1、城市轨道交通结构设计与施工Structural Design and Construction of Urban Rail Transit主讲：周顺华 教授同济大学交通运输工程学院1最新课件第五章第五章 明挖法结构设计明挖法结构设计2最新课件目录目录 第一节 明挖法结构建设及设计流程 第二节 地铁车站建筑设计 第三节 基坑工程中的土压力和水压力 第四节 支护结构选型与设计 第五节 主体结构设计 第六节 支护结构与主体结构相结合的结构设计 第七节 盖挖法施工的车站结构设计3最新课件第一节第一节 明挖法结构建设及设计流程明挖法结构建设及设计流程 1.1.明挖法结构建设流程明挖法结构建设流程明挖法结
2、构建设流程施工前环境调查围护结构施工地基加固基坑降水基坑开挖及支撑的施工内部结构施工基坑施工监测4最新课件图 5-1 施工期结构设计流程图图 5-2 使用期主要主体结构设计流程图5最新课件第二节第二节 地铁车站建筑设计地铁车站建筑设计出入口及通道设备用房运营管理用房辅助用房车站用房售检票区乘客集散区其它公用设施非付费区站台自动扶梯及楼梯其它乘客服务设施付费区乘客使用空间车站主体通风道及风亭地下其它附属建筑车站图5-3 地铁车站功能组成示意图6最新课件 图5-4 地铁车站人流路线示意图7最新课件一、站厅层设计 图5-5 分离式车站站厅层平面图8最新课件 图5-7 上海地铁10号线江湾体育场站站厅
3、层平面图 图5-6 贯通式车站站厅层平面图9最新课件二、站台层设计岛式站台宽度：tznbBd 2（5-1）侧式站台宽度：tzbBc（5-2）abLQb上MLQb上下其中：或（两公式取大者）式中 b侧站台宽度（m）；n横向柱数；z横向柱宽（含装饰层厚度）（m)；t每组人行梯与自动扶梯宽度之和（含与柱间所留空隙）（m)；Q上远期每列车高峰小时单侧上车设计客流量，换乘车站含换乘客流量（换算成高峰时段发车间隔内的设计客流量）（人）；Q上、下远期每列车高峰小时单侧上、下车设计客流量，换乘车站含换乘客流量（换算成高峰时段发车间隔内的设计客流量）（人）；站台上人流密度(0.5m2/人)；L站台计算长度(m)
4、；M站台边缘至屏蔽门立柱内侧距离（m）；ba站台安全防护宽度，取0.4m，采用屏蔽门时用M替代ba值。10最新课件三、行车管理及设备用房的布置 车站管理用房设置参考面积表车站管理用房设置参考面积表 表5-1 序号房间名称面积（）设 置 要 求1车站控制室35设在站厅层客流较多一端，能直接观察站厅层公共区2站长室1215与车站控制室相邻，地坪与车控室平3站务室12宜靠近站长室4会议室25站厅层管理区内较安静处设置，兼交接班、餐厅5警务室10+15靠近站厅公共区6客服中心6设在公共区的付费区与非付费区之间，靠近进站闸机7男/女更衣室82设在设备与管理用房相对集中处8男女卫生间8设在设备与管理用房相
5、对集中处9茶水间4设在设备与管理用房相对集中处10备品房12视具体情况适当增减11清扫间62站厅及每个站台各设一间12AFC票务室1520设于车站控制室附近13站台值班室12设在站台层14男/女公共厕所15/12设在站台层公共区内。每个站台设置男、女厕坑位均为23个，男厕23个小便斗，均含残疾人厕位。其中残疾人厕位可单建。（或设在站厅层非付费区出入口旁）15司机换班室12设在折返线车站站台层，靠近折返端16通信仪表室122设在车控室一端17列检室10仅设在折返站站台层靠近道岔区11最新课件 车站设备用房设置参考面积表车站设备用房设置参考面积表 表5-2 序号房间名称面积（）备 注1混合变电所3
6、50尽量设在车站进线端2降压变电所160200尽量设在站台层3照明配电室104站厅及站台两端各设一间，设在车控室另一端的AFC配电室,与照明配电室合用，面积酌情增加。4电力电缆井52两端均有。5环控电控室482与通风空调机房相邻。6屏蔽门控制室18设于站台层靠近屏蔽门处。7气 瓶 间15靠近被保护房间，保护半径120m。8通信设备室50靠近车控室布置。9通信电源室30邻近通信设备室。10信号设备室4080靠近车控室布置，有道岔车站80，设备集中站80，一般车站40。11公共无线引入室20邻近通信设备室布置。12环控机房(150340)213小通风机房602可与通风空调机房合建。14区间通风机房
7、(200320）2设于车站两端部，各两台TVF风机。15冷冻机房60设于变电所一端16AFC机房15站厅层靠近公共区。17污水泵房12洗手间下方、内设污水池。18废水泵房15位于车站最低点。19消防泵房36含水喷淋系统，近出入口。12最新课件四、车站主要设施1.自动扶梯 图5-8 典型出入口处自动扶梯结构图13最新课件2.电梯 图5-9 电梯土建要求结构图（尺寸单位：mm）14最新课件3.楼梯为保证客流需要，除需设置电梯、自动扶梯外，尚需在车站付费区内的站厅与站台层之间至少设一座人行楼梯，以便在自动扶梯不能运转时仍能保证站内乘客的疏散；同时应至少设一部供工作人员和消防人员使用的楼梯，该楼梯宜设
8、在工作人员较集中的管理用房区内，楼梯最小净宽不得小于1.0m，踏步尺寸建议采用175mm250mm。站台计算长度外每端设到车行轨面的人行楼梯，梯宽按两股人流计不得小于1.1m，宜平行轨道方向设置。楼梯应按乘客或工作人员使用、以不同的标准进行设计。如乘客使用的踏步高应为150162mm、而工作人员使用应为162175mm；踏步宽乘客为280320mm、工作人员为250280mm。车站内公共区楼梯每个梯段的踏步数应不小于3级，不大于18级。休息平台宽为12001800mm。15最新课件4.售票机售票机的数量应满足车站远期超高峰小时客流的需要，售票机应设在客流不交叉，且干扰小的地方。售票机前应留有足
9、够的空间，供乘客排队购票及通行。车站内售票机宜沿进站客流方向纵向排列。并应结合车站不同的客流方向布置，宜不少于两处。售票机的布置应注意与出入口通道及进站检票机保持适当的缓冲距离，并留有足够的取款及检修空间。售票处距出入口通道口和进站检票处的距离不宜小于5m。5.检票机进站检票机应设在售票处至站台的人流流线上。出站检票机应设在站台至出站通道的人流流线上，其数量应能满足车站远期超高峰小时客流的需要，并适当考虑扩容的余地。检票口是付费区与非付费区的分界线，宜垂直人流方向设置。进出站检票机应合理布置，既要方便管理，又要避免进出站人流的交叉干扰。出站检票机处距梯口的距离不小于8m。16最新课件7.屏蔽门
10、 图5-10 屏蔽门剖面图（尺寸单位：mm）17最新课件第三节第三节 基坑工程中的土压力和水压力基坑工程中的土压力和水压力一、土压力类型 图5-11 三种不同极限状态的土压力a)静止土压力；b)主动土压力；c)被动土压力18最新课件 图5-12 土压力与位移的关系19最新课件 发挥主动和被动土压力所需的位移发挥主动和被动土压力所需的位移 表5-3 20最新课件 发挥主动和被动土压力所需的位移发挥主动和被动土压力所需的位移 表5-4 21最新课件二、基坑工程中的土压力计算方法1.水土分算与合算 按水土分算原则计算土压力时，可采用式（5-3）、（5-4）进行计算aaiiaKcKhqp2)(ppii
11、pKcKhp2（5-3）（5-4）ap0ap：计算点处的主动土压力强度（kPa），时；pp：计算点处的被动土压力强度（kPa），0api：计算点以上各土层的重度（kN/m）;地下水位以上取天然重度，地下水位以下取水下重度：地面超载，一般可取20kPaqih：各土层的厚度（m）aK：计算点处土的主动土压力系数，)245(tan2aKpK：计算点处土的被动土压力系数，)245(tan2pK,c：计算点处的抗剪强度指标式中：22最新课件 按水土合算原则计算土压力时，地下水以下部分的土压力按式（5-5）、（5-6）进行 计算。aaisatakckhHqp2)(1ppisatpkckhHqp2)(1（5
12、-5）（5-6）式中：），其余符号同前土约天然重度（）土层的饱和重度（）处各土层的厚度（地下水位以下到计算点）度（地下水位以上土层的厚331/k:/k:m:mNmNmhHsati23最新课件 图5-13 土压力计算a)水土分算；b)水土合算24最新课件2.有渗流时水压力计算 采用采用流网法计算水压力时，应先根据基坑的渗流条件作出如图5-14所示的流网图，而作用在墙体不同高程z处的渗透水压力可用其压力水头形式表示：)(0zhhpww（5-7）式中：为计算点渗透水头和总压力水头h的比值，从流网图上读出：h为坑底水位高程。图5-14 流网及水压力计算a)流网图；b)水压力分布图1-墙后静水压力线；2
13、-墙前静水压力线；3-墙后渗透压力线；4-墙前渗透压力线；5-墙前后渗透压力线25最新课件本特汉森法为一种近似计算方法，水压力分布如图5-15所示。在主动侧的水压力低于静水压力，位于坑内地下水位高程处的修正值为：wwawhip1（5-8）修正后基坑内地下水位处的水压力可按式（5-9）计算。11wwwwphp（5-9）式中：.:-:7.0:212121111）高度（下水位至围护墙底端的基坑外侧、基坑内侧地、），差（基坑内、外侧地下水位，取基坑外的近似水力坡降）压力修正值（基坑内地下水位处的水）压力值（基坑内地下水位处的水mhhhhhmhhhhhiikPapkPapwwwwwwwwwwwaww26
14、最新课件 图5-15 本特汉森法计算水压力27最新课件在主动侧墙底的修正后水压力为：11phww其中修正值可按式（5-10）和式（5-11）计算11wwahip（5-10）22wwphip（5-11）两侧水压力相抵后，可得围护墙底端的水压力：）（）2122112-(pphphphpwwwwwww（5-12）即围护墙底端处水压力值为：22-wwwwphp（5-13）2122121220.7,wwwwppwwpwwawwhhhhiihrihripppkPap水利坡降，：基坑内被动区的近似即：）的修正值（：围护墙底端处水压力式中：28最新课件 图5-16 围护墙水压力计算的经验方法a)水平力分布；b
15、)水压力与渗径的直线比例关系29最新课件3.地面超载作用下的土压力计算 图5-17 局部均布荷载作用下Rankine土压力计算图示图5-18 地表局部均匀荷载作用下的土压力计算图示)2cossin(2qPH，以弧度计：见图、）地表局部均布荷载（）附加侧向土压力（式中：18-5:kPaqkPaPH30最新课件4.相邻条形基础荷载作用时的土压力计算）围护墙体高度（：相邻基础底面以下的见图、的比值，、：分别为）均布荷载（：相邻基础地面处的线式中：当当mHZaHZHanmkNQnmnmHQPmnnHQPmSSSLSLHSLH18-5,m/)(4,4.0)16.0(203.0,4.0222222图5-1
16、9 相邻基础荷载引起的侧向土压力计算图示31最新课件5.非极限状态的土压力计算主动土压力的提高值介于ka与k0之间，当沉降有严格限制的建筑物或地下管线位于区范围时，采用k0计算土压力；位于区范围时，采用 计算土压力。akk 021图5-20 采用提高主动土压力的场地工程条件有关静止土压力系数、均与被动土压力系数、）取（：被动极限时的位移值：容许的位移值：被动土压力折减系数式中：其中：:0.040.02)175()(2)175()(a05.02KKhSSCaSSSSXKXKKKCppaPpapaPpPapaP32最新课件三、基坑开挖支护中的土压力特点与分布规律图5-21 基坑开挖土压力发展阶段3
17、3最新课件图5-22 四种类型围护结构土压力示意图a)无支撑围护（下端固定）；b)单道顶撑围护（下端固定）；c)单道顶撑固定；d)多支撑围护34最新课件第四节第四节 支护结构选型与设计支护结构选型与设计 支护结构：支护结构：基坑工程中采用的围护墙、支撑（或土层锚杆）、围檩、防渗帷幕等结构体系的总称，主要包括围护结构和支撑结构体系。支护结构的设计包括：支护结构的设计包括：围护结构的插入比、支撑的设置、结构配筋。设计需考虑因素：设计需考虑因素：稳定性验算、支护结构强度设计和基坑变形计算。35最新课件一、围护结构类型一、围护结构类型现浇地下连续墙1.1.地下连续墙：地下连续墙：图5-23 地下连续墙
18、施工流程（以液压抓斗式成糟机为例）(a).准备开挖的地下连续墙沟槽；(b).用液压成槽机进行沟槽开挖；(c).安放锁口管；(d).吊放钢筋笼；(e).水下混凝土浇注；(f).拔除锁口管；(g).已完工的槽段36最新课件现浇地下连续墙图5-25 现浇地下连续墙槽段形式示意图口型槽段T型槽段一字型槽段转角槽段口型槽段37最新课件预制地下连续墙图5-26 预制地下连续墙平面示意图38最新课件排桩围护体是利用常规的各种桩体，例如 钻孔灌注桩、挖孔桩、预制桩、SMW工法桩（型钢水泥土搅拌桩）等，按一定间距或连续咬合排列形成的地下挡土结构。2.2.排桩：排桩：图5-27 排桩围护体的常见形式(a)(b)(
19、c)(d)(e)(f)39最新课件图5-28 排桩围护体的止水措施搅拌桩旋喷桩搅拌桩灌注桩搅拌桩搅拌桩搅拌桩(a)(b)(c)(d)(e)(f)排桩围护体与地下连续墙相比，其优点在于施工工艺简单，成本低，平面布置灵活，缺点是防渗和整体性差，一般适用于中等深度的基坑围护。40最新课件与地下连续墙、灌注排桩相比，型钢水泥土搅拌墙的刚度较低，基坑开挖时常常会产生相对较大的变形，在对周边环境保护要求高的工程中，例如基坑紧邻运营中的地铁隧道、历史保护建筑、重要地下管线等，应慎重选用。3.3.型钢水泥土搅拌墙（型钢水泥土搅拌墙（SMWSMW）：）：图5-29 型钢水泥土搅拌墙(1)型钢密插型(2)型钢插二
20、跳一型(3)型钢插一跳一型41最新课件钢板桩具有轻型、施工快捷的特点；基坑施工结束后钢板桩可拔除，循环利用，经济性较好；在防水要求不高的工程中，可采用自身防水；防水要求高的工程应设置隔水帷幕。4.4.钢板桩围护体：钢板桩围护体：图530 常用的钢板桩断面形式U型Z型直线型CAZ型bbbbbbbtttsshhhyy42最新课件5.5.钢筋混凝土板桩围护墙；钢筋混凝土板桩围护墙；6.6.水泥土重力式围护墙；水泥土重力式围护墙；7.7.土钉墙支护：土钉墙支护：图5-31 钢筋混凝土板桩围护墙立面图 图5-32 土钉墙的基本形式硬 木 块打 桩 帽地 坪基 底配筋混凝土面板固定钢筋混凝土喷射面层土钉4
21、3最新课件二、二、支撑结构体系支撑结构体系内支撑结构体系：内支撑结构体系：图5-33 内支撑系统示意图 图5-34多层平面支撑体系44最新课件内支撑结构体系：内支撑结构体系：图5-35 钢筋混凝土支撑及立柱 图5-36钢支撑45最新课件三、三、支护结构的稳定性验算支护结构的稳定性验算整体稳定性验算；整体稳定性验算；围护墙体抗倾覆稳定验算；围护墙体抗倾覆稳定验算；围护墙底面抗滑移验算；围护墙底面抗滑移验算；基坑围护墙前抗隆起验算；基坑围护墙前抗隆起验算；抗竖向渗流验算。抗竖向渗流验算。46最新课件整体稳定性验算：整体稳定性验算：图5-37 瑞典条分法ninniiiiTlctgNK111法向分力切
22、向分力圆弧段土摩擦角及黏聚力圆弧段段长iNiTiic,il47最新课件围护墙体抗倾覆稳定验算：围护墙体抗倾覆稳定验算：图5-38 重力式围护结构抗倾覆计算简图sRqMMK wwaasZFZFMh0DZpq坑底ABERFaZaFwZwGkFp2/BGZFMkppRMs倾覆力矩(kNm/m)Fa坑外侧土压力(kN)Fw水压力(kN)MR倾覆力矩(kNm/m)Gk水泥土围护墙自重Fp被动侧压力(kN)(kN)48最新课件围护墙体抗倾覆稳定验算：围护墙体抗倾覆稳定验算：图5-39 板式支护结构抗倾覆稳定性计算简图OCRCQMMK/ppRCZFMaaOCZFM抗倾覆力矩：倾覆力矩：49最新课件抗滑移稳定
23、性验算：抗滑移稳定性验算：图5-40 抗滑移稳定性验算计算简图h0DZpq坑底ABERFaZaFwZwGkFpapkHLFFBcGK00tan墙体滑动力墙体抗滑力Gk墙体自重0B(D+H0)；B 墙宽(m)；0墙体平均重度kN/m3；0,c0 墙底土层的内摩擦角（）和粘聚力（kPa）；KHL墙底抗滑安全系数50最新课件抗隆起稳定分析：抗隆起稳定分析：图5-41 地基承载力模式抗隆起分析qDHcNDNKcqa12)245(2tgeNtgqtgNNqc)1(tgNNeNqctgq11245cos212243底面光滑：底面粗糙：51最新课件抗隆起稳定分析：抗隆起稳定分析：图5-42 圆弧滑动的抗隆起
24、分析a2a1hh0DqRLLSLMKM123RLaMR K tgR tgR c2SL01M=(+q)2rhD抗滑动力矩：隆起力矩：52最新课件抗隆起稳定分析：抗隆起稳定分析：220102122111()(sincossincos)22frhRDqhD qaaaaaa333211(coscos)3rDaa22212111(sin2sin2)22fRD qaaaa3222211211sincossincos2(coscos)3rDaaaaaa23021()Rh Daa D00fqhq坑外地表至围护墙底，各土层自然重度的加权平均值；D 围护墙在基坑开挖面以下的入土深度(m)；Ka主动土压力系数;,c
25、围护墙底地基土内摩擦角（）和粘聚力（kPa）；h0基坑开挖深度(m)；h0最下一道支撑距地面的深度(m)；a1最下一道支撑与基坑开挖面之间的水平夹角（）；a2 以最下一道支撑为圆心的滑裂面圆心角（）；q坑外地面荷载(kPa);KL抗隆起安全系数式中：53最新课件抗渗透稳定性分析：抗渗透稳定性分析：图5-43 抗渗流稳定性计算图式iiKcShwhOD)1/()1(eGiscLhiw/KS抗渗流或突涌稳定性安全系数；ic坑底土体的临界水力坡度，根据坑底土的特性计算；GS 坑底土的比重；e坑底土的天然孔隙比;i坑底土的渗流水力坡度；hw基坑内外土体的渗流水头(m)；L最短渗径流总长度(m)；L=Lh
26、+mLv;Lh渗径水平段总长度(m)；Lv渗径垂直段总长度(m);m 渗径垂直段换算水平段的系数。54最新课件抗渗透稳定性分析：抗渗透稳定性分析：不透水层承压水层wyczyppK/图5-44 抗突涌稳定性计算图式Ky抗承压水头稳定性安全系数；pcz基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重应力(kN/m2)；pwy承压水层的水头压力(kN/m2)；55最新课件四、四、支护结构的内力计算支护结构的内力计算挡土结构的内力计算：挡土结构的内力计算：图5-45 弹性地基梁法计算简图B2 EAK=L SBK内支撑的压缩弹簧系数（kN/m/m）与支撑松弛有关的折减系数，一般取0.51.0；混凝土支撑或钢支
27、撑施加预应力时，取=1.0S支撑的水平间距（m）k bhHHKVVk bhK 基坑开挖面以下，水平弹簧支座和垂直弹簧支座的压缩弹簧刚度KH和KV，可按下式计算56最新课件挡土结构的内力计算：挡土结构的内力计算：图5-46 明挖法车站围护结构计算工况简图 57最新课件挡土结构的内力计算：挡土结构的内力计算：（1）第一步开挖；（2）第二步开挖；（3）第三步开挖；（4）第四步开挖图5-47 总量法计算图式 58最新课件挡土结构的内力计算：挡土结构的内力计算：（1）第一步开挖；（2）第二步开挖；（3）第三步开挖；（4）第四步开挖图5-48 增量法计算图式59最新课件水平支撑体系内力计算：水平支撑体系内
28、力计算：对于十字交叉对撑的钢筋混凝土支撑或钢支撑，内支撑主要受轴力作用，其轴力即为弹性地基梁计算得到的内支撑点处的弹性支座反力。对于较复杂杆系结构的水平支撑系统，可将弹性地基梁计算得到的内支撑点处的弹性支座反力作用于由水平支撑构件和围檩组成的水平支撑系统上，采用空间杆系模型即可计算得到水平支撑体系的变形和构件内力。计算时需添加适当的约束，一般可考虑在结构上施加不交于一点的三个约束链杆，见下图。围檩约束链杆图5-49 水平支撑系统内力计算示意图60最新课件竖向支承系统：竖向支承系统：钢立柱的可能破坏形式有强度破坏、整体失稳和局部失稳破坏等几种。基坑施工阶段，应根据每一施工工况对立柱进行承载力和稳
29、定性验算。钢立柱在实际施工中不同程度存在水平定位偏差和竖向垂直度偏差等，因此应按照偏心受压构件验算一定施工偏差下钢立柱的承载力，以确保足够的安全度。立柱桩的设计计算方法与主体结构工程桩相同，可按照国家标准或工程所在地区的地方标准进行。61最新课件五、基坑变形与计算五、基坑变形与计算围护墙体水平变形：围护墙体水平变形：图5-50 围护结构变形形态（a）悬臂式位移；（b）抛物线型位移；（c）组合位移 水平位移水平位移水平位移三角形沉降维护墙支撑墙趾未进入硬土层而产生的墙趾位移梯形沉降边界沉降(a)(b)(c)62最新课件围护墙体竖向变形：围护墙体竖向变形：围护结构上升或下沉导致的围护结构本身、与立
30、柱之间的差异下沉会产生较大的危害，如冠梁拉裂、楼板或梁系出现裂缝等，设计和施工时应引起足够的重视。坑底隆起变形：坑底隆起变形：弹性隆起塑性隆起(a)(b)图5-51 基坑隆起变形地表变形：地表变形：0wVmaxS2x（地表最大沉降）63最新课件第五节第五节 主体结构设计主体结构设计主要任务：确定主体结构材料和尺寸满足使用阶段的耐久性要求。主体结构尺寸的拟定是在满足建筑限界和建筑设计、施工工艺及其它使用要求的基础上，考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降等因素，根据地质和水文资料、车站埋深、结构类型、施工方法等条件经过计算确定。主体结构的截面大小应根据各结构构件按最不利荷载组合进行承载能力极
31、限状态和正常使用极限状态验算，同时进行结构刚度、稳定性和抗浮计算，对钢筋混凝土构件尚应进行抗裂和裂缝开展宽度验算。64最新课件一、构造要求一、构造要求顶板和楼板：顶板和楼板：（C）无梁楼盖图5-52 典型楼盖示意图65最新课件底板：底板：底板主要按受力和功能要求设置，几乎都采用以纵梁和侧墙为支承的梁式板结构，因为这有利于整体道床和站台下纵向管道的铺设。埋置于无地下水的岩石地层中的明挖车站可不设置受力底板，但铺底应满足整体道床的使用要求。侧墙：侧墙：侧墙可采用以顶、底板或楼板为支承的单向板，当围护结构采用地下连续墙或钻孔灌注桩时，可利用它们作为主体结构侧墙的一部分或全部，该种结构形式在目前的地铁
32、车站结构设计中应用较广泛。立柱：立柱：明挖车站的立柱一般采用钢筋混凝土结构，可采用方形、矩形、圆形或椭圆形等截面。按常荷载设计的地铁车站的柱距一般取68m。当车站与地面建筑合建或为特殊荷载控制设计，柱的设计荷载很大时，可采用钢管混凝土柱或劲性钢筋高强度混凝土柱。66最新课件二、主体结构设计荷载二、主体结构设计荷载 表5-5 荷载分类表（建筑结构荷载规范）荷载分类荷载分类荷载名称永久荷载永久荷载结构自重永久荷载地层压力隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力混凝土收缩及徐变影响力预加应力设备重量地基下沉影响力可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及其冲击力地面车辆荷载引起的侧向土压力地下铁道车辆荷载及
33、其冲击力人群荷载其他可变荷载温度影响力施工荷载偶然荷载地震荷载沉船、抛锚或河道疏浚产生的撞击力等灾害性荷载67最新课件三、主体结构内力计算三、主体结构内力计算 图5-53 主体结构内力计算的荷载结构模型68最新课件 图5-54 主体结构内力图（弯矩单位：kNm，轴力单位：kN，剪力单位：kN）a)弯矩图；b)轴力图；c)剪力图69最新课件四、主体结构抗浮计算四、主体结构抗浮计算 城市不计侧壁摩阻力时计入侧壁摩阻力时说明上海地铁1.051.10摩阻力采用值根据实践经验决定，考虑软黏土的流变特性，一般取极限摩阻力的一半广州、南京、深圳、北京地铁1.051.15表5-6 我国各城市地铁采用的抗浮安全
34、系数浮侧摩阻力结构填土浮FFGGK图5-55 考虑围护结构侧摩阻力的抗浮计算图示70最新课件第六节第六节 支护结构与主体结构相结合支护结构与主体结构相结合的结构设计的结构设计从构件相结合的角度而言，分为侧墙与围护墙体相结合、主体结构的梁板构件与水平支撑体系相结合、结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合。一、支护结构与主体结构相结合的类型一、支护结构与主体结构相结合的类型71最新课件 图5-56 地下连续墙的结合方式a)单一墙；b)复合墙；c)叠合墙侧墙与围护墙体相结合侧墙与围护墙体相结合主体结构结合部地下连续墙衬垫材料地下连续墙主体结构主体结构72最新课件 水平结构构件与支护结构相结合水平结
35、构构件与支护结构相结合结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合托梁临时钢支柱临时钢支柱临时钢支柱永久钢支柱临时钢支柱托梁托梁托梁以上结构柱托梁托梁以上结构柱后浇筑结构柱临时钢立柱临时钢立柱临时钢立柱永久钢立柱临时钢立柱后浇筑结构住一柱二桩一柱三柱图5-57 一柱多桩布置示意图73最新课件二、二、支护结构与主体结构相结合的支护结构与主体结构相结合的结构设计内容与方法结构设计内容与方法 当围护结构与主体结构的侧墙共同承担使用阶段的外荷载时，应考虑侧墙与围护墙体相结合后共同作用的效果。由于地下连续墙作为永久结构的一部分或全部，直接承受使用阶段主体结构的垂直荷载
36、，因此尚应进行地下连续墙的承载力及沉降计算。侧墙与围护墙体相结合侧墙与围护墙体相结合 水平结构构件除应满足地下结构使用期设计要求外，尚应进行各种施工工况条件下的内力、变形等计算，作为施工通道的顶板，应考虑土方工程施工机械的巨大动荷载作用。水平结构构件与支护结构相结合水平结构构件与支护结构相结合74最新课件 活 载 P 2(施 工 车 辆荷 载 或 施 工 荷 载）覆 土 重+自 重a 2（活 载 作 用）a 1（静 载 作 用挖 开 控 至 楼 板 底p 1活 载 P 2（施 工 荷 载）自 重b 2（活 载 作 用）b 1（静 载 作 用）开 挖 至 底 板 底p 1p 2自 重c 2（活
37、载 作 用）c 1（静 载 作 用）封 底d 2（活 载 作 用）d 1（静 载 作 用）平 时 使 用 荷 载 作 用 时汽 车 荷 载 P 2人 群 荷 载 P 1面 层 重道 床 重活载产生的土压力s1不平衡水土压力s1土体卸载水土压力增重s1汽车荷载产生的土压力s1图5-58 逆作法施工的结构内力计算模型75最新课件 当结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合时，内力计算方法及图示如前图所示，此时应分析不同施工阶段立柱的最不利工况荷载，对其竖向承载力、整体稳定性以及局部稳定性等进行计算；立柱桩的承载能力和沉降均需要进行计算。主体结构永久使用阶段，应根据该阶段的最不利荷载，对立柱外包混凝
38、土后形成的劲性构件进行计算；兼做立柱桩的主体结构工程桩应满足相应的承载能力和沉降计算。结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合76最新课件三、结构构造要求三、结构构造要求 作为永久结构一部分的围护墙还涉及与主体结构构件连接、墙体在正常使用阶段的整体性能、与主体结构的沉降协调等一系列问题，需要采用一整套的设计构造措施，以满足正常使用阶段的受力和构造要求。叠合式结构设计中先期修建的连续墙与顶、楼、底板等水平构件的连接一般有两种构造方案：（1）在连续墙内预埋弯起钢筋，将其扳直后与水平构件的内外层主筋搭接（或焊接），浇筑混凝土后水平构件与连续墙连成一体，并通过墙
39、上预留的凹槽传递竖向剪力。为了防止钢筋弯折时脆断，预埋钢筋必须采用韧性较好但强度较低的HPB235钢，且直径不宜太大，间距不能太小（一般选用直径小于22mm，间距大于150mm的单排筋）。（2）通过事先埋在连续墙内的钢筋连接器（接驳器）与水平构件的主筋连接。接驳器实际为一套管，内腔为锥形，一端与连续墙内的锚固筋连接，预埋在墙内，另一端加保护帽后露在墙上预先设置的凹槽内，基坑开挖后，打开保护帽即可方便地将头部车有锥螺纹的水平筋旋入接驳器内。由于接驳器能可靠地传递拉力，并通过墙上预留的凹槽共同传递竖向剪力，故此种接头可视为刚接。侧墙与围护墙体相结合侧墙与围护墙体相结合77最新课件 当水平结构构件与
40、支护结构相结合时，应考虑水平结构与围护结构的连接方式。当结构梁板与可作为永久结构一部分或全部的围护墙体连接时，可根据实际情况采用多种连接方式，如可在地下连续墙内预埋钢筋接驳器与梁连接，预埋钢筋与板连接；或在结构楼板周边设置边环梁，边环梁通过地下连续墙内的预埋钢筋与地下连续墙连接，结构梁板与边环梁整体浇筑等。当围护体仅作为临时结构时，围护墙和结构外墙两墙分开，此时逆作的施工工艺要求结构外墙只能顺作；从结构受力、构造要求以及防水的角度出发，结构外墙与相邻结构梁板须整体连接，二者一次浇筑施工，这就要求逆作施工地下各层结构的边跨位置必须内退结构外墙一定的距离，逆作施工结束后，结构外墙与相邻的结构梁板一
41、道浇筑，而临时围护体与内部结构之间必须设置可靠的水平传力支撑体系水平结构构件与支护结构相结合水平结构构件与支护结构相结合78最新课件 水平结构构件与支护结构相结合水平结构构件与支护结构相结合永久钢立柱边梁首层结构梁板压顶圈梁边梁边跨临时钢立柱混凝土型钢组合支撑后施工结构外墙混凝土压顶梁埋件预埋型钢预留框架梁钢筋圆柱头焊钉满焊围护桩10满焊10梁高AA（a）平面图 （b）剖面图图5-59 临时围护体与顶层结构连接图79最新课件 水平结构构件与支护结构相结合水平结构构件与支护结构相结合（a）平面图 （b）剖面图图5-60 临时围护体与地下一层结构连接图永久钢立柱边梁止水帷幕钻孔围护桩混凝土围檩地下
42、一层结构梁板边梁边跨临时钢立柱混凝土型钢组合支撑后施工结构外墙围护桩型钢支撑预埋型钢预留框架梁钢筋圆柱头焊钉混凝土围檩满焊满焊10埋件A-A梁高AA80最新课件 竖向支承系统立柱与结构梁板节点的设计，应保证节点在基坑逆作施工阶段能够可靠地传递结构梁板的自重及各种施工荷载，并保证在永久使用阶段外包混凝土形成劲性柱后，节点质量和内力分布满足主体结构的受力要求。结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合结构竖向构件与支护结构竖向支承系统相结合图5-61 钢管混凝土立柱的传力钢板连接构造示意图81最新课件 图5-61 角钢格构柱与结构梁板的连接方式82最新课件第七节第七节 盖挖法施工的车站结构设计盖挖法
43、施工的车站结构设计 盖挖法施工是首先修筑地下结构的顶板或临时路面盖板，然后在其遮护下修建地下结构其它部分的半明挖施工方法的通称。按其主体结构的施工顺序，盖挖法可分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法等。在路面交通不能长期中断的道路下修建车站主体结构时，可考虑采用盖挖顺作法，该方法系在现有道路上，按结构所需宽度，由地表面完成基坑围护结构和桩柱后，以定型的预制标准路面覆盖结构（包括纵、横梁和路面板）置于基坑围护结构上维持交通，往下进行开挖和加设横撑，直至结构底板设计标高。然后由下而上施工主体结构和防水层，最后恢复道路。当开挖较大、覆土较浅、周围有临近的建筑物时，为尽量防止因基坑开挖而引起邻近建筑物的变形或沉陷，或需尽早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工，即利用主题结构顶板作为横撑，在顶板覆盖下自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。83最新课件
