的设计理论规范和配套体系进行设计计算。(5)结构计算模型应符合实际工况条件,充分考虑结构与地层的相互作用和施工中已形成的支护结构的作用。(6)车站结构按八度抗震设防,抗震等级为二级。(7)车站结构设计应充分考虑在施工过程中尽可能减小对车站周围环境(重要建筑物、城市交通干道及地下管线)的负面影响。

2 荷载计算及组合

(1)北京地区的土层一般为上部粘土层,中间为细砂及中砂,下部为卵砾层,地质情况还是较好的。土层压力在施工阶段根据土层情况采取水土分算或水土合算,基坑开挖面以上采用朗金土压力公式,对于连续墙及灌注桩围护结构,基坑开挖面以下外侧土压力采用矩形分布,内侧模拟为土弹簧。基坑外侧超载一般取20KPa。

(2)主体结构主要荷载有:结构自重、土压力、设备荷载、人群荷载、地面车辆超载、地震力及人防荷载。

设备荷载:设备区按8kN/m2计算,对个别超重设备考虑其运输路径对结构的影响。

地面超载:地面超载按20kN/m2计算。

站内人群荷载:站台、站厅、楼梯、车站管理人员用房等部位的人群荷载按4kN/m2计算。

(3)地铁车辆荷载:根据列车所采用的车辆轴重、排列和制动力计算。

地震力及人防荷载根据相应规范计算。

荷载组合参照表1,计算中考虑荷载的.最不利组合。

3 工程材料

(1)混凝土强度等级:连续墙及灌注桩C30,车站内部结构C30～C40。混凝土抗渗等级≥S8。

(2)钢筋:受力钢筋、构造钢筋及土钉采用HRB335级钢筋为主,箍筋可采用HPB235级钢筋。

(3)钢结构构件一般采用Q235钢。

4 基坑围护结构

(1)根据《建筑基坑支护技术规程》,地下车站的基坑的安全等级及基坑变形控制保护等级一般为一级,γ=1.10,并按此等级对基坑稳定性及变形进行验算。

(2)采用明挖法施工的车站,基坑范围内的管线需改移或采取悬吊、架空等措施,基坑设计一般不考虑周边管线保护要求。对于基坑周边一定范围内的建筑物和构筑物,基坑应根据有关规程及安全等级采取相应的防护措施。

(3)围护结构类型选择

根据地下车站的结构形式、埋深、场地地质情况及周边环境,同时参考北京地区地下工程建设经验,地下车站主体结构部分的基坑围护一般采用地下连续墙、灌注桩及土钉墙等几种形式。

(4)对于采用连续墙及灌注桩围护形式的围护结构,支锚一般单独采用内支撑及锚索或两者结合使用,内支撑一般采用600或800的钢管,壁厚14～16mm,横向间距一般为3米,竖向间距一般为5～6米,锚索一般采用钢绞线。

(5)根据坑底土层的工程力学指标,经墙体的抗滑动、抗倾覆、抗隆起、整体稳定、抗管涌等验算,确定连续墙及围护桩入土深度。

(6)围护结构计算。对于连续墙及灌注桩,计算时将其模拟为竖向弹性地基梁,采用有限元分析方法计算,计算时需根据基坑开挖、加撑和内部结构回筑、拆撑的不同工况,分步计算结构的内力、基坑位移、地面沉降,并验算基坑的抗滑移、抗隆起、抗倾覆、内部稳定性、整体稳定性。

5 主体结构

5.1 结构型式

根据车站站型,结构型式一般为长条型地下不同层数和跨数的现浇钢筋混凝土框架结构型式。车站顶、中、底板可设计为梁板体系,顶板也可设计成密肋楼盖等型式。车站立柱一般为矩形、圆形,也可选用其他形状。

5.2 计算标准及模型假定

5.2.1 一般原则

(1)车站主体结构采用以概率理论为基础的极限状态设计法,以可靠指标度量结构构件的可靠度。采用以分项系数的设计表达进行结构计算分析。

(2)结构构件应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求,分别按下列规定进行计算和验算。

1)承载力及稳定:所有结构构件均应进行承载力(包括压曲失稳)计算;需考虑地震、人防、施工等特殊荷载的作用,进行结构构件抗震承载力计算。

2)变形:对使用上需控制变形值的结构构件,进行变形验算。

3)抗裂及裂缝宽度:对使用上要求不出现裂缝的构件,进行混凝土拉应力验算;对使用上允许出现裂缝的构件,按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响求出最大裂缝宽度进行裂缝宽度验算。地震力、人防等偶然荷载作用时,不验算结构的裂缝宽度。

(3)车站结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定验算,在不考虑侧壁摩阻力时,其抗浮安全系数不得小于1.05,在适当考虑侧壁摩阻力时,其抗浮安全系数不得小于1.10,当结构抗浮不满足要求时,应采取相应的工程措施。

(4)车站结构的人防抗力等级为5级,应验算结构在核爆炸等效静载与静荷载共同作用下的承载能力,可不验算在动荷载作用下的结构变形、裂缝宽度、地基承载能力及变形。

(5)对于采用连续墙及灌注桩围护形式的围护结构,连续墙及灌注桩在施工期间作为基坑支护结构,考虑承担施工期间全部的侧向土压力。待内部结构完成后,在车站使用期间作为侧墙的一部分,与内墙共同受力。

5.2.2 计算模型

车站主体结构一般按平面受力进行分析,结构按底板支承在弹性地基上的结构物计算,采用荷载-结构模型平面杆系有限单元法。

5.2.3 计算基本假定

(1)开挖与回筑阶段迎土面采用主动土压力,使用阶段为静止土压力。基坑底面以上为实际三角形分布,地面以下为矩形分布。

(2)对于采用围护桩及连续墙的支护结构,支护结构与内衬结构之间的传力采用二力杆模拟。二力杆仅传递压力,不承受弯距、剪力与拉力。当二力杆受拉时应取消此杆重新计算。

(3)使用阶段的结构计算,支护桩与内衬墙间设受压链杆,按弹性地基上变截面框架进行各种工况的计算,并考虑立柱和楼板变形的影响,以最不利情况作为构件截面设计的依据。

(4)用布置于底板各节点上的弹簧单元来模拟围岩与车站主体结构底板的相互约束;假定弹簧不承受拉力,弹簧受压时的反力即为围岩对底板的弹性抗力。

6 总结

本文阐述了明挖车站结构的一般设计原则,简要介绍了基坑围护结构一般类型及相关设计数据,并以典型车站结构形式说明了主体结构荷载类型和计算模型的建立原则。由于地铁车站周边环境、地下管线一般都比较复杂,情况差异很大,所以在具体设计中可根据具体条件做出相应调整。

参考文献:

[1]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S]

[2]GB50009-2001建筑结构荷载规范[S]

[3]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S]

[4]GB50010-2002混凝土结构设计规范[S]

浅析地铁明挖车站防水施工技术 篇3

关键词：地铁,防水,明挖法,防水卷材,聚氨酯

1 工程概况

某车站设计里程为:K0+266.8~K0+497.2m, 长230.4米。其沿途是绿地, 这个道路是经过合理的设计的, 其现在还没有开始。在该站K0+266.8的西侧为矿山法施工, K0+497.2以东的区域是明挖措施车站基坑深度一般为14.968~15.032m, 车站采用明挖法施工。

2 关于防水设计的原则

2.1 防水设计原则

2.1.1 在开展主体的设计的时候, 要切实的按照如下的一些理

念来开展活动, 既要做到以预防为主, 又要做到刚柔并济, 而且要设置多条防线, 要结合所在区域的具体状态来设置, 要全部的布局。当漏水量低于设计规定的话, 排水不会干扰到附近的地层的时候, 才允许对进入主体结构内部的极少量渗水疏排。

2.1.2 设置结构的防水模式, 也就是说将自防水当成是关键的

要素, 使用合理的方法来应对缝隙现象, 提升抗渗能力, 将缝隙的防水当成是关键点, 而且要辅助一些别的措施来做好防水活动。

2.2 明挖法结构防水等级为一级, 严禁漏水问题出现。

3 关于明挖的防水层措施

3.1 明挖主体的三个步骤

明挖主体共分为3个流水段, 结合主体构造的建设步骤和进行的速率, 建设防水层, 对于所有的流水区域, 其建设步骤是:底板→侧墙→顶板。

3.2 关于其构造的防水规定

3.2.1 关于构造的防水规定

(1) 迎水面结构采用防水混凝土进行结构自防水, 防水混凝土的抗渗等级为S8。 (2) 对于防水层, 其气温要掌控好, 不应该大于八十摄氏度防。 (3) 防水混凝土结构底板的混凝土垫层, 强度等级不应小于C15, 厚度不应小于100mm。 (4) 结构迎水面最大裂缝宽度不得超过0.2mm, 背水面不得超过0.3mm, 并不得贯通。 (5) 迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。

3.2.2 混凝土建设规定

(1) 在浇筑区域不应该存在明水现象, 如果存在的话, 要积极的处理, 不应该带水活动。 (2) 要处理好模板, 而且要保证它的刚度等是合理的, 对于接缝的区域, 不应该出现渗漏问题。最好是使用钢材质的。 (3) 用来起到紧固作用的螺栓, 在透过结构的时候要有非常合理的止水方法, 最好是设置止水的钢环。 (4) 要确保拌合匀称, 而且要保证其坍落度优秀。 (5) 积极地做好振捣活动, 要保证灌注的下落高程控制在两米之内。如果超过这个距离的话就要采取合理的方法来治理。当分层次开展的时候, 要确保其厚度掌控在一定的区间之中。 (6) 要想降低缝隙现象, 就要掌控好材料的配比。 (7) 不应该在浇筑和输送的时候, 往里添加水分。 (8) 认真的掌控好材料的入模气温, 如果是在夏天建设的话, 最好是在夜晚的时候进行。而且要确保其内外的气温差值控制在二十八度之内。 (9) 合理的养护是防止其发生缝隙的关键缘由, 对于上方和底板区域都要积极的开展存水养护活动。对于侧墙区域要使用覆盖层来开展养护活动, 一般来讲, 其养护的时间要控制在十天之中, 总的养护用时超过两个星期。 (10) 假如使用上述的方法来开展防水活动的话。所有的建设缝间的构造不能够大于设计规定的尺寸。

3.3 关于底板和侧墙处的防水工作

3.3.1 热熔铺贴SBS卷材施工工艺

大面积满粘采用“滚铺法”, 先铺贴大面、后粘接搭接缝, 此举能够确保铺贴的品质优秀。

3.3.2 底板和侧墙附加防水层

(1) 底板、侧墙附加防水层均采用4mm厚的SBS防水卷材, 均采用“外防内贴“法铺设防水层。 (2) SBS防水层采用双层铺设, 其中迎水面一侧的材料可以采用SBS II PY PE4类材料, 背水面一侧的材料必须采用SBS II PY S4类材料。

3.3.3 关于防水层的铺筑次序和措施

(1) 要在合乎设计规定的各个区域之中设置卷材。 (2) 如果管线等经由该层的话, 要先设置这个区域的卷材, 要使用满粘措施规定。 (3) 铺设底板大面防水层, 第一层均空铺在底板基面上, 防水层幅面间的搭接宽度10cm, 采用热熔满粘焊接, 第一层防水层与阴、阳角部位的附加层热熔点粘、条粘或满粘。 (4) 铺设第二层防水层, 砂面向上.第二层防水层采用满粘法与第一层防水层热熔焊接, 第二层卷材搭接宽度10cm, 热熔满粘, 第一层防水层搭接缝与第二层防水层搭接缝之间应错开1/3~1/2幅宽, 当做好底板区域的铺筑活动共之后, 要对其开展浇筑活动。 (5) 侧墙表面的第一层防水层采用点粘或条粘法固定, 第二层防水层与第一层防水层满粘固定, 其搭接的规定和底板区域是一样的。规定其缝隙要合乎设定的标准。假如场地之中不能够合乎这个规定的话, 就要把预留区域的卷材卷起来以后再行处理。 (6) 对于预先设置好的搭接的区域, 要使用暂时性的方法来开展保护活动, 防止后续建设时对其产生负面效应。 (7) 侧墙防水层应连续铺设至顶板上表面以上43cm的高度。 (8) 施工缝和变形缝部位均应铺设防水加强层, 加强层采用单层砂面的防水层材料, 砂面靠近结构外表面.加强层宽度为40cm, 四周各10cm范围内热熔满粘在已铺设完毕的防水层表面, 中间其余部分空铺, 以适应变形要求。 (9) 当做好侧墙区域的铺筑工作之后, 除了要设置好防水区域以外, 还要设置保护层。 (10) 预留洞口四周的防水层均需要采用厚度不小于0.8mm的铁板进行保护。

3.4.1 关于基层的处理规定

对于基层表层的鼓出物质, 要从底下就处理, 而且在处理的地方用一些物质对其进行压实活动。如果表层出现了凹陷问题的话, 要将其中的表层处理好, 然后清理干净, 当其干燥之后, 使用一定的物质来压实处理。如果基层上方存在非常大的缝隙的话, 要设置防水层。

3.4.2 关于防水层的建设次序和措施

聚氨酯涂膜施工顺序:

基层处理→涂刷底层涂料→增强层铺贴→涂刷第一道涂膜防水层→养护→增强层铺贴→涂刷第二道涂膜防水层→养护→涂刷第三道涂膜防水层→养护→检查验收

3.4.3 掌控好涂刷的次数

涂膜厚度为2.0mm的防水层, 一般不应该低于四次。涂膜厚度为2.5mm的防水层, 一般要超过五次, 底层涂刷聚氨酯涂料用量为0.2~0.3kg/m2, 厚度为0.1~0.2mm;中涂每道用量为0.6~0.8kg/m2, 厚度为0.3~0.5mm.

参考文献

[1]GB50157-2003.地下铁道设计规范[S].[1]GB50157-2003.地下铁道设计规范[S].

[2]GB50108-2001.地下工程防水技术规范[S].[2]GB50108-2001.地下工程防水技术规范[S].

[3]GB50208-2002.地下防水工程质量验收规范[S].[3]GB50208-2002.地下防水工程质量验收规范[S].

[4]GB50308-1999.地下铁道、轻轨交通工程测量规范[S].[4]GB50308-1999.地下铁道、轻轨交通工程测量规范[S].

明挖地铁车站 篇4

关键词：城市地铁；明挖；基坑；质量

城市地铁明挖基坑是非常重要的，其质量好坏直接关系着工程的质量和安全。近些年，由于城市地铁明挖基坑质量问题的出现，造成人员伤亡和经济损失的现象较多，从这些案例中可以发现，城市地铁明挖基坑是一项风险性较高的工程，必须引起重视。

1.城市地铁明挖基坑围护质量问题

城市地铁明挖基坑围护质量问题主要表现在以下两个方面：（1）围护质量与设计要求不符。在地铁施工过程中，施工人员为了眼前小利益，偷工减料现象时常发生，导致插入的围护体深度较浅，基坑安全系数比较低，如果遇到暴雨天气或者外界荷载将会发生倾覆现象。有些施工当基坑快挖到坑底时，就会发生倒塌现象，这主要是由于挖孔桩桩芯质量不好，容易出现离析现象，进而承担不了弯矩。另外，地下连续墙钢筋数量不足，在墙体上经常会出现蜂窝、露筋现象发生。（2）止水帷幕施工质量有待提高。导致止水帷幕施工质量出现问题的原因主要包括： 1）由于地下连续墙接缝夹泥、钻孔桩施工质量低劣，导致水砂涌入、基坑被淹事故；2）围护桩垂直度控制不好，桩间开叉,出现涌水、涌砂事故； 3）止水帷幕的单排搅拌桩由于垂直度偏差太大，使搭接失败； 4）砂层与岩面结合部旋喷打不开、浆液未能足够进入，形成较多的缝隙、空洞； 5）止水帷幕由于施工或后期基坑土方开挖产生变形而未能紧贴支护结构，一旦止水帷幕与密排桩之间的土颗粒流失，止水帷幕变成支挡结构，不堪负荷，势必压破止水帷幕；6）高压旋喷或摆喷时遇到地下障碍物，止水帷幕未能有效地形成。

2.城市地铁明挖基坑开挖质量问题

城市地铁明挖基坑开挖质量问题主要表现在以下几个方面：（1）施工工艺、工序不合理。主要指施工中为了抢进度，没有按设计要求施工，存在侥幸心理，缺乏风险意识。主要体现在以下3个方面：1）基坑超载、超挖、支护暴露时间过长、不按规范施工等。有的工程基坑内土方严重超挖，远远超过应设置支撑的位置，水土压力已超过围护结构的刚度，不仅造成结构变形较大，并引起地面沉降和房屋开裂；2）在高水位地区，有的工程锚杆施工时止水设施未能及时加设，地下水及砂顺锚杆孔涌入，造成基坑坍塌事故；3）有的工程开挖时地质情况和勘察报告差异较大，未能及时调整施工措施，等到发现险情准备处理时，为时已晚。在土钉及锚喷支护中，有的基坑外侧的各类管线处理不好，暴雨后大量雨水顺管沟渗入，使挡土结构突然垮塌。（2）支撑架设质量不佳。主要体现在以下几方面:设置斜撑的地段围囹不封闭，支撑轴力无法平衡而引起失稳；支撑架设质量、刚度未达设计要求；围囹设计强度不足，导致基坑事故最先从围囹破坏开始；立柱与支撑连接结点薄弱，起不到有效控制主支撑的竖向位移、减小长细比和提高承载力的作用，受力之后，发生破坏。（3）监测量控失效。形成原因包括以下几个方面：1）减少监测项目和测点。有的监测人员技术水平或经验不足，为了省时省力，随意减少监测项目和测点，导致数据判读人员不能及时发现安全隐患。2）连接方式、仪表鉴定等方面出现偏差，导致观测数据偏离实际，分析判断错误，不能及时发现风险征兆。3）监测信息沟通不畅。监测工作周期很长，监测期间可能会发生设计变更、施工工序变化、外部环境变动等一系列与原方案不一致的情况。监测信息沟通不畅，监测工作不能及时变更和响应。（4）对险情重视不够。出现险情现场管理不及时，对监测信息不够重视，存在侥幸心理，没有及时向上报送险情，缺乏风险意识等导致基坑事故的也为数不少。

3.提高城市地铁明挖基坑质量的具体措施

3.1加强地铁明挖基坑工程勘察设计管理

地铁明挖基坑工程勘察设计管理，在一定程度上能够识别工程安全风险，为能够更好的控制施工安全做好良好的基础条件。地铁明挖基坑工程勘察设计管理尤其是在讲地铁工程勘察工作重视起来，使投标价格低于成本价格的这种现象得以避免，确保投标价格高于成本价格，进一步使工程勘察质量得以提高。同时勘察技术人员应该与设计人员紧密联系起来，共同发挥作用，使工程风险因素能够更快、更准确地识别出来。

3.2加强施工人员教育培训

确保地铁明挖基坑质量的一个重要措施就是加强施工人员教育培训。地铁明挖基坑是一个专业性比较强的工程，同时也存在很大的安全风险。在这个施工人员密集的工程中，一定要从人员素质的提升开始，进而，施工企业要加强施工人员教育培训，提高他们的专业水平，同时提高他们的安全意识，这样不仅能够确保工程的质量，而且也能够保证施工人员的安全。

3.3地铁明挖基坑还需信息化平台的支持

明挖地铁车站防水工程设计与施工 篇5

关键词：明挖法,地铁车站,防水,设计,施工

目前, 我国城市化处于高速发展时期, 修建具有超强运力的轨道交通工程, 已逐渐成为大城市的首选手段[1]。地铁车站属人员密集场所, 机电设备较多, 在修建地铁车站时工程防水显得尤为重要。如不能有效地做好地铁工程的防水, 渗漏的风险将造成工程成本增加、工期延期, 而且不能满足安全施工的要求, 倘若出现涌水、人员伤亡和财产损失事故, 将对社会造成很大的危害。结合参建的一些城市地铁工程情况, 就城市明挖地铁工程防水设计与施工作一些研究和探索。

1 地铁车站防水工程重要性

城市地铁, 特别是城市地铁车站, 长期处在有压地下水的环境中。因此, 防水工程设计与施工的质量, 直接关系到防水工程的效果, 关系到建设的成本、维修 (堵渗漏) 的难度与成败, 更是影响工程本身的坚固性和耐久性的关键, 是影响地铁工程能否正常运营的关键, 可以说是关系到城市地铁工程投资建设成败的重要内容。

2 明挖地铁车站横向变形缝的防水设计

明挖地铁车站主体结构接缝主要是车站横向的变形缝, 变形缝间设置衬垫板, 可减少相邻结构间因地震撞击导致的结构损坏。在车站的横向变形缝处, 可采用外贴式的橡胶止水带与可注浆的中埋式钢边橡胶止水带复合防水。顶板迎水面可嵌入低模量聚氨酯密封胶;在地铁隧道结构背水面的顶板、侧墙可设置嵌入式的接水盒, 以引排变形缝的少量渗水;在结构底板、侧墙设置外贴式的橡胶止水带, 并与顶板迎水面的嵌缝密封胶搭接形成封闭防水。设置中埋式钢边橡胶止水带注浆管的间距一般设计为3~5m。若发生渗漏水, 可采用聚氨酯或环氧类化学浆液通过注浆管注浆 (见图1~图3所示) 。

3 明挖地铁车站施工缝防水设计

横向施工缝采用中埋式钢边橡胶止水带 (可带注浆管, 亦可不带注浆管) 兜绕成环, 并在接缝面涂刷水泥基渗透结晶型防水材料, 如图4-图6所示。

地铁车站侧墙上设置一道纵向水平施工缝, 该处设计一般采用200mm宽的钢板止水带和遇水膨胀止水胶组合, 其接缝面再涂刷水泥基渗透结晶型防水材料。钢板止水带的连接应采用满焊的连接方式, 在浇筑混凝土之前要把接缝面清理干净, 以保证施工缝的防水效果。遇水膨胀止水胶使用密封胶枪挤压施工, 它能在潮湿环境下固化和膨胀, 为避免引起早期膨胀, 应确保在施胶后6h内浇筑混凝土。

4 明挖隧道的防水施工技术研究

明挖地铁的基坑可分成放坡开挖和护壁施工两类。地铁线路大多穿越市区, 且埋深较大, 基坑以护壁施工为主。放坡开挖仅在场地开阔、埋深浅和环境允许时采用。明挖法施工可以简要地概括为开挖工序、构筑工序、回填工序这3个步骤。

我国大多数明挖地铁车站都是把地下连续墙和灌注桩等基坑支护作为主体结构的一部分加以利用, 既可以节约工程投资, 又减少了资源的消耗, 符合可持续发展的要求。此时, 主体结构的侧墙可有单一墙、叠合墙和复合墙等三种形式。

侧墙支模的传统方法是用对拉螺栓固定, 但由于对拉螺最终留在混凝土中, 在潮湿的环境中, 随着时间的推移, 对拉螺栓会发生一系列的化学变化, 导致体积膨胀, 对混凝土产生不利的影响, 严重时甚至会致使混凝土“爆炸”, 对结构的永久防水和耐久性都极其不利。地铁车站侧墙支模采用传统方法, 从理论上是经济可行的, 但前提条件是防水对拉螺栓上的止水环片质量要有保障。如果止水环片焊接不好, 混凝土振捣不密实, 水就有可能顺着对拉螺栓渗入地铁隧道。而在工期紧张的情况下, 要确保每根对拉螺栓不渗水几乎是不可能的。根据工程实践, 并经专家多次论证, 对外侧墙支模均不应采用对拉螺栓, 可改用钢大模加型钢支架撑的“内撑外顶”的方法进行支模, 提高结构的防水效果。

5 结语

地铁车站防水工程是轨道交通工程界的热点和难点, 防水是地下工程永恒的主题, 地铁车站防水作为一项系统工程, 要做好防水必须多道设防、层层把关, 充分利用各道防线的防水功能, 确保每道防线的防水效果。在防水系统工程中, 要使防水起到良好的效果, 前提是合理设计好防水构造, 关键是精心做好防水施工。因此, 要建造好地铁车站工程, 须高度重视防水问题, 且对防水问题要系统化解决, 并切实系统地做好防水工程的研究工作, 依据工程特点、现场情况等信息来优选防水设计构造及防水材料, 然后统筹优化、系统组织防水施工。

参考文献

[1]杨永平、边颜东、周晓勤、叶霞飞.我国城市轨道交通存在的主要问题及发展对策.城市轨道交通研究, 2013年第16卷第10期

[2]《地铁设计规范》 (GB 50157-2003) .北京:中国计划出版社, 2003.

明挖地铁车站 篇6

国内明挖法地铁车站结构主要由围护结构、主体结构、内部结构等三大部分组成, 其中内部结构 (如站台板、楼梯等) 设计比较简单, 一般采用民用建筑计算程序进行分析, 其结构方案选择本文从略;围护结构、主体结构等主要受力构件常兼有临时结构与永久结构的双重功能, 其结构形式、构件组成、结构刚度、支承条件和荷载情况在结构形成的过程中不断变化, 结构体系应力转换频繁而复杂, 新施作的构件是在既有结构体系已产生变形和应力的情况下设置的, 荷载效应有连续性。如何合理考虑车站在施工期间的应力及变形的继承, 在保证结构安全的前提下尽量减轻结构计算分析工作量, 是工程界多年来探索的课题, 因此, 对车站结构的设计分析方法进行总结是非常必要的。

1 结构选型

1.1 围护结构选型

工程实践表明, 明挖地铁车站的经济性主要由围护结构控制, 因此, 选择合适的围护结构相当重要。目前, 国内地铁车站建设常用的围护结构形式较多, 其优缺点, 见表1。

明挖法车站围护结构应紧密结合工程地质和水文地质条件及对周边环境保护的要求确定。所选定的围护结构, 首先应具有施工的可行性、应能满足根据施工区环境所确定的基坑保护等级对水平位移和地表沉降的限制要求, 并考虑所在地区的基坑施工经验和设备配置, 在满足上述要求的前提下, 经技术、经济比较后确定最终的围护结构形式;当基坑保护等级要求较高时, 宜采用刚度大、止水性好的围护结构。总结起来, 明挖法地铁车站围护结构方案可按以下原则选用。

(1) 当基坑深度10m以下时 (出入口、风道结构) :

在场地条件允许时, 优先考虑最经济的放坡开挖。如场地条件受限, 可选择采用重力式挡墙、土钉墙、SMW工法桩等围护结构形式。

(2) 当基坑深度10～15m时 (单层站) :

该类基坑可选用SMW工法桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钻孔咬合桩、地下连续墙等围护结构形式。

(3) 当基坑深度15～18m时 (双层站) :

该类基坑可选用人工挖孔桩、钻孔灌注桩、钻孔咬合桩、地下连续墙等围护结构形式。

1.2 主体结构选型

地铁车站主体结构型式的选择应在“安全、经济、方便施工”的基础上, 经多方案比选确定, 明挖法地铁车站主体结构一般采用现浇钢筋混凝土箱型框架结构。根据建筑布置及站台宽度一般按如下规则采用:当站台宽度为8m时, 车站标准断面为无柱单跨箱形结构;当站台宽度为10m时, 车站标准断面为单柱双跨箱形结构;当站台宽度为12、14m时, 车站标准断面为双柱三跨箱形结构。明挖法车站主体结构典型断面, 如图1-a、1-b所示。

1.3 围护结构与主体结构的组合方式

国内地铁明挖车站结构设计中, 围护结构与主体结构之间的组合方式主要有如图2所示, 4种类型。

类型1 (临时墙结构) 类型2 (单一墙结构) 类型3 (叠合墙结构) 类型4 (复合墙结构)

1.3.1 临时墙结构

围护结构仅作为施工期间的临时支护, 不考虑其在使用期间的作用。当围护结构采用柱列式, 且与主体结构密贴式布置时, 主体结构仅在各层板处对围护结构起水平支撑作用。临时墙结构一般选用重力式挡墙、土钉墙、SMW工法桩、柱列桩等围护结构形式, 防水方案应采用全包防水方式 (附加全外包防水层) 。

1.3.2 单一墙结构

围护结构直接用作主体结构的外墙, 采取构造措施使围护结构与主体结构的各层板 (水平构件) 可靠连接。该结构体系的优点是结构构造简单, 内部不需另做受力结构的外墙, 内外层钢筋得到充分利用, 在一定条件下可节省混凝土及钢筋, 但其节点构造比较复杂, 要在围护结构上预留接驳钢筋, 防水尤其是节点处的防渗需做专门处理。此种结构形式仅在上海等城市地铁工程中少量采用, 由于其耐久性很难进行定性的分析, 故新地铁规范对此种结构形式的运用有严格的限制。采用单一墙结构时, 围护结构应采用地下连续墙, 防水方案采用半包防水方式 (仅顶板增设附加防水层) 。

1.3.3 叠合墙结构

在单一墙结构基础上, 围护结构内侧另加一层钢筋混凝土内墙, 并保证围护与主体顶、中、底板节点处的刚接。围护结构与内衬墙全面凿毛或设置足够的连接筋, 使之成为一个整体结构。该结构体系墙体刚度大, 防渗性能较单一墙结构好, 但对新老混凝土间的结合质量要求较高;此外新老混凝土之间因干燥收缩不同而产生的应变差会使结构产生较大的应力, 易导致内墙混凝土开裂。采用叠合墙结构时, 围护结构应采用地下连续墙, 防水方案采用半包防水方式。

1.3.4 复合墙结构

复合墙结构是目前国内明挖法地铁车站应用最为广泛的结构体系, 复合墙结构在围护结构内侧另做主体结构, 两者之间设有隔离层 (防水层) , 两者之间能传递压力而不能传递拉力、剪力和弯矩。该体系主体结构的防水性能较其它结构形式好, 结构受力也较为明晰。复合墙结构一般选用柱列桩或地下连续墙等围护形式, 防水方案应采用全包防水方式 (附加全外包防水层) 。

2 国内工程界常用的分析方法

临时支护与永久结构即围护与主体二者合一是目前地铁结构设计的一大特点。明挖地铁车站多采用桩墙式挡土结构作为基坑的支护, 它们同时又是主体结构侧墙或侧墙的一部分。其施工阶段围护结构的受力一般采用专用基坑支护软件进行分析;使用阶段的受力分析, 国内有两种基本方法, 即所谓考虑施工影响的分析方法和不考虑施工影响的分析方法。前者视结构使用阶段的受力为施工阶段受力的继续, 认为使用阶段的受力是在施工阶段已产生的应力和变形的基础上由于外部荷载的改变而累加的结果。后者则把结构施工阶段的受力与使用阶段的受力分开, 分别进行计算, 它们之间的应力和变形不存在直接联系。

根据《地铁设计规范》 (GB50157-2003) 第10.5.1. (3) 条规定, “当受力过程中受力体系、荷载形式等有较大变化时, 宜根据构件的施作顺序及受力条件, 按结构的实际受载过程进行分析, 考虑结构体系变形的连续性”, 考虑施工影响的分析方法能较好地反映使用阶段的结构受力对施工阶段受力的继承以及结构实际的受力过程, 且墙体配筋一般较为经济, 是车站结构分析比较好的方法, 但因缺乏计算机专用分析程序, 该方法分析过程相当复杂, 由此导致的误差大大降低了设计人员采用此分析方法的初衷, 在实际工程设计中较少采用, 目前, 实际工程多采用不考虑施工影响的分析方法。比分析结果表明, 不考虑施工影响的分析结果在做必要修正后能满足结构安全性要求。

3 明挖法地铁车站全过程设计分析方法

明挖法地铁车站结构设计分为三部分:围护结构设计、主体结构设计及内部构件设计, 目前工程界采用的基本设计分析方法如下。

围护结构设计利用“同济启明星”、“理正”等基坑支护专用分析程序, 采用增量法, 原则上根据基坑开挖、架设或拆除支撑、浇筑内部结构的顺序和荷载变化, 分步进行计算, 分析围护结构的内力和变形, 确定围护结构的设计参数;主体结构浇筑前和主体结构浇筑以后, 支挡结构均按竖向弹性地基梁模型计算, 一般把主体结构的水平构件模拟为仅有拉压刚度的弹簧, 不考虑内衬墙的作用。

主体结构设计采用荷载-结构模型, 采用SAP2000、MIDAS-GEN等有限元分析程序, 将围护结构设计结果作为输入条件, 考虑围护与主体结构的共同作用。按弹性地基上的框架模型, 根据实际作用在结构上的荷载计算, 分析主体结构的受力和变形, 此模型不考虑结构的内力和变形对施工阶段的继承;车站标准段采用二维平面模型即可满足设计精度要求, 对空间作用明显部位 (如盾构端头井、换乘节点等部位) 应采用三维空间模型进行模拟。

内部构件 (如站台板、楼梯等) 设计采用民用建筑计算程序进行分析。

4 建议

明挖法基于其施工的安全性和方便性, 具有其它施工方法不具备的优越性, 是目前及未来我国地铁车站采用的基本工法。建议相关部门组织力量, 结合明挖法车站结构的受力特点, 开发专用有限元分析设计软件, 以在确保地铁结构安全、适用、经济的前提下, 提高设计效率。

摘要：明挖法具有施工简单、快捷、安全、经济的优点, 是世界各国地铁车站施工的首选方法, 在地铁施工中占据着不可替代的重要地位。明挖法地铁车站结构的形成需经历开挖→加撑→回筑→拆撑等多个步序, 受力转换复杂。分析了明挖法地铁车站设计中两大组成部分围护结构、主体结构的设计方案选择, 探讨了围护结构和主体结构二者之间的组合方式, 对国内工程界广泛采用的分析方法进行了总结, 提出了明挖法地铁车站结构全过程设计分析方法。

关键词：明挖法,地铁车站,全过程,设计分析方法

参考文献

[1]施仲衡, 张弥.地下铁道设计与施工[M].西安.陕西科学技术出版社, 2006.

明挖地铁车站 篇7

随着我国经济的迅速发展,作为中国城市轨道交通的地铁工程,越来越体现出它的重要价值。目前我国的北京、上海、广州、深圳、杭州、武汉、南京、天津、郑州、无锡等城市均有在建地铁工程的施工,而作为明挖地铁车站工程的满堂模板脚手架施工已成为地铁工程施工的一部分,其主要类型有:钢管扣件式满堂脚手架,钢管碗扣式满堂脚手架和钢管扣件与碗扣式混搭满堂脚手架。

这些由立杆、横杆、斜撑、剪刀撑等临时搭设的满堂脚手架的出现,对保证明挖地铁车站工程施工,加快施工进度起到了重要的作用。正确设计、选用满堂模板脚手架的搭设方式,对确保明挖地铁车站的施工顺利进行、施工安全以及提高工程经济效益起到至关作用,但现实地铁施工中一些施工单位由于忽视了满堂脚手架在施工中的作用,不合理的搭设方式和施工管理不善等原因,导致因模板脚手架倒塌造成的安全事故不断发生,如何预防和控制地铁工程模板脚手架倒塌成为施工中重要的控制工作。

2 满堂脚手架倒塌事故原因分析

2.1 材质原因

1)选用的钢管原材不合格。由于受经济利益驱使,致使个别钢管生产厂家生产的劣质钢管,壁厚变薄达不到要求,比如满堂扣件脚手架ϕ48×3.5 mm钢管,壁厚允许偏差-0.5 mm,而实测钢管壁厚大多为2.8 mm～3.0 mm,导致钢管脚手架在受轴向抗压能力、抗弯承载力上大大减小,成为脚手架倒塌的重要安全隐患。2)选用的扣件合格率较低。依据GB 15831-2006钢管脚手架扣件规范要求:直角扣件、旋转扣件的抗滑性能7 kN时,位移值Δl≤7.0 mm;10 kN时,位移值Δl≤0.5 mm;对接扣件抗拉4 kN时,位移值Δl≤2.0 mm;但实际的试验数据总是达不到100%合格,甚至部分扣件合格率仅为30%左右,严重影响了脚手架模板的整体承载能力。3)选用了部分锈蚀严重的钢管搭设脚手架。由于钢管脚手架在施工周转中使用率高,且使用中缺少良好的保养维修,造成部分钢管锈蚀严重,钢管壁厚变薄,外形不顺直,钢管壁出现细微或较大的裂纹,加上钢管受到长期疲劳工作,总体承载能力大大削减,脚手架在搭设完成后由于受施工动、静荷载的外力作用承载能力下降严重,造成整体受力的不均匀和不平衡,致使钢管脚手架倾覆倒塌事件的发生。

2.2 搭设构造原因

1)脚手架搭设过程中没严格按施工方案施工和安全技术交底施工,一线施工作业人员仅凭以往的脚手架搭设经验随意调整立杆的横距、纵距、步距,对脚手架的受力认识不足,加上脚手架搭设过程中施工技术人员过程把关不严,致使搭设完成的脚手架又未及时进行返工处理,最后酿成脚手架倒塌的发生。

2)脚手架搭设过程对细部连接杆的搭接长度、搭接扣件的数量、搭头错开的安全距离、剪刀撑与地面的夹角布设大小、连接销的加固以及剪刀撑应随架高架长连续性布设等控制不到位,加上施工作业人员责任心不强,造成脚手架搭设在整体细节上漏洞诸多,为下步的安全施工埋下了重大隐患。

2.3 施工管理原因

1)在地铁车站大体积混凝土施工中由于混凝土缺少浇筑方案,没按浇筑顺序浇筑,现场施工管理不到位,大量集中倾倒的商品混凝土受力点于一处,加之施工顺序的安排不合理,未及时有效的分散脚手架受力,致使满堂脚手架局部点受力集中,受力超过计算受力允许值,致使脚手架局部坍塌事故发生。

2)施工过程作业人员安全意识薄弱,施工作业人员思想松懈,对脚手架搭设简化操作程序,对梁底和横杆加密区未按方案规范施工,且施工单位质量安全技术人员又未进行严格检查、彻底检查,致使薄弱环节未及时发现,最后导致脚手架事故的发生。

3)施工作业一线人员素质较低,施工前安全技术交底不到位以及作业人员缺乏安全技术教育培训,加上个别施工单位根本不重视安全管理,相关的安全措施费用的投入不到位,未严格落实专项安全措施,对搭设完成的脚手架未进行相关的安全验收即投入使用,致使最后脚手架相关问题的出现。

3 满堂脚手架的施工监理控制

3.1 满堂脚手架施工前的监理控制

1)满堂脚手架施工前应要求施工单位编制专项施工方案,并且该施工方案应由项目技术负责人编制,经施工单位技术负责人、项目监理单位总监审核批准后,在施工单位专职安全管理人员监督下予以实施。对符合建设部[2004]213号文件《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》要求,水平混凝土构件模板支撑系统高度超过18 m或跨度超过18 m,施工总荷载大于10 kN/m2或集中线荷载大于15 kN/m2的模板支撑系统,应编制脚手架模板安全专项施工方案,由施工企业组织不少于5人的专家组,对已编制的安全专项施工方案进行论证审查,论证通过后方可施工。

2)监理对脚手架方案审查时,重点对方案是否依据明挖地铁工程的特点进行编制,审查脚手架的搭设方式,模板及脚手架的支撑计算,支撑体系的承载能力、刚度、稳定性等安全参数的选择,以及脚手架材质规格,横杆,立杆的纵、横距离,剪刀撑的构造设置,安装和拆除的程序,外部作业条件,安全措施保障,脚手架的细部节点大样图等是否符合脚手架施工规范和国家有关强制性标准要求。

3)脚手架搭设前,检查搭设人员上岗证情况,督促施工单位做好技术、人员、材料、工具的各项准备工作,并依据审批后的施工方案,要求施工安全技术人员对脚手架搭设人员就脚手架的作业活动、脚手架的搭设质量标准、安全技术措施等进行详细的安全技术交底,并成立质量、安全管理机构,对脚手架搭设实施专项专人专责的管理工作。

3.2 满堂脚手架施工过程监理控制

1)对脚手架的进场材质严格控制,要求施工单位对脚手架钢管、扣件进行物质进场报验,提供材料厂家质量检验报告,并对钢管、扣件依据国家规范GB 700-2006碳素结构钢和GB 15831-2006钢管扣件规范的要求进行监理见证取样试验,经有国家资质的工程检测单位出具合格报告后,方可进行脚手架的搭设。

2)脚手架搭设过程中,监理单位有关的安全、质量专业人员加强对脚手架搭设过程控制,监督施工单位严格按脚手架施工方案施工,重点对扫地杆、横杆、立杆的间距,剪刀撑的布设,搭接部位的长度、扣件的设置数量以及细部梁底、加密区的钢管搭设是否符合施工和规范要求,进行严格的控制。

3)对不按脚手架施工方案和违反脚手架搭设规范的施工部位,存在缺陷的细节,比如:梁底增密承重立杆,而未增加立杆;剪刀撑搭接长度不小于1 m处应采用不少于两个旋转扣件的,而实际为1个的细节缺陷的,要求施工单位及时进行返工处理,对拒不整改,存在质量、安全隐患的部位,下发监理工程师通知单,要求其进行整改和处理,并对处理结果由监理工程师予以复查验收。

3.3 满堂脚手架的验收监理控制

1)满堂脚手架搭设完毕后,监理单位督促施工单位有关技术质量安全管理人员应进行自检验收,验收依据施工方案和脚手架验收规范对脚手架搭设的布局,采取钢尺实测实量;对钢管的扣件螺栓拧紧处采用扳手进行检查,并形成书面记录。

2)监理单位在受到施工单位对脚手架的申请验收资料后,在规定的时间内组织质量、安全以及相关业主共同参与的验收小组,依据脚手架施工方案、安全专项施工方案、脚手架验收的有关规范,结合实测实量进行验收。对受力较大的部位,重点逐一进行验收,对扣件采取10%数量的抽检,不合格的部分进行返工处理,直至合格为止。

3)经验收合格的满堂脚手架,形成书面验收意见,完善监理资料归档工作。

4 结语

脚手架的倒塌事故严重危害了施工工人的生命,更影响着施工企业的声誉和发展前途,只要政府监管部门加大对脚手架钢管、扣件的监管力度,对生产、租赁和使用实施切实有效监控;施工单位严格按审批的施工方案、安全施工方案、国家规范搭建,并购买、租用合格的钢管、扣件,使用前严格检测复试制度,实施并加强对脚手架搭设中各环节的规范控制;监理单位恪守尽职的履行监理责任;脚手架倒塌事故的发生一定会减少或避免。

摘要：阐述了明挖地铁车站满堂脚手架搭设形式,对脚手架发生倒塌事故的原因进行了分析,探讨了如何对满堂脚手架进行施工监理控制,具体阐述了施工前、施工过程中及验收阶段的监理控制措施,以期指导实践,从而有效预防和控制地铁工程模板脚手架倒塌事故。

关键词：地铁车站工程,满堂脚手架施工,监理控制

参考文献

[1]JGJ 130-2001,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[2]JGJ 166-2008,建筑施工碗口式脚手架安全技术规范[S].

明挖地铁车站 篇8

构件尺寸及配筋通常需要计算结构内力后确定, 但日常设计过程中, 往往需要短时间内确定构件尺寸及配筋, 因此, 如果掌握了结构在不同荷载边界条件下的受力规律, 就能迅速、准确的确定构件尺寸及配筋, 提高工作效率和技术精度。

1 计算方法、荷载条件及计算模型简述

1. 1 计算方法、荷载条件

计算方法以荷载结构法为基准, 顶板、侧墙不考虑与地层的协同工作, 地层荷载折算成土压力后直接施加于结构面; 结构基础底板考虑与地层的协同工作, 其与持力层的共同工作关系采用文克尔地基模型进行模拟, 即底板承受基础持力层变形产生的弹性抗力, 弹性抗力= 持力层变形 × 基床系数。

由于主要研究结构构件的受力规律, 因此, 对荷载条件做如下设定: 1) 抗浮水位取至地面; 2) 土层容重统一按20 k N/m3考虑; 3) 不考虑站台板荷载、列车荷载等有利荷载; 4) 迎土面结构构件主要考虑承受外部地层荷载, 不考虑装修、管线吊装等内部荷载; 5) 中板按设备荷载8 k Pa、人群荷载4 k Pa考虑。

1. 2 计算模型

采用通用有限元计算软件ANSYS进行模拟分析, 板、墙采用壳单元Shell63 进行模拟, 梁、柱采用杆单元Beam4 进行模拟。

Shell63 单元在文克尔地基模型中具有直接模拟壳体与地基协同工作的工作参数, 无需施加额外弹簧单元。梁、柱结点处Shell63 单元和Beam4 单元采用MPC148 刚性单元进行连接, 可实现梁的上翻、下翻模拟, 更接近实际工况。

以两柱三跨双层标准明挖矩形框架结构为例进行分析, 空间模型共取8 个柱跨, 每跨均按9 m计, 结构模型见图1。

2 顶板覆土厚度影响分析

按照常规概念理解, 顶板覆土厚度是较为重要的一个外部荷载边界条件, 对框架各构件的内力影响较大。选取3. 0 m, 4. 5 m, 6. 0 m三个不同覆土厚度进行计算, 分析在不同覆土厚度条件下车站中柱、纵梁、板、墙的受力规律。

2. 1 对车站中柱影响

柱在框架体系中是最重要、最经济的结构构件。主要内力为轴力。

柱顶—柱与顶板连接结点, 柱底—柱与底板连接结点。

根据图2, 图3, 柱轴力存在如下受力规律:

1) 各覆土厚度条件下, 中柱轴力均比边柱轴力大。

2) 随覆土增加, 柱底轴力与柱顶轴力的比值逐渐减小。例如本例中: 覆土3. 0 m时为1. 31, 覆土4. 5 m时为1. 23, 覆土6. 0 m时为1. 18。

3) 随覆土增加, 柱底、柱顶轴力均按相同线性比例增大。例如本例中: 覆土每增加1 m, 柱底、柱顶轴力均增加约1 650 k N。

2. 2 对车站纵梁影响

纵梁为框架体系中主要承载构件。纵梁一般按纯弯构件计算, 主要内力为弯矩。

根据图4, 图5, 纵梁弯矩存在如下受力规律:

1) 随覆土增加, 顶、底纵梁弯矩均增大且增加量较大, 中纵梁弯矩减小但减小量很小, 几乎可以忽略不计。

2) 随覆土增加, 顶、底纵梁弯矩增长呈线性趋势, 顶纵梁增长量比底纵梁大。例如本例中: 覆土每增加1 m, 底纵梁弯矩增加约373 k N·m, 顶纵梁弯矩增加约413 k N·m。

2. 3 对车站板、墙影响

板、墙构件体量较大, 因此其结构尺寸和配筋参数对整个框架造价影响较大。板、墙受压较大时, 可按压弯构件计算, 但为统计受力规律, 本文设定板、墙均按纯弯构件计算, 主要内力为弯矩。

根据图6, 图7, 板、墙弯矩存在如下受力规律:

1) 随覆土增加, 顶、底板弯矩均增大且增加量较大, 中板弯矩减小但减小量很小, 几乎可以忽略不计。

2) 随覆土增加, 顶、底板弯矩增长呈线性趋势, 顶板增长量比底板大。例如本例中: 覆土每增加1 m, 底板弯矩增加约99 k N·m, 顶板弯矩增加约109 k N·m。

3 基础持力层影响分析

底板基础持力层越坚硬, 基床系数越大。基床系数分别取50 MPa / m, 200 MPa / m, 500 MPa / m, 对应地层相当于土层、强风化层、中风化岩层。

根据图8, 图9, 底纵梁弯矩存在如下受力规律:

1) 随基床系数增大, 底纵梁弯矩减小且减小量较大, 顶、中纵梁弯矩减小但减小量很小, 几乎可以忽略不计。

2) 随基床系数增大, 底纵梁弯矩减小呈微弱非线性趋势, 例如本例中: 基床系数50 MPa/m ~ 200 MPa/m时, 每增加1 MPa/m, 底纵梁弯矩减小1. 44 k N·m, 基床系数200 MPa/m ~ 500 MPa/m时, 每增加1 MPa/m, 底纵梁弯矩减小0. 92 k N·m。

基床系数增大, 板、墙、柱主要内力均呈现减小趋势, 但减小量极小, 不影响构件尺寸及配筋, 因此可忽略不计。

4 结论与体会

本文以两柱三跨双层明挖矩形框架结构为例, 通过对不同覆土厚度、不同基础持力层条件下各构件内力的计算和分析, 得出了构件的内力变化规律, 由于计算以弹性理论为基础, 因此, 这些变化规律具有普遍性。

由于侧墙荷载变化对各构件的内力影响较小, 因为本文未细述, 其具体受力规律为: 当侧墙荷载减小时, 板、梁、柱主要内力均增大, 但增加量均不大, 相对来讲, 侧墙荷载对板、墙主要内力影响相对梁柱来说稍大。

本文得出的仅是趋势化的受力规律, 量化的受力规律需结合具体框架形式确定。建议可以针对具体框架形式, 根据趋势化的受力规律编制荷载—内力图表, 这样, 不通过计算, 就可以精确确定构件内力、尺寸及配筋, 进而可以简化设计程序, 提高工作效率。

摘要：以某地铁明挖车站为例, 采用ANSYS空间整体模型, 计算分析了在不同覆土厚度、不同基础持力边界条件下, 车站主要结构构件的内力变化规律, 得出了一些有价值的结论, 为地铁车站施工提供了依据。

关键词：地铁车站,ANSYS,覆土厚度,基础持力层

参考文献

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[5]王丽梅, 赵宏强.地铁车站单元模型计算方法探讨[J].土工基础, 2015, 29 (2) :72-74.

明挖地铁车站 篇9

在城市地铁车站结构设计中, 往往会把基坑支护结构地下连续墙、钻孔灌注桩和咬合桩作为车站侧墙的一部分, 既可减小建筑空间、少占用地下空间, 又可以节约工程造价。在车站结构设计中, 基坑支护结构和车站侧墙间的处理方式有单一墙、复合墙和叠合墙三种形式[1]。单一墙结构是直接将地铁车站的地下连续墙作为主体结构的侧墙, 由于这种结构形式中地下连续墙幅间接头带来的车站侧墙整体性不好, 基本靠混凝土的自防水性能, 抗水土侧压力也不足。同时, 墙缝防水处理难度较大, 导致车站整体防水性能下降。因此, 目前国内的地铁车站结构基本不采用单一墙结构形式。复合墙结构是将基坑围护结构与车站侧墙间设置防水层, 并和车站的顶、底板防水层搭接而形成封闭的防水层。复合墙结构抗土水侧压力能力强, 防水层全包, 因而防水效果好, 是目前应用最广泛的地铁车站侧墙结构形式。叠合墙结构是在基坑围护结构与车站侧墙之间采用钢筋接驳器连接, 车站的顶、底、中板的端部负弯矩钢筋锚入围护结构内, 施工完成后可视为整体墙结构, 可以很好地满足受力功能。但是, 因防水层不能完全封闭, 导致防水整体性难以满足要求, 故此种结构形式未得到大力应用。但是, 叠合墙结构建筑限界小, 占用的地下空间少, 同时采用防水等级比较高的混凝土后, 防水也基本能满足要求。所以叠合墙结构在一些地铁车站中也得到了应用[2]。地铁车站侧墙形式对地铁造价、受力方式、易施工性和防水、耐久性等有较大影响, 应结合建筑限界、地下水条件、地质条件、基坑围护结构形式、周边环境条件等进行技术经济比选来确定[3]。

本文主要通过深圳地铁7号线一个标准的两层地下车站来对明挖地铁车站侧墙形式进行比选研究, 分析复合墙和叠合墙体系的受力特点、优缺点、适用范围, 便于指导以后类似工程的地下车站结构设计。

1 工程概况

深圳地铁7号线某车站为地下两层, 标准段基坑宽度为21.5 m, 平均覆土厚度约为3.40 m, 深度为16.64 m, 有效站台宽度为12.3 m、长度为140 m, 岛式站台。采用800 mm厚地下连续墙和钢筋混凝土支撑作为围护结构, 车站标准段设置一道钢筋混凝土支撑+两道609钢支撑, 东、西两端头井设置三道钢筋混凝土支撑。车站顶板厚度800 mm、中板厚400 mm、底板厚度900 mm、侧墙厚度700 mm。连续墙墙深26.64 m, 插入比1∶0.6。混凝土强度等级C35、抗渗等级P8。本站范围内上覆第四系全新统人工堆积层 (Q4ml) 、海积层 (Q4m) 、冲洪积层 (Q4al+pl) 、花岗岩残积层 (Qel) , 下伏燕山期花岗岩 (γ53) 。

2 复合墙与叠合墙方案比选

2.1 结构设计与施工比选

1) 占用地下空间方面。叠合墙结构方案侧墙较复合墙结构薄, 占地面积小, 周边环境较复杂, 空间较小时, 叠合墙方案比复合墙方案有优势。

2) 车站耐久性方面。叠合墙结构方案侧墙较薄, 并且叠合墙中侧墙混凝土收缩变形受围护结构约束, 易产生裂缝;车站顶、中、底板支座钢筋需要与地下连续墙通过钢筋接驳器进行连接, 由于地下连续墙沉降、错位等原因, 此部位钢筋的保护层厚度难以保证, 并且结构板与基坑围护结构的连接处有施工缝, 在张拉、压缩、转动等多种受力情况下, 会引起接缝开裂, 导致渗漏水比较严重。渗漏水腐蚀了钢筋, 降低了结构的整体耐久性, 因而在耐久性方面复合墙方案较好。

3) 防水性能方面。复合墙结构侧墙与基坑围护结构相互独立, 中间设置附加柔性防水层 (PVC防水板) , 车站侧墙较厚, 其混凝土收缩变形不受基坑围护结构约束, 因而不易产生裂缝, 防水性能好。叠合墙结构侧墙与基坑围护结构通过预埋钢筋接驳器连接成一体, 不能设置附加柔性防水层。且车站侧墙较薄, 其侧墙混凝土收缩变形受基坑围护结构约束, 易产生裂缝, 发生渗漏事故, 防水效果较差。故在防水效果方面, 复合墙结构方案更优。

4) 抗浮性能方面。对于覆土3 m左右地下两层车站来说, 主体结构自重+覆土重量来抗浮很难满足抗浮要求, 均需要围护结构参与抗浮。对于复合墙方案, 需要单独另行设置抗浮压顶梁, 围护结构方能参与主体结构的抗浮, 对于侧墙开大洞的车站结构, 设置压顶梁不能解决抗浮问题, 需要采取其他抗浮措施, 比如抗拔桩等, 增加工程量及施工工序;对于叠合墙方案来说, 由于主体结构顶、中、底板均与地下连续墙通过钢筋接驳器进行连接, 并且内衬墙与地下连续墙很好叠合, 不需要单独另外设置抗浮压顶梁即可以使围护结构参与主体结构抗浮, 无需额外增加工程量及施工工序, 故在参与主体结构抗浮方面, 叠合墙方案更优。

5) 结构整体性方面。叠合墙方案主体结构侧墙与围护结构侧墙通过钢筋接驳器连成一体, 变形协调一致, 整体刚度大, 对于基底处于软弱土层或纵向地质变化较大的车站, 叠合墙方案抵御车站沉降、不均匀沉降等方面更优。

6) 易施工性方面。叠合墙结构预留主体结构顶、中、底板支座钢筋连接器难度大, 地铁车站结构顶板、中板和底板通过钢筋接驳器与基坑围护结构相连, 但会因地下连续墙沉降、错位等原因, 导致车站结构板的位置容易变化。因此, 施工质量难以保证, 薄弱环节较多。往往需要在连续墙底预埋注浆管以控制地下连续墙沉降, 对施工队伍素质要求较高, 结构板支座钢筋对接难度比较大, 甚至出现开挖到结构板的位置, 找不到预留的钢筋接驳器, 需要重新植筋等现象时有发生;同时叠合墙方案要求地下连续墙表面进行凿毛处理, 增加了一道施工工序, 增加了施工难度, 故从施工便利性方面来看, 复合墙方案较优。

2.2 工程造价比选

就叠合墙和复合墙方案, 进行了详细的地下两层标准地铁车站结构设计, 并算出了车站纵向每延米主体工程造价, 列于表1中。

万元

由表1可以看出, 地铁车站复合墙结构方案的造价略高于叠合墙结构方案的2%左右, 主要原因为复合墙结构增加了内衬墙厚度、防水层数量、土方开挖等, 而叠合墙结构则充分利用了基坑围护结构, 减小了内衬墙的厚度, 降低了成本 (每延米降低成本约0.734万元) , 故对于一座标准的地下两层车站 (车站长度220 m) 而言, 叠合墙方案会比复合墙方案降低造价约160万元, 约占车站主体结构土建费用的1.5%~2%, 所占比重不算很大。

3 结语

明挖地铁车站侧墙结构需要结合建筑限界、地下水条件、地质条件、基坑围护结构形式、周边环境条件、施工技术水平及经验等方面综合比选确定, 反而工程造价方面不是控制因素。当地整体施工水平不高时, 由于叠合墙施工难度大、工程质量不容易保证, 并且叠合墙在工程造价上优势不明显, 建议尽可能选用复合墙结构方案。

参考文献

[1]陈高峰.明挖地铁车站结构设计研究综述[A].2010城市轨道交通关键技术论坛论文集[C].2010.

[2]徐向辉.明挖地铁车站叠合墙与复合墙方案比选[J].铁道标准设计, 2005 (12) :77-80.