西南交通大学本科毕业设计-地铁车站方向

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文） 成都地铁 7 号线科华南路站结构设计 年 级: 2010 级 学 号: 20100ccc 姓 名: architectural design; structural design; envelope 西南交通大学本科毕业设计(论文) VI 目录 第 1 章 绪 论 . 1 第 2 章 工程概况 . 3 2.1 设计范围 . 3 2.2 环境与地形、地貌 . 3 2.3.1 土层特征 . 3 2.3.2 特殊性岩土 . 5 2.3.3 土层可挖性分级 . 5 2.3.4 岩土工程勘察设计参数 . 6 2.3.5 水文地质 . 6 第 3 章 车站建筑设计 . 11 3.1 设计依据 . 11 3.2 主要设计原则及规定 . 12 3.2.1 主要设计原则 . 12 3.2.2 主要技术标准 . 13 3.3 总平面布置 . 16 3.3.1 站位及站址环境 . 16 3.3.2 规划及管线情况 . 16 3.4 车站建筑布置 . 17 3.4.1 站厅层 . 17 3.4.2 站台层 . 17 3.4.3 通道及出入口 . 18 3.4.4 风亭、冷却塔 . 18 3.4.5 其它附属建筑 . 18 3.5 车站规模 . 18 3.5.1 车站客流及客流组织 . 18 3.5.2 车站站台计算 . 19 3.5.3 车站外包尺寸 . 20 西南交通大学本科毕业设计(论文) VII 3.5.4 车站埋深及高度 . 20 3.5.5 车站内部房间布置内容及面积 . 20 3.6 车站客运机电设备的布置 . 22 3.6.1 楼梯与自动扶梯计算 . 22 3.6.2 电梯 . 22 3.6.3 自动售票机、自动验票机、半自动售票机 . 22 3.6.4 自动检票机 . 23 3.7 防灾、安全设施及人防工程 . 23 3.7.1 防火及防烟分区 . 23 3.7.2 紧急疏散计算 . 23 3.7.3 防洪（涝）措施 . 24 3.7.4 人防措施 . 24 第 4 章 车站围护结构 . 25 4.1 围护结构方案比选 . 25 4.2 围护结构计算 . 25 4.2.1 支护方案 . 26 4.2.2 土压力模型及系数调整 . 29 4.3 设计结果 . 29 4.3.1 结构计算 . 29 4.4 截面计算 . 32 4.5 整体稳定验算 . 34 4.6 抗倾覆稳定性验算 . 34 4.7 抗隆起验算 . 35 4.8 隆起量的计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 5 章 车站主体结构 . 37 5.1 主体结构主要尺寸的拟定原则及拟定 . 37 5.1.1 主要尺寸的拟定原则 . 37 5.1.2 主体结构主要尺寸 . 37 5.2 计算原理 . 37 西南交通大学本科毕业设计(论文) VIII 5.3 荷载及荷载组合 . 38 5.3.1 荷载分类 . 38 5.3.2 荷载组合 . 38 5.4 工程材料 . 39 5.5 方案概述 . 40 5.6 设计流程 . 40 5.7 荷载计算 . 41 5.7.1 垂直荷载计算 . 41 5.7.2 侧向荷载 . 42 5.7.3 荷载计算简图 . 43 5.8 结构内力计算 . 44 5.8.1 荷载基本组合下有限元分析结果 . 45 5.8.2 荷载标准组合下有限元分析结果 . 47 5.8.3 标准断面结构内力 . 50 5.9 结构（墙、板）配筋计算 . 51 5.9.1 车站顶板上缘的配筋计算 . 51 5.9.2 其他板墙的配筋计算 . 54 5.10 中柱的配筋计算 . 56 5.11 纵梁荷载计算 . 56 5.11.1 顶纵梁荷载计算 . 57 5.11.2 中纵梁荷载计算 . 57 5.11.3 底纵梁荷载计算 . 58 5.11.4 纵梁荷载计算见图 . 58 5.12 纵梁内力结算结果 . 59 5.12.1 荷载基本组合下有限元分析结果 . 60 5.12.2 荷载标准组合下有限元分析结果 . 66 5.13 纵梁的配筋计算 . 72 5.13.1 顶纵梁上缘的配筋计算 . 72 5.13.2 顶纵梁上缘箍筋计算 . 73 西南交通大学本科毕业设计(论文) IX 5.13.3 顶纵梁上缘裂缝宽度验算 . 74 5.13.4 顶纵梁上缘箍筋计算 . 74 5.13.5 顶纵梁上缘裂缝宽度验算 . 75 5.13.6 其他纵梁的配筋计算 . 76 第 6 章 结构防水 . 78 6.1 防水设计原则及标准 . 78 第 7 章 施工组织设计 . 80 7.1 主要施工步骤 . 80 7.2 施工组织及进度安排 . 80 7.3 施工场地布置及交通疏解 . 80 7.4 地面、地下管线迁改、防护措施 . 81 7.5 与邻近建（构）筑物的关系及处理方案 . 81 7.6 环境保护措施 . 82 7.7 施工监控量测 . 82 结 论 . 84 致 谢 . 85 参考文献 . 86 西南交通大学本科毕业设计(论文) 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 1 页 第第 1 章章 绪绪 论论 地下铁道（俗称地铁）划归于城市快速滚道交通这一类，此外，地铁还享有“绿 色交通”的美誉。能够赢得这个美誉不仅仅是因为它的大运量，快速，准时，能耗低， 污染少，还包括它提供了一个方便、舒适的乘客的乘车环境优势。人口在世界范围内 大致有向城市集中的趋向，城市化脚步大幅度加快，越来越多的“城市病”现象在大 中型城市中发生，人们常说的“城市病”主要包括以下几个方面：人口集中、住房越 来越难满足人民需要、现有交通阻塞严重、环境污染问题突出、能源越来越少等。地 铁诞生将近 150 年，随着科技的进步，地铁各方面也日渐成熟。机车所用车辆、自动 化控制系统、通信设施和信号系统等技术方面取得了飞速的发展，这些都浓缩了当今 高精尖科学技术发展的背影。所有的事实表明，要想解决大中城市运输问题，必须大 力发展公共交通，而修建地铁正是解决这一问题的根本途径，这也遵守了可持续发展 的原则。 轨道交通（这里指指城市内的）的发展经历了一个曲折的过程，基本上可以分为 以下 4 个阶段。 1.初阶发展阶段，也就是 1863 年1924 年期间 2.停滞收缩阶段，也就是 1924 年1949 年期间 3.再发展阶段（1949 年1969 年） 4.高速发展阶段（1970 至今） ） 1965 七月，中国首次在北京兴建地铁一号线，这是全国第一条，规模宏大，该项 目的第一阶段将达到 22.17km，1971 投产试运营。两个地铁项目已建成通车，连接长 度 16.1km。复一八线西边从复兴门起，东面达到八王坟，长达 13.5km，路线的西段 已于 2002 年贯通，开始试运行。 我国香港地铁有 4 条线，94.9km，44 个站，换乘站 11 个。使用密度高达 10 万人 次/)(dkm。平均每天 223.5 万人次，1999 年圣诞节创新高 300 万人次/d。香港地铁 在 1994 的总收入为 5130000000 港元，不包括折旧，业务发展和财务费用，当年有 1038000000 港元的利润。世界各地的地铁不得不依靠政府补贴，但香港地铁既解决城 市了交通问题，而且还可以创收。 车站构成由简单功能向多目标功能方向发展，国家构筑地铁车站的主要目的是为 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 2 页 了解决城市客运交通问题，如今,人们的物质文化水平已经有了很大的提高，对交通 情况也相应地提出了更高的要求，地铁车站的发展方向是多功能车站。车站的基础配 置也向高科技目标发展，设施日趋完善，新增无人售检票体系、电力监测体系、环境 控制体系、自动扑灭火灾体系等高科技设施，这就对车站建筑设计要求更高，地铁车 站未来的发展方向是现代化和高科技。 主要用作乘客上下车、候车、换乘和集散的结构是地下铁道与轻轨交通车站，这 就是地铁和轻轨交通枢纽，对地铁和轻轨设计的技术要求非常严格，是设计最复杂的 部分。地铁车站的不利特点是：结构功能极其复杂，技术要求难度也相当大，与同长 度区间隧道相比，其造价是后者的 310 倍。 地铁车站设计包括以下几个方面的内容：车站位置和类型、出入口与周围建筑的 关系、站台类型和尺寸、站厅层和站台层在车站中的安排。地铁车站施工的方法主要 有明挖、盖挖和盾构等三种方法，本次设计主要采用的是明挖法施工。 设计过程中参照了国家有关规范，根据所给原始地勘资料，顺利完成了科华南路 站的简单初步结构设计，设计结果符合相关技术要求。本次设计完成的内容主要有以 下几个部分： （1）在原始设计资料的基础上，确定了站的位置，完成车站建筑设计； （2）对车站主体结构进行配筋计算、裂缝验算； （3）车站围护结构设计，配筋计算； （4）完成了施工方法以及防水的设计。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 3 页 第第2章章 工程概况工程概况 2.1 设计范围设计范围 科华南路站是 7 号线的中间站，位于科华南路与金桂路交叉路口，车站主体结构 标准段为地下二层结构。 1）车站主体设计 车站设计分界里程为：YAK19+755.171YAK19+918.928，包括车站主体、车站 附属 （含通道、 出入口、 风道、 风亭） 结构。 本站的有效站台中心里程为 YAK19+835.678。 2.2 环境与地形、地貌环境与地形、地貌 7 号线科华南路站位于科华南路与金桂路交叉路口。厂址位于四川平原西部闽江 河一级阶地，地貌类型属于冲积扇地形，无边无际的平原，很平，仅略有起伏，地面 高程约 491.48491.58m。 车站内部范围都覆盖了第四系（Q）地层。素填土等多分布于地表。 2.3 地质概况地质概况 2.3.1 土层特征土层特征 根据本阶段、 工可阶段钻探资料及分层依据， 结合本工程地质断面， 划分岩土层。 根据岩石和土壤的序列，如下从顶部向底部： 杂填土（q4ml） ：黄色，灰色，白色，湿，松散的结构，由建筑土、砂砾石， 碎石，表面是混凝土构成，建筑垃圾土。 。厚薄不均，层厚度约 1.53.4m。 淤泥质土（Q3fgl+al） ：青灰色灰黑色，软塑，层间夹有个别腐朽的植物 根系，底部夹有少许的圆砾、卵石。该层呈零星分布，勘探过程中仅 M7Z1-CZ-020-11 钻孔揭示，顶层高程 485.75，层厚 1.6m。 粉质粘土（Q3fgl+al） ：灰黄色，潮湿，可塑硬塑，局部软塑，土质不均， 含少许中细砂及碎石。该层厚度不均，主要分布于砂层及卵石土层之上，层顶层高程 489.22 m491.09m，层厚 0.64.5m。根据室内试验结果，我们得到：天然的密度为： 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 4 页 =1.92.0g/cm3，天然的含水量：w=20.335.5%，天然的孔隙比为：e0=0.61， 液性指 数 为 ： IL=0.2 0.9 ， 压缩 系数 为 ;a0.1-0.2=0.3 0.6MPa-1，压 缩模量 Es0.1-0.2=2.96.2MPa，直剪指标：凝聚力 c=831kPa，内摩擦角 =6.815.8。 细砂（Q3fgl+al） ：青灰色、黄综色，稍湿，为石英砂，含极少量碎石， 采取率 90%。该层呈层分布，层厚 1.41.7m。 中砂（Q3fgl+al） ：黑色，棕色黄，中密度，饱和度，沙质纯净。该层呈 透镜体分布，厚度不均，层顶高程 487.88488.21m，层厚 1.52.0m。 粗砂（Q3fgl+al） ：黄褐色，潮湿，中密局部松稍密，本次钻探仅在 M7D2-LL-003 号钻孔，埋深高程约 488.58487.88m 中揭示。 卵石土（Q3fgl+al） ：颜色以褐黄、黄色为主，中部密实，饱和。卵石主要是 由岩浆岩与变质岩类岩石组成的。以亚圆形为主，略圆，具有分选性较差的特点，卵 石的含量达到 6070%，粒径大部分为 2060mm，填砂，粘土和砂砾，少量的混合 物，含量约 1030%。场区成层分布，层厚 2.98.7m，层顶高程约 488.81486.6m。 卵石土（Q3fgl+al） ：颜色以土黄色为主，饱和，密实。据颗粒分析实验： 粒径20mm 的颗粒含量为 64.5%，粒径为 220mm.的含量为 11.2%，粒径为 0.5 2mm.的含量为 12.5%，粒径为 0.250.5mm.的含量大约占为 4.4%，直径为 0.075 0.25mm.的含量大约占 1.9%。该层厚度不均，层顶层高程 483.95489m，层厚 0.8 8.9m。 全风化泥岩（K2g） ：紫红色，泥质结构，原岩基本被破坏，采取率 85%。 该层局部缺失，层厚 0.64.8m。 强风化泥岩（K2g） ：颜色以紫红色为主，泥质结构，中厚层状构造，岩 芯大多数呈现出短柱状，极少数才呈现出碎块、饼状和短柱状，节理裂隙稍发育，岩 质较软，手掰可断，采取率 75%90%。该层厚度不均，层厚 0.410m，个别钻孔未 打穿该层。 中风化泥岩（K2g） ：褐红色，泥质结构，厚层状结构，核心是圆柱形， 长柱，截面长度为 15-30cm，最长可达 50cm，少量的碎块状及短柱状，岩质较软。选 择率为 85%90%，RQD 为 50%75%。在室内试验的基础上：天然密度 = 2.6 2.7g/cm3，自然状态的抗压强度最低限度是 7.9mpa，最大值是 13.8MPa。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 5 页 2.3.2 特殊性岩土特殊性岩土 （1）人工填土 褐灰、褐黄色，杂色，松散稍密，局部中密，潮湿，粘性土多为可塑硬塑。 由粘性土、砂卵石土及建垃圾等组成。全段均有分布，厚 0.64.5m，厚度变化大。 该层的不均匀性是主要缺点，大多数是欠固结，结构疏松，强度低，压缩性高，易受 力变形。该层主要分布于地表，对车站基坑施工影响较小。 （2）淤泥质土 车站范围内分布淤泥质土， 该层呈透镜状分布于地表， 对车站基坑开挖坑 壁稳定性有一定的影响。 （3）膨胀土 段内上覆土层厚 0.64.5m粉质黏土，根据本工点及附近工点所取样室内试 验，取样 7 组土样自由膨胀率（FS）=1%32%，不具有膨胀性。但根据相邻工点以 及成都地区其他地铁项目实验室资料显示，该图层具有弱膨胀性，应根据弱膨胀性进 行考虑。 （4）膨胀岩和风化岩 为上白垩统灌口组基岩段（K2g）的泥岩，易风化，风化的土壤是硬和粗糙。具 有吸水膨胀，软化，崩解，收缩开裂特性。据车站及附近工点所取泥岩的试验资料: 自由膨胀率 10.036.0%，膨胀力 10690Kpa，具弱膨胀性。该车站主体结构底板至于 泥岩之上，因此泥岩的膨胀性对车站主体结构有一定的影响。 泥岩属于风化岩，风化层半岩土，厚，软、硬不太不是太均与。缺点是当遇到水 时发生膨胀、软化、崩解，而当失水时发生紧缩、开裂，强度快速降低。 （5）砂土液化 车站范围内发育有细砂、中砂，作为第四纪冰水沉积晚更新世冲 积层， （q3fgl + Al） ，呈现出体形状的透镜现象。本车站范围内的可能液化土层： 、砂土为 Q3fgl+al，其地质年代为晚更新世，判为不液化。 2.3.3 土层可挖性分级土层可挖性分级 根据城市轨道交通岩土工程勘察规范 （GB50307-2012） ，本段土、石工程分级 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 6 页 用表格列出如下: 表 2-1 土、石可挖性分级一览表 时 代 成 因 地层代号 岩土名称 岩土特征 开挖后的稳定状 态 土石可挖性分 级 Q4ml 杂填土 松散稍密 易塌 Q3fgl+al 淤泥质土 软塑 易塌 粉质黏土 硬塑 自稳性差 细砂 松散 易塌 中砂 中密 易塌 卵石土 密实 自稳性差 K2g 全风化泥岩 土状，硬塑，局部可塑 自稳性较差 强风化泥岩 半岩半土状，质较软 自稳能力一般 中等风化泥岩 块状，质较硬 自稳能力较好，但 裂隙发育地段易 2.3.4 岩土工程勘察设计参数岩土工程勘察设计参数 岩土工程勘察设计参数建议值表见表 2-2 2.3.5 水文地质水文地质 地表水、地下水的赋存及类型 这部分地面调查范围和附近不存在地表水系。 地下水可以分为两种类型：一是孔隙水（相对应松散土层） ，二是裂隙水（相对 应基岩） 。 a、第四系孔隙水 在全新世存在第四系孔隙水，其中大部分（Q4） ，晚更新世（Q3）砂，碎石，沙 子和砾石层中含有丰富的水，整个含水层产生，称为孔隙潜水。其水量随着季节性的 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 7 页 变化而变化显著， 雨季来临时水量获得补充， 保存起来， 旱季来临时水量慢慢被消耗。 地下水很少存在于表层（多为杂填土及粘性土） ，因此，其对工程没什么大的影响。 b、基岩裂隙水 场地范围内下面的基岩主要是白垩系灌口组（K2g）紫红色泥岩。按照成都地区 的区域水文地质勘测资料研究分析表明，白垩系灌口组紫红色泥岩属弱透水层。 地下水的供给、径向流淌、排泄 地下水主要依靠依赖于降水补给不足。在该地区的地下水的重要补给源应是灌溉 入渗和沟入渗。测得的级阶地地下水流动方向由北向南径流区。主要是通过蒸发消 耗地下水，然后才是向附近的山谷或低洼处的排泄。 。 地下水有着其不同的动态特征 对于修建的场地，其地下水位浅，而且其水位随季节的变化而有所不同，整体东 北高西南低。 从已有的资料，我们可以知道，7、8、9 月份是丰水多发期，而 12、1、2 月份是 枯水多发期，8 月是水位最低的一个月份，剩下的 3、4、5、6、10、11 月是平水期。 自燃条件下，对于枯水时期，地下水位的埋深一般为 35m；对于洪水期，地下水埋 深一般为 24m。依据现有资料和本阶段所有资料，该场地地下水位埋深大约 4.3 12m，较为稳定水位高程为 484.0487.0m。从以往的动态水位监测资料来看，在自然 条件下，区内水位一年内的变化幅度均稳定在 13m 之间。 水的腐蚀性 根据岩土工程勘察规范 （GB50021-2001） （2009 年版） ，根据该类类型和地层 渗透率的测定，对混凝土结构及钢筋混凝土结构中钢筋，地下水的腐蚀性见下表。 表 2-3 地下水侵蚀性一览表 钻孔编号 水源 类别 水质类型 技术评价 按岩土工程勘察规范GB50021-2001（2009 版）判定 按类环境 在 A 类条件下 对钢筋 混凝土 结构中 钢筋 SO42- Mg2+ OH- 总矿 化度 pH 值 侵蚀 性 CO2 HCO3- 结 论 对混凝土结构腐蚀等级为 M7Z2-LLCZ- 001-2 钻孔 水 HCO3- Ca2+ Na+型水 微 微 微 微 微 微 / 微 微 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 8 页 车站基坑涌水量预测 本车站及配线站总长度 336.1m，标准段宽 21.7m。根据水文地质条件，无隔水层 站，砂卵石土的分布，与水的相互接触，可以看作是同一含水层。地下水存在的方式 为孔隙潜水。基岩泥岩的渗透率低，作为隔水底板。上层杂填土及粘性土中存有水量 很小的少量滞水。 从以上的内容可以看出，如果施工开挖基坑，基坑就会产生无压流动的涌水，其 补给方向的影响半径和排泄方向的影响半径是一样的。 参照国家有关的岩土勘察规范，我们可以用块状基坑潜水完整井的方法来计算基 坑涌水量，公式： 0 lglg 2366. 1 rR SSHk Q (2-1) 式中：Q是指基坑的涌水量，m3/d； k含水层渗透系数（m/d） ； S设计降深，取 S=8.0m； H是指含水层的厚度，取 H=8.0m； R影响半径（m） ； L基坑长度（m） ，取整 330m； B基坑宽度（m） ，取整 25m； 基坑开挖涌水量的计算，所利用的基坑参数可能与设计的基坑尺寸有出入，并且 计算时未考虑施工方案、施工步骤及自然条件变化等诸多因素的影响，所计算的涌水 量仅供设计、施工选择排水方法、排水设备时参考。 表 2-4 基坑涌水量一览表 设计水位降深 S（m） 渗透 等效半径 r0（m） 涌水量 系数 K（m/d） （m3/d） 8.0 20 6700 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 9 页 表 2-2 岩土物理力学指标 土的导热导温临时 侧压力系数系数边坡率 系数水下人工 1515钻孔桩挖孔桩 dwec a0.10. 2 ES0.10. 2 E0KvKhKfrfkqsikqsikqskCf(高宽比) g/cm3g/cm3 %kPaMPa-1MPaMPa Mpa/ m Mpa/ m m/dMPakPakPakPakPakPakPaw/m km2/h) kJ/kg k 杂填土Q4ml1.9110/支护 淤泥质土 (软塑) 粉质黏土 (可塑) 粉细砂 (松散-稍 密) 中砂 (松散-稍 密)