开题报告-上海地铁8号线龙阳湖车站地下结构设计.doc

毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 学 号： 所在学院： 交通学院 专 业： 城市地下空间工程 设计(论文)题目：上海地铁8号线龙阳湖车站 地下结构设计 指导教师： 2013年4月1日1开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1地铁简介地下铁道，简称地铁。为了减少大城市地面交通拥挤而在地下修建的一种专门铁道。地下铁道一般都用电力机车牵引，以减少废气、噪声污染。地下铁道的线路一般都采用混凝土灌注的整体道床，以减少维修工作的困难。同时道床较薄，无需更高的净空高度，土石方工程量也随之减少。地下温差小，地铁一般采用无缝线路。地铁车站一般都装饰的较华丽，有供旅客活动得足够面积和上到地面的阶梯。地铁主要是由线路、列车、车站等组成的交通体系。此外还有供电、通信、信号、通风、照明、排水等系统。地铁线路由路基与轨道构成，轨道与铁路轨道基本相同，它一般采取较重型的钢轨地铁列车均采用由电力动车组成的动车组。地铁车站是列车到发和乘客集散的场所，一般建在客流量较大的集散地。地铁行车信号采用轨道电路自动闭塞信号和电气集中设备，地铁运营的基本要求是快速、准确、安全、舒适、有秩序的运送乘客。地铁车站是列车到发和乘客集散的场所，一般建在客流量较大的集散地。1.2国内外地铁发展世界上第一条地铁于1863年诞生于英国首都伦敦。19世纪末，相继有芝加哥、布达佩斯、格拉斯哥、维也纳和巴黎5座城市修建地铁。20世纪上半叶，柏林、纽约、东京、莫斯科等12座城市也先后修建地铁。20世纪80年代中期，全世界地铁运营里程总计超过3000千米。中国于1965年开始修建北京地下铁道。天津和上海也分别于70年代初和80年代初开始修建地铁。至2000末，我国地下运营里程达到143.4km。其中前15个城市的规划总长度为2500km。另外还有一些大城市已提出目标，未来轨道交通承担的客运量要占全市客运量的30%40%。我国城市轨道交通发展的前景是宏大的。中国人口众多，目前百万人以上大城市有36座之多，50万到100万人口间的大城市有43座。当前中国有很多大城市为了改善城市交通问题，都纷纷策划修建大、中运量的地铁或轻轨交通项目。1.3地铁车站构造组成 地铁车站通常由车站主体（站台、站厅、设备用房、生活用房），出人口及通道，风道及地面通风亭等三大部分组成。 车站主体是列车在线路上的停车点，其作用既是供乘客集散、候车、换车及上、下车；又是地铁运营设备设置的中心和办理运营业务的地方。 出入口及通道（包括人行天桥）是供乘客进、出车站的建筑设施。 通风道及地面通风亭的作用是保证地下车站有一个舒适的地下环境。1.4地铁车站结构形式（1）按功能划分：一般车站、换乘车站、设置有配线的车站。（2）按站台形式分：岛式站台车站，站台位于两条线路之间，可以调节上下行不均衡的客流，充分利用站台面积，便于管理，应用比较广泛。侧式站台车站，站台位于两条线路外侧，须分别设置两个站台。混合式车站，一个车站内既有岛式站台，又有侧式站台，它们之间用天桥或地道相连，仅为多线车站所使用。（3）按构筑形式分：地下站，地面站（如南京的安德门站），高架站（中华门站、迈皋桥站）。其中以地下站居多，地面站、高架站较少。1.5结构设计计算原理1.5.1计算模型 （1）荷载结构法采用作用反作用模型,例如弹性地基框架、弹性地基圆环(全部支撑或部分支撑)等，这种模型亦可称为荷载结构模型，或简称结构力学方法。荷载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，区别是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。弯矩分配法矩形结构多用于浅埋、明挖法施工的地下结构，对于底宽不大、底板相对地层有较大的刚度时，一般地基反力按直线分布，可以由静力平衡方程求出。计算模型如图1-1。弹性地基梁法弹性半无限平面地基上的闭合框架底板可视为组合弹性地基梁，如图1-2。边墙底及梗肋段为刚度无限大的刚性梁；立柱底端及梗肋亦为刚度无限大的刚性梁；中间段底板为定长度或无限长度的弹性地基梁。立柱刚度较小，可视为两端铰接的压杆。计算时沿纵向取一单位宽作为计算单元，对地基也截取相同的单位长度，并把它看作是一个弹性半无限平面。 图1-1弯矩分配法计算模型 图1-2弹性地基梁法计算模型 （2）地层结构法地层结构模型的计算理论即为地层结构法。其原理是将衬砌和地层视为整体，在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层的内力，并据以验算地层的稳定性和进行构件截面设计。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。与荷载结构法相比，地层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以及周围地层的变形更能符合工程实际。但是由于周围地层以及地层与结构互相作用的模拟的复杂性，地层结构法处于发展阶段，在很多工程应用中，仅作为一种辅助手段。不过随着今后的研究和发展，地层结构法将会得到广泛应用和发展。因车站主体是一个狭长的建筑物，纵向很长，横向相对尺寸较小。车站纵向取每米范围内的结构作为计算单元，作为平面应变问题来近似处理，考虑地层和结构的共同作用，采用荷载结构模型进行分析。1.5.2荷载类型（1）永久荷载 包括结构自重、覆土重、水土侧压力、上部建筑物重量、设备重量、水反力、混凝土收缩及徐变影响力、侧向地层弹性抗力和地基反力等。（2）可变荷载基本可变荷载：地面车辆荷载、人群荷载、地铁列车荷载等。其它可变荷载：温度影响力、施工荷载等。（3） 偶然荷载 地震荷载、人防荷载。1.6地铁车站施工1.6.1施工方法地铁车站按施工方法分为明挖、盖挖、暗挖。（1）明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术，主要技术难点在于对基坑周围原状十的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。但其缺点也是明显的，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。（2）盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。（3）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。针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层和软弱破碎岩层，采用浅埋暗挖法。当在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道时，盾构法有较高的技术经济优越性。车站结构施工方法，应根据车站范围内的工程地质和水文地质勘探资料、周围环境及交通等情况进行技术、经济综合比较后选择。 当车站结构施工对地下构筑物、地下管线及地面交通影响不明显，具备明挖施工场地条件的车站，宜采用明挖顺作法施工；地面交通需要尽快恢复时，宜采用盖挖顺作法、盖挖逆作法或盖挖半逆作法施工。 当车站位于较完整的岩石地层且地下水不发育，或由于站位交通繁忙、施工场地狭窄，不允许中断交通及车站采用明挖法施工对地下构筑物、地下管线的影响难以解决等因素，不宜采用明挖法施工的车站，方可采用暗挖法施工。目前地铁车站通常采用矿山法。 矿山法施工应根据工程地质及水文地质条件、车站结构类型、横断面大小、埋深情况（深、浅埋）、覆跨比、周围环境情况、施工条件等因素经多方案技术经济比较确定。应选择风险小、地面沉降易于控制、造价较低的施工方法。常用的施工方法有台阶法，中壁法（CD法）、中壁隔墙法（CRD法），中洞法、侧洞法、柱洞法等。 当软弱围岩或浅埋暗挖车站隧道，开挖前应对地层进行预加固和预支护，以提高周围地层的稳定性。其方法可选择小导管超前预注浆、开挖面深孔注浆、管棚钢架超前支护等辅助施工措施。根据工程地质及水文地质条件、覆土厚度、周围环境情况、开挖方式、进度要求、机械配套情况选择一种或几种措施并用。1.6.2施工组织设计原则（1） 合理划分车站结构施工区段及结构施工顺序，确保结构受力条件和防水效果，同时，结构与开挖施工密切配合，加快施工进度。 地下工程结构应根据工程地质及水文地质条件，结合环境影响和使用要求等因素，通过综合分析比较，选择安全可靠、经济合理、方便施工的结构形式和施工方法。（2）结构的净空尺寸应满足建筑限界及其它技术使用要求，并应考虑施工误差、结构变形及后期可能发生沉降的影响。（3）施工中将施工缝、沉降缝、变形缝作为防水重点，确保其施工质量。对模型支撑系统的刚度、强度、稳定性事先进行检算，确保模型、支撑系统刚度、强度、稳定性满足。地下结构的变形缝应尽量少设，暗挖车站主体结构一般不设变形缝；但在明暗挖交界处、结构型式、地基基础及荷载发生显著变化部位，则设置变形缝。结构按施工阶段和正常使用阶段进行强度、刚度、稳定性计算，保证结构在施工及运营期间有足够的强度、刚度和稳定性。钢筋混凝土结构还应进行裂缝宽度检算。（4）从第一道工序到最后一道工序，及砼施工牵涉到的每一个施工环节，都要对保证砼密实度及控制砼开裂的措施重点设计、严格执行。地铁从既有构筑物下面通过时，设计应采取有效措施，确保构筑物的安全及使用功能不受影响。（5）混凝土采用商品混凝土，利用混凝土输送车运输，采用混凝土输送泵入模，平板振动器配合插入式捣固棒捣固混凝土。（6）地下结构满足建筑防(火)灾的要求，结构防水等级及标准。（7）地下工程结构设计必须以地质勘察资料为依据。设计时应根据结构或构件类型、使用条件及荷载特性等，选用与其特点相近的结构设计方法。新奥法施工的隧道设计参数可按工程类比或理论计算进行确定，并依信息反馈进行设计修正。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王梦恕.隧道与地下工程技术及其发展M.北京交通大学出版社，2004.10周晓军，周佳媚.城市地下铁道与轻轨交通M.成都:西南交通大学出版社，2008.11张庆贺等，地铁与轻轨，2版，北京：人民交通出版社，200612陈国兴等，基础工程学，中国水利水电出版社，200213陈国兴等，土质学与土力学，北京：中国水利水电出版社，200214朱合华等，地下建筑结构，中国建筑工业出版社，201015王明敏.城市地铁车站结构设计J.甘肃科技，2009,25（2）：123125.16李志业.地下结构设计原理与方法M.成都：西南交通大学出版社，2003.17张洋.城市地铁车站结构设计浅析J.中国勘察设计，2011,（4）：5153.18施仲衡.地下铁道设计与施工M. 成都：西南交通大学出版社，1999.19姜玉松.地下工程施工技术M.武汉:武汉理工大学出版社，2008.20杨其新，王明年，地下工程施工与管理，2版，西南交通大学出版社，2009 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1概述2.1.1工程概况 本车站沿长阳路下布置，东西向横跨大连路。该站为岛式站台，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。有效站台宽度10m，长度139.4m。车站全长约165.5m，顶板覆土2.5m，采用明挖法施工。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。2.1.2工程地质条件 根据钻探野外观察、原位测试和室内试验数据等资料，各地基岩土层评价如下： （1）-1 层杂填土：松散稍密，均匀性差，低强度，透水性较强，见于浅部，主要分布于宁六公路范围； （2）-2 层素填土：松散状态，均匀性差，低强度，透水性弱，局部分布； （3）-3 层淤泥：流塑，富含腐植物，强度低，透水性弱，水塘底部分布。 （4）-1cd2-3 层粉土夹粉砂：稍密-中密，该层夹粘性土薄层，强度一般，土性不纯，透水性弱，普遍分布； （5）-1d2-3 层粉砂：稍密-中密，厚度变化较大。该层局部相变为粉土，夹有粘性土薄层，强度不甚均匀。该层赋含地下水且渗透性较强，场区大部分布，南端局部缺失； （6）-1bd4 层淤泥质粉质粘土与粉砂互层：流塑、稍密，其强度不均匀，工程地质性质较差，透水性弱，该层场地大部分范围分布，层顶埋深变化较大； （7）-2a4 层淤泥质粘土：流塑，低强度、高压缩性，夹有粉土、粉砂薄层，该层是场区主要软弱土层，含有机质，透水性微弱，场地普遍分布； （8）-2a3-4 层粘土：软塑-流塑，夹粉土、粉砂薄层，高中压缩性，强度较低，透水性弱，场地普遍分布； （9）-3a2 层粘土：可塑，局部呈软塑状态，强度一般，中压缩性，工程地质性质一般；透水性微弱，场地局部缺失； （10）-4b3 层粉质粘土：软塑，局部可塑，强度一般，粉性重，中压缩性，工程地质一般，透水性弱，主要分布于场地南部； （11）-2d1 层粉砂：密实，局部中密，强度较高，因夹有粘性土薄层，强度不均匀，中等透水性，场区局部缺失； （12）-4e 中粗砂混卵砾石：密实，局部中密，强度较高，夹有粘性土薄层，土质不纯，该层是承压水主要含水层，透水性强，普遍分布； （13）K2c-2 强风化岩：均有分布，非均质，属于极软岩，遇水易软化或崩解；（14） K2c-3 中风化岩：均有分布，欠均质，以砂质泥岩、泥质砂岩为主，局部为泥岩，水的软化作用明显，岩体较完整，为极软岩。 岩土物理力学性质指标如表1-1。表1-1岩土物理力学性质指标本场地为上土下岩地基，基岩层顶埋藏深度基本稳定，上覆土层以砂土、粘性土为主，强度差异大，工程地质性质一般。建筑总平面图如图2-1。图2-1建筑总平面图2.2设计依据及原则2.2.1设计依据（1） 上海市轨道交通8号线龙阳湖车站初步设计文件（2） 上海市轨道交通8号线龙阳湖车站岩土工程勘察报告（3） 由上海市轨道交通8号线工程总体设计组提供的施工图设计技术要求（4） 上海地铁建设有限公司轨道交通8号线项管部业务联系单盾构筹划要求（5） 上海地铁建设有限公司轨道交通8号线项管部业务联系单铺轨基地要求2.2.2设计原则（1）地下车站结构设计，应满足施工、运营、城市规划、防水、防迷流以及人防的有关要求。车站结构设计应符合强度、刚度、稳定性、耐久性、抗浮和裂缝开展宽度验算的要求。（2）地下车站结构设计，必须以地质勘察资料为依据，并考虑不同施工方法对地质勘探的特殊要求。通过施工过程中对地质的直接观察或监控量测反馈进行验证，必要时应根据实际情况修改设计。（3）地下车站结构设计的净空尺寸，应满足地铁建筑限界或其它使用及施工工艺的要求，并考虑施工误差、结构变形及后期沉降的影响。（4）地下车站结构设计，应根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件及城市规划要求，结合周边既有建（购）筑物、地下管线以及道路交通状况等通过对其技术经济、环境影响和使用功能等方面的综合比较，合理的选择施工方法和结构型式。（5）地下车站结构设计，应减少施工和建成后对环境造成不利的影响。（6）地下车站结构设计，宜与车站周围规划中的相关建筑协调统一、同步规划，应考虑设计、施工方案的相互影响。（7）地下车站结构设计，应根据该地区的地震设防烈度、场地条件、结构类型和隧道埋深等因素考虑地震的影响，进行抗震验算，并在结构设计时采取相应的构造措施，以提高结构的整体抗震能力。（8）地下车站结构防水设计，应满足地下工程防水技术规范（GB50108-2001）的规定，遵循“防、排、堵、截相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则。（9）地下车站结构设计，应采取防止杂散电流腐蚀的措施。钢结构及钢连接件，应按有关规范要求进行防锈蚀处理。（10）地下车站结构的所有受力构件，应根据建筑设计防火规范（GBJ 16-87）修订本，1997年版，第2.0.1条和附录二“建筑构件的燃烧性能和耐火极限”的规定要求进行设计。（11）地下车站结构设计，应根据地区城市规划的人防要求，严格按人民防空工程设计规范（GB 50225-95）的规定进行设计。（12）地下车站结构设计，应结合支护结构特点、地质条件、周边既有建（购）筑物、地下管线以及道路状况，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-89）及该地区基坑支护规范（规程）的规定，确定基坑安全等级，提出监测要求，有效控制地表沉降。必要时应采取预加固措施，以确保邻近建筑和重要地下管线的正常使用。（13）地下车站结构设计，可视其使用条件和荷载特性等情况，选用与其特点相近的现行相关结构设计规范.2.3设计方案运用所学的材料力学、结构力学、土力学等力学知识和地基及基础、隧道工程、地下铁道等地下方面的专业知识，结合上海地铁8号线的工程及水文地质条件，按照地下工程的设计理论和施工要求，以地铁设计规范为标准，合理选定建筑设计方案、结构设计方案以及适用的施工方法。本车站结构为二跨或三跨二层钢筋混凝土框架结构，存车线处为单跨一层结构。结构体系为图2-2单柱双跨结构标准断面或图2-3双柱三跨结构标准断面。顶板中板站台板底板底梁顶梁中梁图2-2单柱双跨结构标准断面侧墙风道站台层柱站厅层加腋顶板顶梁站台层底板侧墙底梁风道中梁站台板中板柱站厅层图2-3双柱三跨结构标准断面2.4地下结构计算2.4.1计算内容与计算方法 （1）车站结构荷载计算。（2）结构平面框架内力计算，分竖向荷载作用和水平荷载作用，采用弯矩分配法。（3）基础梁的内力计算，可看作弹性地基梁，本次设计采用的是理正结构工具箱TBS5.62版里面平面钢桁架版块对结构进行内力计算。（4）内力组合。（5）配筋计算。根据有限元分析计算结果进行配筋计算，按承载力要求(基本组合工况）进行初次配筋，再以裂缝控制（标准组合工况）进行检算，调整配筋。2.4.2 作用荷载与结构内力计算 作用荷载有结构自重、覆土重、水土侧压力、地面超载、人群荷载、设备重量。计算时分竣工工况和运行工况。每一种工况都按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行计算。承载能力极限状态最不利荷载组合是基本组合，正常使用极限状态最不利荷载组合是标准组合。（1） 竣工工况，此时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，故不需计算基底水浮力。竣工时，地下连续墙和主体结构的边墙共同承受侧向水土压力，可以按墙的刚度比进行分配侧向水土压力。计算模型简图如图2-4。图2-4竣工工况计算简图（2） 运行工况，此时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，同时此时随着水位的恢复应考虑基底水浮力。计算模型简图如图2-5。图2-5运行工况计算简图2.4.3结构配筋计算取车站纵向长为1m部分作为计算模型。由前面的内力计算可知，各组成部分（顶板、中板、底板及边墙）所受的轴力和弯矩是一个数量级的，因此要将其看作偏心受压的构件进行配筋计算。考虑在长期使用过程中，外部荷载因初期支护