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南京地铁11号线六合区政府站车站结构设计文献综述

 2020-03-13 09:47:42  

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

经过多年的实践和认证,从中央到地方都一致认为发展城市轨道交通是解决中国大城市交通堵塞的主要途径。我国城市轨道交通发展的前景是宏大的。地铁的建设与快速发展,在各大城市都不同程度地收到了效益, 交通紧张的状况得到了缓解。由此可知,加快建设城市轨道交通多么重要。

1.1 地铁简介

地下铁道,简称地铁,亦简称为地下铁,狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统;但广义上,由于许多此类的系统为了配合修筑的环境,可能也会有地面化的路段存在,因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。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 国内外研究现状

世界第一条地铁于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。

1.3 地铁车站结构形式

地铁车站按站台形式可以分为三类:

①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。

②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。

③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。

地铁车站按构筑形式又可分为三类:

①地下站;

②地面站(如南京的安德门站);

③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。

1.4 地铁车站施工方法

地下车站按施工方法分为明挖、盖挖和暗挖。

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。

(1)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。

明挖法:由地面开挖的基坑中修筑地下构筑物; 盖挖法:先修建临时路面系统后分层开挖基坑,修筑主体结构。具体分为顺作法和逆作法 ;暗挖法:繁忙交通地段,不允许中断路面交通时采用暗挖法,包括矿山法、盾构法、顶管法等。

明挖地铁车站结构由底板、侧墙及顶板等以及楼板、梁、柱等内部构件组合而成。

1)顶板、中板: 将板支承在与车站轴线平行的纵梁和侧墙上,单向受力。

2)底板:采用以纵梁和侧墙为支承的梁式板结构。

3)柱:钢筋混凝土结构或钢管混凝土结构。

4)侧墙:采用以顶、底板及楼板为支承的单向板。

复合式结构:内衬墙(侧墙)与围护结构相互独立,二者间无钢筋连接,加设柔性防水层。内衬墙与围护结构共同承受土压力,内衬墙承受全部水压,二者间只传递压力,不传递拉力和剪力。

叠合式结构:内衬墙与围护结构通过预埋钢筋连接成一体,变形协调一致。内衬墙与围护结构共同承受水土压力,二者间既传递压力,又传递拉力与剪力。

考虑到实际施工条件,多采用复合式结构。

地铁车站明挖深基坑常用施工方法及其适用条件如下表。

表1 明挖结构施工方法适用条件汇总表

序号

施工方法名称

施工顺序

适用范围

1

坡率法

利用岩土自然稳定边坡坡率、边开挖边护坡、直至最终基坑,再从下至上回筑各层结构,施作外防水层,回填覆土,恢复路面。

适用于场地开阔、基坑周围具有放坡施工的条件,且地质较好,无软弱地层,地下水位埋置较深,无地下管线或较少。在有条件的地方应优先选用坡率法施工,节省工程投资。

2

明挖顺作法

围护结构施工完成后,边开挖边架设临时支撑,直至最终基坑,再从下至上回筑各层梁、板、柱结构,施作外防水及回填覆土,恢复路面。

可采用不同的围护结构,进行基坑支护,适用于任何地质条件,但要有足够的施工场地和可靠的交通组织方案作保证。明挖顺作法是城市地下铁道车站施工的常用施工方法,在地铁车站施工方法选取时应首先考虑。

3

盖挖顺作法

围护结构施工完成后,施作临时钢梁及路面盖板覆盖路面,并恢复交通,在其临时路面下,由上至下进行基坑开挖及支撑架设,直至最终基坑面,再由下至上顺序施作各层梁、板、柱结构,最后施作外防水、拆除临时路面及覆土恢复原路面交通。

适用于车站位于交通繁忙,路面狭窄地段,为确保交通畅通,宜采用盖挖顺作法施工。临时路面的铺设可利用夜间等交通量较小的时间,尽快的恢复交通。

4

盖挖逆作法

围护结构及中间支承桩施工完成后,边开挖边施作各层结构板,顶板施工完成后,回填覆土,恢复路面交通,由上至下开挖一层作一层结构板,直到最终基坑及底板施作。

适用于车站位于繁忙的交通地段,而该路面不允许长时间封闭交通时,或围护结构的水平变形控制要求较高的地段;或者对于宽度较大的基坑,难以采用锚杆或钢支撑的情况下使用。

5

半逆作法

围护结构及中间支承桩施工完成后,开挖至顶板,并施筑顶板结构,并做顶板防水层覆土恢复地面交通,在顶板保护下边开挖边支撑,直至最终基坑底,由下至上顺序施作底板和各层中板及内衬墙结构。

适用于车站位于繁忙的交通地段,而该路段不允许长时间封闭交通,对于地下换乘车站的基坑较深时,应优先选用。

(2)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。

1.5 车站结构计算原理与方法

1.5.1 结构设计依据

(1)《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999

(2)《岩土工程勘察规范》GB50021-2001(2009 版)

(3)《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

(4)《地铁设计规范》GB50157-2003

(5)《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

(6)《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476-2008

(7)《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006 版)

(8)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

1.5.2 荷载选型

根据《建筑结构荷载规范》,可从恒载、活载及偶然荷载等荷载类型对其进行计算:

(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。

1)结构自重:

钢筋混凝土构件容重γ=25kN/m3,混凝土构件容重γ=22kN/m3。

2)地层压力:

竖向压力:按计算截面以上全部土柱重量考虑。

水平压力:施工期间支护结构的外侧土压力按朗金公式的主动土压力计算。使用阶段结构承受的水平力按静止土压力计算。设计采用的侧向水、土压力,采用水土合算法。计算中应计及地面荷载和邻近建筑物以及施工机械等引起的附加水平侧压力。

3)水压力:

作用于顶板的水压力等于作用在其顶点的静水压力值,作用于底板底的水压力等于作用在最低点的静水压力值。垂直方向的水压力取为均布荷载。水平方向的水压力取为梯形分布荷载,其值等于静水压力。

4)地基反力

对于明挖车站地基反力的大小和分布规律,按结构形式及其在荷载作用下的变形、结构与地层的刚度、施工方法以及土层的变形性质等,根据所采用的计算简图在计算中以弹簧模拟地基反力。

5)设备荷载

设备用房的计算荷载,一般按8.0kPa进行计算,大于8.0kPa的应根据设备的实际重量、动力影响、安装运输路径等确定其大小和范围。结构设计中应考虑各种施工荷载可能发生的组合,施工荷载值按实际取用。

(2)可变荷载

1)基本可变荷载

地面车辆荷载、人群荷载、地铁列车荷载等。

①地面超载

地面超载按20kN/㎡计算,盾构端头井处地面超载按30kN/㎡考虑。

②地铁车辆荷载

地铁车辆竖向荷载应按照其实际轴重和排列计算,并考虑动力作用的影响,同时还应考虑按线路通过的重型设备运输车辆的荷载进行验算。

③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4 kN/㎡计。

2)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。

1.5.3 结构计算模型与方法

(1)荷载#8212;结构法

采用作用#8212;#8212;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#8212;#8212;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。下图为弯矩分配法计算模型。

图1 弯矩分配计算模型

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。

(2)地层#8212;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。

如图2所示,为地层结构法的计算模型,侧墙和底板底部用弹簧支撑来模拟受力,故不再受荷载作用。

图2 地层结构计算模型

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#8212;结构模型进行分析。

1.5.4 结构计算模型简图

图 3 结构断面布置简图

站台结构为单柱双跨结构,主要由顶板、中板、底板以及侧墙和梁构成。

1.6 计算内容

车站结构的主要计算内容包括:

(1)车站结构荷载的计算

(2)结构平面框架计算

(3)车站结构外侧墙、端头井、端墙内力的计算

(4)车站结构顶板、中板、底板计算(抗浮、配筋计算)

(5)车站结构的整体计算

1.7 施工组织设计内容

施工组织设计包括四项基本内容:①施工方法与相应的技术组织措施,即施工方案;②施工进度计划;③施工现场平面布置;④有关劳力,施工机具,建筑安装材料,施工用水、电、动力及运输、仓储设施等暂设工程的需要量及其供应与解决办法。前两项指导施工,后两项则是施工准备的依据。

具体内容包括:
(1)编制说明
(2)编制依据
(3)工程概况(包括对工程特点的分析)
(4)施工准备
(5)施工方案的选择
(6)施工进度计划
(7)施工设备和劳动力资源的选择
(8)施工平面图设计(包括总平面图和重点项目的布置详图等)
(9)施工管理机构及劳动力组织
(10)季节性施工的技术组织保证措施

(11)质量管理与质量控制的组织保证措施
(12)安全事故的组织保证措施(包括技术安全和生产安全)
(13)文明施工和环境保护的措施
(14)技术经济指标

车站主体施工工艺流程如下:

基底清理找平#8212;#8212;底版垫层施工#8212;#8212;(接地网施工)垫层施工#8212;#8212;底板结构施工#8212;#8212;站台层基底侧墙、立柱施工#8212;#8212;中板结构施工#8212;#8212;站厅层侧墙、立柱施工#8212;#8212;顶板结构施工#8212;#8212;顶板防水层铺设#8212;#8212;土方回填。

主要施工设备有:

槽壁机、履带吊、吊车、膨润土搅拌机、水泥浆搅拌机、泥浆泵、砼输送泵对焊机、

钢筋切断机、钢筋弯曲机、电焊机、泥浆罐车、插入式振捣器、试验仪器测量仪器、装载机、自卸汽车、工程钻机、泥浆泵、潜水泵、电焊机等。

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. 基础工程学,中国水利水电出版社,2002

10.陈国兴等,土质学与土力学,北京,中国水利水电出版社,2002

11.地下建筑结构,中国建筑工业出版社,2011

12.建筑结构设计,邱洪兴,高等教育出版社,2008

13.混凝土结构设计原理,武汉理工大学出版社,2010

14.土木工程施工,人民交通出版社,2004

15.地下工程施工与管理,西南交通大学出版社,2005

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