1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.1 选题意义

在当今世界范围内，人口向城市集中，城市化的进程加快，大中型城市普遍出现了人口密集、住房紧缺、交通阻塞、环境污染严重、能源匮乏等所谓”城市病”。基于现有的这些压力，地铁诞生了，它不但能够减少大城市地面交通拥挤的状况，并且能快速、准确、安全、舒适、有秩序地运送乘客，经过实践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，所以研究地铁的建设意义重大。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题是昆明市呈贡南站地铁车站的标准段主体结构设计。呈贡南站为昆明市轨道交通首期工程的第29个车站，车站有效站台中心里程为右ⅠDK38 037.284。该站位于彩云南路与新规划的天兴南街的交叉口，沿彩云南路路中布置。站址地处呈贡新区，地势沿车站纵、横向变化不大，起终点高差约0.50-1.00m，横向高差约0.50-1.00m。场地内主要为交通道路及荒地。车站总建筑面积为10642m2，临时用地总面积21697m2。车站主体总长度192.5m，标准段总宽度19.7m，基坑深度12.4-22.8m，覆土厚度约为3.1-3.7m；地面设计标高约1935.0m-1936.20m。标准段柱纵向间距为8m。在本次设计中，需要完成车站的建筑设计和主体结构的设计，并进行配筋计算，绘制建筑总平面图、各板和侧墙的配筋图等。

2.2 工程概况

2.2.1 工程地质条件

2.2.1.1地形地貌

场地原的始地貌为场地地貌属昆明断陷湖积盆地，钻孔的孔口自然地面标高大约为1935.70～1936.22m。 该站位于彩云南路与新规划的天兴南街的交叉口，沿彩云南路路中布置。彩云南路道路红线宽为80米；新规划天兴南街红线宽为48米。

2.2.1.2岩土分层及其特性

根据钻孔揭露，本场地岩土层按成因可划分为：人工填土层（Q_4ml）、第四系全新统冲积湖积（Q_{4al l}）层、第四系残坡积层（Q_{4el dl}）、寒武系变质砂岩等。现将各岩土层分布及特征分述如下：

1、人工填土层（_Q4ml）

素填土(1):各钻孔基本均见及该层，主要分布于线路表层，层厚1.00～4.20m。为近期人工堆填而成，上部为杂填土,厚度0.30～1.00m。下部主要成份为粘性土，部分未压实，呈松散状，多数已压实，稍固结，局部见有碎石。属Ⅰ级松土。

2、第四系全新统冲积湖积相沉积层（Q_{4al l}）

该层由粉质粘土(2)1、粘土(2)2、粉砂(2)6、细砂(2)7、砾砂(2)10、圆砾(2)11等组成。各层特征分述如下：

1-2层: 粉质粘土：深灰色、灰黑色，可塑。主要成份为粘粒。属Ⅰ级松土。属中等压缩性土。本层有2孔揭露：层厚4.00～9.30m ，平均厚度6.65m。顶面埋深8.00～19.00m，标高1917.08～1928.07m。

1-3层: 粉质粘土：深灰色、灰黑色，硬塑。主要成份为粘粒。属Ⅱ级普通土。属中等压缩性土。本层有16孔揭露：层厚1.10～15.10m ，平均厚度6.35m。顶面埋深1.80～42.50m，标高1893.32～1934.28m。

2-2层：粘土：灰褐色，可塑，成份以粘粒为主，粘性较好，刀切面光滑，干强度较高,土质均匀。属Ⅰ级松土。属中等压缩性土。共14孔揭露该层，层厚1.90～15.20m ，平均厚度7.23m。顶面埋深6.10～22.80m，标高1913.11～1929.97m

2-3层：粘土：灰褐色，硬塑，成份以粘粒为主，粘性较好，刀切面光滑，干强度较高,土质均匀。属Ⅱ级普通土。属中等压缩性土。有8孔揭露该层，层厚3.20～10.60m ，平均厚度7.15m。顶面埋深2.00～33.80m，标高1901.90～1933.76m。

6-3层：粉砂：灰黄色、浅灰色，饱和，中密，主要成份为砂质岩，间隙充填较多粘粒，级配中等。属Ⅰ级松土。仅3孔揭露该层，层厚2.30～11.80m，平均厚度5.90m。顶面埋深44.40～47.70m，标高1888.12～1891.30。

7-3层：细砂：灰褐色，饱和，中密，主要以石英，长石为主，间隙充填粘粒，级配中等，局部含少量砾。属Ⅰ级松土。仅有1个钻孔揭露该层，层厚2.10m，顶面埋深34.00m，标高1902.01m。

10-3层：砾砂：灰褐色、黄褐色，饱和，中密，主要成份为砂质岩，硅质岩等，含砾约45～60%，含较多量粘粒，局部夹薄层粉质粘土。属Ⅱ级普通土。有6个钻孔揭露该层，层厚1.70～6.80m，平均厚度4.10m。顶面埋深27.30～41.80m，标高1893.96～1908.71m。

11-3层：圆砾土：灰褐色、黄褐色，饱和，中密,局部密实，主要成份为砂质岩，硅质岩等，砾石呈次圆～次棱角状，粒径0.5～3.0cm，级配中等。属Ⅱ级普通土。有16个钻孔揭露该层，层厚0.90～11.90m，平均厚度4.37m。顶面埋深19.70～40.20m，标高1895.66～1916.06m。

3、第四系全新统残积层（Q_4el）

1-3层：粉质粘土：黄灰色、褐黄色，硬塑。属Ⅱ级普通土。属中等压缩性土。场地内有13个钻孔揭露该层，层厚0.50～21.80米，平均厚度6.82m。顶面埋深36.50～57.50m，标高1878.66～1899.73m。

2-2层：粘土：黄灰色、褐黄色，可塑。属Ⅰ级松土。属中等压缩性土。场地内仅1个钻孔揭露该层，层厚12.60米，顶面埋深37.00m，标高1899.16m。

2-3层：粘土：黄灰色、褐黄色，硬塑。属Ⅱ级普通土。属中等压缩性土。场地内有2个钻孔揭露该层，层厚2.90～21.00m，顶面埋深39.80～54.00m，标高1882.07～1896.42m。

3-3层：粉土：灰黄色，潮湿，密实，以粉粒为主，粘粒为次，粘性较差，切面粗糙。属Ⅱ级普通土。属中等压缩性土。本层1孔揭露：层厚7.90米，顶面埋深49.60m，标高1886.56m。

2.2.1.3水文工程地质条件

(一) 场区水文地质条件

根据地下水的形成、赋存条件、水力特征及水理性质，地下水可划分为以下基本类型：松散岩类孔隙潜水,局部偶有赋存于人工填土层中的上层滞水。

1、孔隙潜水

孔隙潜水主要赋存于第四系含水地层中，其含水性能与砂粒含量、形状、大小、颗粒级配及粘（粉）粒含量等有密切关系。

人工填土lt;1gt;具弱～中等透水性，粉砂(2)6、细砂(2)7、砾砂(2)10层及圆砾土(2)11层具中等透水性，其余粉质粘土、粘土、粉土lt;2gt;1、lt;2gt;2、lt;3gt;1、lt;3gt;2、lt;3gt;3、成分以粘粒、粉粒为主，透水性及富水性差，为相对隔水层，水量贫乏, 勘察期间测得地下水初见水位埋深1.80～3.00m，水位标高1932.70～1934.00m；稳定水位埋深3.00～3.40m，相应标高1932.55～1932.91m。

2、地下水的补给、径流、排泄条件

第四系地层中的地下水主要受大气降水及地表水入渗补给，水位变化因气候、季节而异；基岩地下水（裂隙水、）受大气降水、地表水和上层地下水补给, 具有承压水性质。地下水的排泄方式主要有蒸发、侧向径流、低洼处天然露头。根据纵断面图各钻孔的稳定水位线及地形地貌分析，地下水的流向：从西北流向东南。

（二）地下水渗透性

根据本次勘察时其他区间的钻孔水文地质抽水试验结果和相关室内试验成果，参考昆明幅水文地质区域报告,结合工程经验，建议拟建场地岩土渗透系数（k）值如下表。

表1 渗透系数选用参考表

注：lt;1gt; 人工填土的渗透性能离散性大，只给出范围值，具体应根据现场人工填土状态确定

lt;2gt;土层渗透系数选用室内试验结合区域资料

(三).抗浮、设防水位

本区间所处地貌单元为昆明冲湖积倾斜平原盆地边缘的剥蚀残丘，沟谷地貌,根据调查本区域无长期水位观测资料，根据场地水文地质条件按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、附近水井的水位观测、地下水补给、排泄条件等因素综合确定,建议抗浮、设防水标高位按1932.00～1934.00m考虑。

2.3 设计原则

1. 地铁结构设计应以地质勘察资料为依据，按不同的设计阶段，考虑不同的施工方法提出相应设计方案。

2. 地下结构应就其施工及正常使用阶段的不同工况，进行结构强度的计算，必要时应进行刚度和稳定性计算。

3. 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。

4. 地铁车站满足建筑防(火)灾的要求，同时结构设计应考虑平战转换，预留人防所需埋件。

5. 车站结构防水等级按一级标准进行设计，即顶板不允许渗漏水，侧墙表面只允许有少量偶见湿迹。车站结构应按最不利情况进行抗浮稳定验算。

6. 地铁车站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，变形缝的宽度为20mm。

7. 侧向土、水压力在施工阶段按朗肯主动土压力水土合算计算

8. 施工期间地面超载按20kPa计算；盾构井段按30kPa计算（仅盾构施工期间）

2.3 车站主要构件尺寸拟定

结构尺寸根据计算结果结合工程类比拟定，车站主体主要构件的结构尺寸拟定如下表：

2.4 车站结构设计计算方法

2.4.1 车站结构的荷载#8212;结构法

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。早年常用的弹性连续框架（含拱形构件）、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁）法等都可归属于荷载结构法。

本设计荷载结构模型采用结构力学弯矩分配法计算。在此方法中，用弯矩分配法计算分层单元的杆端弯矩时，任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端。因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配、一次传递、再一次分配。

2.4.2 车站结构的荷载#8212;地层法

荷载#8212;地层法主要是建立连续介质模型，或称为地层-结构模型。围岩与结构共同构成承载体系，荷载来自围岩的初始应力和施工所引起的应力释放。结构内力与围岩重分布应力一起按连续介质力学方法计算；围岩与结构的相互作用以变形协调条件来体现；计算的关键在于确定围岩的应力释放和围岩相互作用。

2.4.3 构造及技术要求

（一）材料

1. 混凝土：地下连续墙、导墙、冠梁、混凝土支撑采用C30混凝土。

2. 钢筋：

1) 采用HRB335级钢筋，材料应分别符合现行国家标准。

2) 钢筋必须采用焊接或机械连接，如果采用焊接接头必须按施工条件进行试焊，合格后方可正式施作。焊接工艺和质量必须符合现行国家标准。

3. 焊条：HPB235钢采用E43#215;#215;型，HPB335采用E50#215;#215;型。

4. 钢支撑：Φ609，壁厚16mm钢管，材料为Q335钢。对钢支撑的性状、节点等进行校验，要求单根钢支撑的承载力不得小于2800kN。

（二）结构主筋保护层厚度

1. 地下墙：基坑内侧70mm，基坑外侧70mm

2. 钢筋混凝土冠梁40mm，支撑及角撑30mm，导墙及挡土墙30mm。

2.4.4 结构配筋的确定

我们对荷载基本组合下的竣工和正常使用状态两种工况所得到的内力图进行包络取值，根据由包络所得到的内力值来对构件进行强度计算，配出合适的钢筋，并进行裂缝宽度的验算。

a. 竣工时的计算模型

计算模型为支护在弹性地基上对称的平面框架结构，框架结构底板下用弹簧模拟土

体抗力。立柱按等刚度法换算为沿线路方向设置的矩形截面墙予以考虑。

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。

b. 正常使用阶段计算模型

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。

c. 使用软件进行计算，并取结构内力包络图

计算原理：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。

d. 裂缝宽度验算

裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝。裂缝宽度限值：结构迎水面不大于0.2mm，结构背水面及站内结构不大于0.3mm。

e. 结构抗浮计算

在设计完成后，需对结构进行抗浮验算。地铁车站的上浮是因为结构重量及车站侧壁摩擦力之和小于水浮力所引起的，会导致车站主体结构的破坏，使地下车站不能发挥正常功效，因而需要抗浮设计。抗浮设计包括整体抗浮验算和局部抗浮验算，通过整体抗浮验算可保证地下车站不会整体上浮，但不能保证底板不开裂变形等现象。局部抗浮计算则是为了保证底板不开裂变形等现象。

车站结构应按最不利地下水位时的浮力进行抗浮稳定验算，验算时车站结构纵向仍取1m的长度。有两种方法进行验算：

车站结构应按最不利地下水位时的浮力进行抗浮稳定验算，验算时车站结构纵向仍取1m的长度。有两种方法进行验算：

a. 不考虑侧壁摩阻力，K_f≥1.05；

b. 适当考虑侧壁摩阻力，K_f≥1.2。

2.5 毕业设计进度计划

5-6周：地铁主体结构计算设计方案、计算模型和计算工况的确定

7-11周：主体结构设计计算（含荷载的计算和组合、内力计算、配筋计算和

抗裂验算）完成主体结构施工图

12-13周：施工组织设计

14-15周：毕业设计计算书和施工图修改，制作ppt，准备答辩

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