地铁车站施工组织设计毕业论文

'地铁车站施工组织设计毕业论文第一章概述1.1基本原则（1）地铁车站是人流比较集中的公共交通建筑，在设计中首先要满足其使用功能要求，地铁车站的站位应该为乘客提供最大可能的方便，使多数乘客步行的距离最短。车站布局还需考虑与其他公共交通有方便的换乘条件，将旅游景点、游乐中心、住宅密集区、办公密集区等与车站相通，为乘客提供无太阳晒、无雨淋的乘车条件，使车站建筑具有合理的、完善的、流畅的使用功能。（2）车站布设应与旧城改造和新区土地的开发相结合，车站分布应方便施工，减少拆迁，降低造价，并注重城市轨道交通建设与周边经济发展的互动效应，为可持续发展创造条件。（3）地铁车站是建于地下的公共交通建筑除了结构应有的安全可靠性外车站建筑的设计中也应考虑所有的安全因素如楼梯和自动梯数量、位置及宽度的考虑必须满足在灾害情况下的紧急疏散要求，有足够明亮的照明设施，以降低人在地下的恐惧心理，有清晰详尽的导向标志，安全出口通道有完善的消防设施及有足够的新风和排风排烟设施。1.2工程概况1.2.1工程范围与规模a.车站规模高家园站设计起点里程为K40+632.000，设计终点里程为K40+811.000，车站总长度179米，总建筑面积4089.700㎡（不含集散厅），其中盾构扩挖段设计起点里程为K40+641.000，设计终点里程为K40+811.000，总长度170米，建筑面积3026.000㎡。车站中心里程K40+715.000，底板埋深24.568m，标高10.432m，车站底板坡度2‰，轨面绝对高程12.472m，车站覆土约14.8m，结构宽度为17.800m，高度9.410m，净空高度7.91m。b.结构形式97 高家园站采用站台、站厅分离布置型式，扩挖站台层为地下单层侧式站台，布置于万红西街道路下方，拱顶及侧墙结构厚度700mm，底板厚度800mm，中墙厚度500mm，利用车站南端设置的1号风道和1号、2号施工通道进行施工。集散厅及设备用房外挂，为地下三层钢筋混凝土矩形框架结构。1.2.2工程环境a.周围建筑物高家园站位于万红西街与芳园西路交口北侧，线路沿万红西街方向布置，南侧为芳园西路，东侧紧邻南北向的酒仙桥路，车流量大、公交线路多。万红西街东、西两侧邻近五层、六层砖混住宅的大山子南里及西里住宅小区，局部临街建筑为单层商业建筑。盾构扩挖段位于万红西街下方，西侧穿越地面平房区，沿线地面重要建筑物。b.地下管线高家园车站上方主要地下管线有：1、与线路平行的管线：Φ1050、Φ800雨水管线两条，埋深约4m；Φ400、Φ1050污水管线两条，埋深约5.5m；Φ600上水管线一条；电力管线5条；通讯管线10条；2、与线路斜交的管线：在一号风道上方有一条16001650热力方涵沿南北方向斜穿过风道，埋深约2.2m。1.2.3工程地质及水文地质1)工程地质概况高家园站所处区域地层上部为第四纪沉积物，第四纪覆盖层厚度大于200m。岩土工程勘察揭露地层最大深度为51m，根据钻探资料及室内土工试验结果，将本工程场地勘探范围内的土层划分为人工堆积层（）、第四纪全新世冲洪积层（）、第四纪晚更新世冲洪积层（）三大类。1、穿越土层：第四纪全新世冲洪积层（）、的地层为：④3粉细砂层，中粗砂④4层，粉质粘土⑥层，粘土⑥1层，粉土⑥2层，细中砂⑥3层，圆砾⑦层，中粗砂⑦1层，粉细砂⑦2层，粉土⑦3层，粉质粘土⑦4层。其中粘土⑥1层和细中砂⑥3层均以薄层或透镜体分布，圆砾⑦层局部以透镜体分布。2、地基土质：车站底部管片进入⑦297 粉细砂含水层，地基土可能发生流失情况，造成基底管片失稳。高家园车站穿越的地层为：④3粉细砂层，中粗砂④4层，粉质粘土⑥层，粘土⑥1层，粉土⑥2层，细中砂⑥3层，圆砾⑦层，中粗砂⑦1层，粉细砂⑦2层，粉土⑦3层，粉质粘土⑦4层，对穿越地层的描述，如下表所示：表1-1车站穿越地层及描述表Table1-1thestationthroughtheformationandcontext编号地层名称地层描述分布情况④3粉细砂灰色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粘性土透镜体。连续分布④4中粗砂灰黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁、个别砾石。⑥粉质粘土灰色～褐黄色，可塑，中压缩性，含氧化铁、少量云母、姜石，局部夹粘土薄层。连续分布，粘土⑥1层和细中砂⑥3层均以薄层或透镜体分布⑥1粘土褐黄色，硬塑，中压缩性，含氧化铁、少量云母、姜石。⑥2粉土灰色～褐黄色，密实，很湿，低压缩性，含氧化铁、云母、姜石。⑥3细中砂灰色～黄灰色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁、个别砾石。⑦圆砾杂色，密实，饱和，低压缩性，最大粒径不小于80mm，一般粒径为2-15mm，粒径大于2mm的颗粒占总质量的65-70%，亚圆形，中粗砂填充。连续分布，圆砾⑦层仅局部以透镜体分布⑦1中粗砂灰色～褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁、个别砾石。⑦2粉细砂灰色～黄灰色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粘性土薄层或透镜体。⑦3粉土灰色～褐黄色，密实，很湿，低压缩性，含云母、氧化铁。⑦4粉质粘土灰色～黄灰色，可塑，中低压缩性，含云母、氧化铁。2)水文地质概况据岩土勘察报告显示，本施工场地共观测到三层地下水，这三层水在该场区内均具有不同程度的承压性，并且对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水环境下对钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性：上层滞水（一）：本次勘察未观测到该层地下水。潜水（二）：含水层岩性为粉细砂④3层、中粗砂④4层，水位埋深6.03～7.38m，水位标高28.86～28.00m，局部具弱承压性，观测时间为2009年1097 月，主要接受大气降水、管沟渗漏补给为主，以蒸发、向下越流补给的方式排泄。承压水（三）：含水层为粉细砂⑥3层、粉土⑥2层，水头埋深为15.1～15.8m，水头标高为20.50～19.15m，水头高度约3～4m，观测时间为2009年10月。该层地下水分布连续，主要接受大气降水及侧向径流补给，以蒸发、侧向径流、向下越流补给的方式排泄。承压水（四）：含水层主要为圆砾卵石⑦层、中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层，水头埋深23.97～24.60m，水头标高11.15～9.99m，由于含水层的中部有粉质粘土⑦4层的存在，在本场区将该层水隔为上下两层，上层含水层承压性较小，水头高度约2m；下层含水层承压性较大，水头高度约7m；观测时间为2009年10月，主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、人工开方式排泄。由于高家园站结构底板埋置较深，所以在结构施工范围内受三层地下水影响较大，潜水（二）、承压水（三）均位于结构范围内，如降排水措施不力易导致流砂，威胁顶板及边墙的稳定；同时侧壁汇聚的水流如导排措施不力，易在基坑底部汇集泡槽。承压水（四），该层水具承压性，且含水层位于底板附近，易引起基坑突涌、底鼓现象。1.3设计依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）《钢结构设计规范》GB50017-2003《建筑设计防火规范》GB50016-2006《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-1988《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008版）《混凝土结构设计规范》GB50010-20021.4设计标准a.车站结构的安全等级为一级，构件的重要性系数取1.1。b.车站结构的抗震设防烈度为8度，抗震等级为三级。c.车站结构的人防防护等级为五级，车站主体结构全部设防。97 d.车站结构的防火等级为一级。第二章开挖方式与车站选型2.1开挖方式选择2.1.1考虑因素：a.高家园站位于万红西街与芳园西路交口北侧，线路沿万红西街方向布置，南侧为芳园西路，东侧紧邻南北向的酒仙桥路，车流量大、公交线路多。万红西街东、西两侧邻近五层、六层砖混住宅的大山子南里及西里住宅小区，局部临街建筑为单层商业建筑。b.高家园车站上方有地下管线：1、与线路平行的管线：Φ1050、Φ800雨水管线两条，埋深约4m；Φ400、Φ1050污水管线两条，埋深约5.5m；Φ600上水管线一条；电力管线5条；通讯管线10条2、与线路斜交的管线：在一号风道上方有一条16001650热力方涵沿南北方向斜穿过风道，埋深约2.2m，c.水文地质条件：据岩土勘察报告显示，本施工场地共观测到三层地下水，这三层水在该场区内均具有不同程度的承压性，并且对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水环境下对钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性；并且土体自稳能力很差，易出现流砂，泡槽，基坑突涌、底鼓等不良工程地质现象。d.工程地质条件：高家园站所处区域地层上部为第四纪沉积物，第四纪覆盖层厚度大于200m。地基土可能发生流失情况，造成基底管片失稳。2.1.2选择方式使用盖挖法时，混凝土内衬水平施工缝的工艺要求非常高，其次是在进行逆作业的同时，其相应的施工难度是在不断加大的，也会增加相应的建筑成本；如果是暗挖法，那么暗挖较危险，可能会因为想不到的危险引起塌方，进度慢，耗费巨大97 ；再如果用盾构法，可能会出现沉降，遇上复杂的地质时，盾构机可能卡在其中或是机件损坏，甚至要被迫放弃盾构机并更改隧道挖掘路线，因而延长工期或提高施工成本；车站开挖一般不用沉管法；而明挖法具有施工简单、技术成熟、施工安全、工期短、施工质量易保证，适合多种不同的地质条件，可以有效的减少线路的埋深，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。综上所述，此车站的开挖方式选择明挖法。2.1.3技术经济分析明挖法施工具有以下优点：⑴土建造价相对较低、施工快捷；⑵适合多种不同的地质条件，可以有效的减少线路的埋深；⑶施工工艺简单、技术成熟、施工安全、工期短、施工质量易保证；⑷防水方法简单、质量可靠。明挖法的缺点：⑴施工时对周边环境和交通影响大。⑵引起大量拆迁。⑶工程综合造价较深埋条件下矿山法高。2.2车站选型2.2.1车站设计原则a.一致性原则：车站选址要与城市规划、城市交通规划及城市轨道交通路网规划的要求相一致。b.适用性原则：综合考虑该地区地下管线、工程地质等情况；满足远期客流集散量和运营管理的需要；要满足客流高峰时所需的各种面积需要。c.协调性原则：总体设计要与城市景观、地面建筑规划等各种自然及人文环境相协调。d.安全性原则：车站要有足够明亮的照明设施，足够宽的楼梯及疏散通道，具有指示牌及防灾设施等。e.便利性原则：车站站位应尽可能地靠近人口密集区和商业区，最大限度方便乘客出行。f.识别性原则：车站设计应体现现代交通建筑的特点，简洁、明快、大方并易于识别。g.97 舒适性原则：要有舒适的内部环境和现代的视觉观感，并解决好通风、温度和卫生等问题。h.经济性原则：尽可能降低造价，节约投资。2.2.2车站选型与布置高家园站采用站台、站厅分离布置型式，扩挖站台层为地下单层侧式站台，布置于万红西街道路下方，拱顶及侧墙结构厚度700mm，底板厚度800mm，中墙厚度500mm，利用车站南端设置的1号风道和1号、2号施工通道进行施工。集散厅及设备用房外挂，为地下三层三跨岛式钢筋混凝土矩形框架结构。高家园站主体工程包括1号、2号风道，扩挖站台层，集散厅；附属工程包括两个出入口、两个风亭和一个紧急疏散口。1号风道通过其两端设置的1号、2号施工竖井进行施工，2号风道通过集散厅进行施工。97 第三章荷载与结构内力计算3.1荷载计算3.1.1荷载与荷载组合地铁设计规范中按荷载作用状况将其分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。1、在设计是考虑两种荷载：永久荷载和可变荷载。（1）永久荷载：①结构自重按实际重量计算，混凝土容重为25KN/m3；②侧向压力按实际覆土深度、物理力学参数计算；③由于施工期间采取降水措施，围护结构计算时不考虑地下水的影响。（2）可变荷载①路面车辆荷载按汽-超20KPa计算；②施工期间地面超载按20KPa计算（不与路面车辆荷载组合）；2、荷载组合设计考虑的基本荷载工况：永久荷载+可变荷载荷载组合分项系数：永久荷载取1.35，可变荷载取1.4。3.1.2基坑围护结构尺寸拟定对于车站主体，高家园站采用明挖法施工，基坑开挖总深度约为24.6m。该站为箱型框架结构，为了不影响地下管网的设置，车站的上部往往有较厚的覆土（一般大于3米），这样基坑的深度可以为25m，为抵抗水土压力、车辆荷载一级特殊荷载，结构的顶板、底板、边墙往往都比较厚（一般为0.6～1.0m），顶梁、底梁截面高度也很大（一般为1.6～2.2m），中间楼板由于受较大的设备荷载、人群荷载一级装修荷载，其厚度也比一般的楼板厚很多（一般为0.3～0.5m），这样就形成了一座有着刚度的地下长条结。3.1.3入土深度确定97 基坑围护桩的入土深度综合考虑周围环境条件、地质和水文地质情况、基坑特点等因素，初步拟定为5.5m。3.1.4设计简化图3-1土层分布简化图Fig.3-1simplifiedmapofsoildistribution表3-1设计土层参数Table.3-1designsoilparameters层厚①填土层180204②粘土层19241810③粉细砂层200254④圆砾层21034123.1.6嵌固深度计算===8.00N/m297 ===19.8kN/m3===25.6°土层粘聚力系数：===0.013查表规范的表6-68,嵌固深度系数：=0.36计算深度：结构重要性系数：嵌固深度：取当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、柱列式钻孔灌注桩除应满足上述计算外，其嵌固深度设计值尚应按下式抗渗透稳定条件确定。图3-2抗渗透稳定计算简图Fig.3-2Osmoticstabilitycalculationdiagram97 当基坑底的土质为砂土和碎石土、而且基坑内降排水且作用有渗透水压时，水泥土墙的嵌固深度除按圆弧滑动简单条分法计算外，按抗渗透稳定条件进行验算。当按上述方法计算的嵌固深度设计值hd小于0.4h时，宜取0.4h。因为hd小于0.4h，所以hd=0.4h=0.4×24.6=9.84m3.1.7水平荷载(1)对于碎石土和砂土：1)当计算点位于地下水位以上时(3-1)2)当计算点位于地下水位以下时(3-2)式中——作用于深度处的竖向应力标准值；——第i层土的主动土压力系数；——第i层土的内摩擦角标准值；——三轴试验（当有可靠经验时，可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值；——计算点深度；——计算参数，当＜h时，取；当≥h时，取h;——基坑外侧地下水位深度；——计算系数，当≤h时，取1；当＞h时，取零；——水的重度。(2)对于粘性土及粉土：(3-3)当按上述公式计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，则取其值为零。97 .因为所以因为所以因为所以因为所以因为所以因为所以97 （3）对于砂土和碎石土(3-4)式中——作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值；——第i层土的被动土压力系数；（4）对于粘性土及粉土：(3-5)作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值，可按下式计算：(3-6)式中——深度以上土的加权平均天然重度。97 图3-3水平荷载受力简图Fig.3-3Forcediagramofhorizontalload97 3.2主体计算3.2.1设计标准车站结构中永久构件（主体及附属结构各层楼板、侧墙、梁、柱及基础结构等）的安全等级为一级，相应的结构重要性系数取1.1；内部构件（站台板、楼梯等）安全等级为二级，相应的结构重要性系数取1.0。3.2.2计算原理本次设计车站为闭合三跨三层框架结构，沿车站纵向结构断面与荷载分布无突变板地基承载力均匀，因此车站框架结构的受力分析可简化为平面问题。3.2.3主体结构尺寸初拟车站主体结构为三层三跨矩形框架结构，由顶板、底板、楼板、侧墙、梁、柱等构件组成。车站框架结构顶板厚度为900mm，底板厚度为900mm，地下二层顶板厚度为700mm，地下三层顶板厚700mm,边墙厚度为500mm，中间立柱为Ф800×14钢管混凝土柱钢管混凝土柱，纵向间距为7m,各层纵梁以连续梁形式支承在中间柱上。车站主体结构沿环向设2道变形缝。3.2.4荷载与荷载组合(1)结构设计所考虑的荷载主要有三种：恒荷载、活荷载和偶然荷载。1)恒荷载：①结构自重按实际重量计算，混凝土容重为；②土压力（侧压力除砂层按水土分算外，其它粘性土层按水土合算）按实际情况计算；③设备区楼面荷载按8KPa计算，超8kPa按设备实际重量及运输路线计算。2)活荷载①路面车辆荷载按汽车超载20KPa计算；②施工期间地面超载按20KPa计算（不与路面车辆荷载组合）；③人群荷载按4KPa计算；④施工荷载按5KPa计算；3)偶然荷载97 ①地震荷载按设防烈度8度计；②人防抗力等级为五级，ΔPm=0.1MPa。(2)荷载组合表3-2荷载组合分项系数表Table.3-2loadcombinationsubentrycoefficienttable荷载及组合永久荷载可变荷载偶然荷载人防荷载地震荷载基本组合强度计算起控制作用：1.35（1.0）不起控制作用：1.20（1.0）1.4无无短期效应组合裂缝验算1.01.0无无长期效应组合构件变形验算1.00.5-0.7无无抗震偶然组合构件强度验算1.2（1.0）1.0无1.3人防偶然组合构件强度验算1.2（1.0）1.01.0无3.2.5荷载计算（1）基本参数取土体重度，水重度，静止土压力系数，混凝土重度，顶板覆土，楼板厚度，楼板面层及夹层板各为，楼板面层及夹层板重度，取一个典型截面进行受力分析。（2）基本组合按初级试用阶段常规荷载组合计算：1.35（自重+土压力）+1.4（地面超载+活荷载组合）(3-7)（3）荷载计算：①顶板荷载：覆土自重：顶板自重：地面超载：顶板荷载：97 ②地下二楼顶板荷载：楼板自重：楼板面层自重：夹层板自重：楼板活荷载：楼板的总荷载：③地下三楼顶板荷载：楼板自重：楼板面层自重：夹层板自重：楼板活荷载：楼板的总荷载：④围护荷载：侧墙上角点的荷载：侧墙下角点的荷载：⑤底板受力：底板主要受到的力可以简化为受到地下水反力，计算得，由此可以画出主体结构的受力图见图3-4。97 图3-4初期使用阶段计算简图Fig.3-4earlyusestagecalculationdiagram3.2.6内力计算由于地铁车站的功能要求，中间需设柱和梁，其梁板计算简图可简化为不等跨连续梁进行计算，根据《钢筋混凝土结构设计手册》及有关设计要求，其内力按弹性体系计算。假设计算跨，其顶板示意图如图3-5所示图3-5连续梁受力示意图Fig.3-5continuousbeamforcediagram97 根据《地下结构设计施工》表C-12,n=5.4/6.85=0.8,其系数见系数表3-2为的中点，为的中点，段与段对称。表3-2系数表Table.3-2coefficienttablenM1M2VAVB左VB右0.8-0.0860.086-0.0060.414-0.5860.400计算式如下：（为表3-2中系数）弯矩：(3-8)剪力：(3-9)反力：(3-10)（1）顶层梁板（2）第二层顶板97 （3）第三层顶板(4)底板水反力97 3.2.7绘制内力图为精确绘制弯矩图，分别将第1段梁和第2段梁六等分，取a,bd,e进行计算。图3-6分段图Fig.3-6Sectionmap（1）顶板分段AB段计算示意图如图2-3，按下式计算(3-11)图3-7AB梁分段弯矩M计算简图Fig.3-7ABbeamsectionbendingmomentMcalculationdiagram97 BC段CD与AB段对称（2）第二层顶板分段AB段BC段97 CD与AB段对称（3）第三层顶板分段AB段BC段CD与AB段对称（4）底板分段AB段97 BC段CD与AB段对称由以上结果绘制弯矩图，剪力图，轴力图:图3-8弯矩图Fig.3-8bendingmomentfigure97 图3-9剪力图Fig.3-9shearfigure图3-10轴力图Fig.3-10axialforcefigure97 3.3配筋计算3.3.1结构尺寸及材料拟定（1）混凝土及钢筋结构顶板及梁、底板及梁、外侧墙：C30防水混凝土，抗渗等级S8主体结构柱：C50混凝土内部结构板、梁、柱：C30混凝土根据《钢筋混凝土结构设计手册》查得混凝土材料物理参数及钢筋料物理参数如下：其中为混凝土轴心抗压强度设计值，为混凝土轴心抗拉强度设计值，为钢筋抗拉强度设计值，为钢筋抗压强度设计值，为混凝土的弹性模量，为钢筋的弹性模量。表3-3混凝土材料物理参数表Table.3-3concretematerialphysicalparametertable符号C3013.81.393.0×104C5022.41.833.45×104表3-4钢筋物理参数表Table.3-4rebarphysicalparametertable种类R2351951952.1×105HRB3352802802.0×105（2）受力主筋混凝土保护层厚度（参看混凝土结构设计规范表）结构顶板、侧墙、底板考虑防水等要求拟定：40mm主体结构梁：50mm柱：40mm箍筋、分布筋和构造钢筋混凝土保护层厚度不小于20mm97 3.3.2柱的配筋计算(1)初步确定柱的截面尺寸截面选择为矩形。查表（3-3）、（3-4）：C30混凝土HRB335级钢筋假定配筋率为,带入公式估算截面面积(3-12)式中——————————构件截面（当纵筋配筋率时，用混凝土截面净面积代替）；——(3-13)轴力设计值1297.60kN，设柱自重为3700KN。N=1297.60+3700=4997.6kN所以取550mm。97 （2）配筋设计拟选地下二层柱进行配筋设计，所受偏心距很小，按轴心受压柱进行设计，计算长度，选截面形式为正方形，b为550mm，，符合设计要求。查得构件稳定系数选择对称配筋,由（3-12）得：查《结构设计原理》附表1-6，选用纵向钢筋为，则截面配筋率：且小于截面一侧的纵筋配筋率；上面已假设出保护层厚度，故纵向钢筋距截面边缘净距：，且小于350mm；封闭式箍筋选用，满足直径大于，且不小于8mm的要求。根据构造要求，箍筋间距应满足：，，，故选用箍筋间距400mm。因此，满足配筋要求选，实配钢筋面积，箍筋选用，箍筋间距400mm。97 3.3.3板的配筋计算先配受拉钢筋，按二层板跨中最大弯矩值配置受拉钢筋。（1）设计参数：取板载宽度方向上1m为单元计算，根据规范设计保护层厚度c=40mm，计算板宽b=1000mm，板厚h=700mm混凝土采用C30，则钢筋采用HRB335表3-5受压混凝土的简化应力图形系数和值Table.3-5compressionstressofconcretesimplifiedgraphicscoefficient混凝土强度等级