重庆轨道交通6号线二期蔡家站结构设计浅析
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇重庆轨道交通6号线二期蔡家站结构设计浅析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】本文以重庆轨道交通六号线二期蔡家站为例，详细阐述了地铁明挖车站围护结构、主体结构的计算方法及设计步骤，简要介绍了地铁车站的施工方法，分析和总结出地铁车站结构设计存在的问题和改进方法，使设计更趋合理和完善。
【关键词】地铁车站结构设计计算方法施工方法
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
蔡家站位于北碚区蔡家组团规划LC3路下方，车站两端分别为站前明挖区间和站后配线明挖区间，周边现状为梯田。其结构形式为明挖地下双层岛式车站，站台宽12m。车站(不含配线)全长198.24m，标准段宽20.9m。车站有效站台中心里程为YDK43+552.625m，该处顶板覆土3.0m，底板埋深约16.2m。车站(不含配线)共设5个出入口、2个风道，其中1个为预留出入口。所有附属结构均为地下一层，待主体结构完工后再施工。
图1蔡家站总平面图
2 地质概况
本工程场地属构造剥蚀丘陵地貌，地形为沟槽与丘包相间分布，总体走向近南北，地面高程316～331m，相对高差15m。场地地势总体东高西低，地形平缓，地面坡角一般2～10°,局部较陡，地形坡角达25°。出露的地层主要为第四系残坡积粉质粘土(Q4el+dl)，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组(J2S)砂质泥岩、砂岩，岩性以砂质泥岩为主。
3.围护结构设计
3.1计算原则及标准
1基坑围护结构合理使用年限：1.5年。
2 边坡支护结构型式及其支护参数应根据工程地质、水文地质、施工条件和环境因素，按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）、重庆市地方标准《建筑边坡支护技术规范》（DB50/5018-2001）等有关规定进行技术经济比选，并参考已有的工程实例确定。
3 结构施工设计以地质详细勘察资料为依据。地质勘察应根据现行国家标准《地下铁道、轻轨交通岩土勘察规范》（GB50307-1999）考虑不同施工方法对地质勘探的特殊要求，并在施工中通过对地层的观察和监测进行验证和反馈修改勘察资料。
4 基坑支护结构设计应保证结构在施工及使用期间的安全，边坡支护结构布置应满足限界要求。
5根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）的有关规定，本基坑边坡工程安全等级属于一级，侧壁重要性系数。
6 边坡支护结构在施工阶段进行基坑稳定性验算。根据场地地质概况，岩质边坡破坏模式为平面滑动破坏，整体稳定安全系数取1.35。
7基坑支护结构的变形应不超过0.25%H，基坑周围地面沉降量应不超过0.15%H，H为基坑开挖深度。
3.2荷载及荷载组合
1永久荷载：
(1) 覆土重：按竖向全土重计，覆土容重按20kN/m3。
(2) 岩体重量：砂质泥岩容重按25.7kN/m3，砂岩容重按25kN/m3。
(3) 侧向土压力：采用朗肯土压力理论，按主动土压力考虑。
2可变荷载：只考虑地面超载，按20kPa计。
3 荷载组合:永久荷载+可变荷载。
3.3边坡计算
车站边坡采用理正岩土软件进行了支护计算，并且根据《建筑边坡技术规范》（GB50330-2002）按平面滑动理论计算的边坡稳定性系数大于规范给定的临界值1.35。考虑上部土层厚度约3～5m，施作锚杆较为困难，采用钢花管注浆代替，并且采用理正深基坑软件，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）附录A圆弧滑动简单分条法，对上部土层稳定性进行复核验算，验算值大于临界值1.3，基坑设计安全。
3.4边坡设计
车站施工时围护结构基坑深约为10～12米。根据地质情况、场地条件并结合重庆本地经验，本站基坑采用放坡+锚喷支护。边坡采用二级放坡（局部三级）；上部土层采用1:1放坡+钢花管注浆，下部岩层采用1:0.5放坡+锚喷支护。
上部采用ф42注浆花管，其与钢筋网牢固焊接。钢花管与钢筋网应点焊，锚杆入射角15°。钢花管浆液为42.5级水泥浆，注浆压力1.0～1.2Mpa。注浆参数应在施工中不断调整，以尽量保证钢管之间浆液充填饱满，形成稳定壳体。
下部岩层面层铺设8@150×150单层钢筋网片，施作100mm厚C20早强喷射混凝土，岩层中打设ф22砂浆锚杆(角度15、长5～6m、间距2×2m梅花形布置)。
考虑到雨季中边坡安全，护坡坡面上沿高度和长度方向设泄水孔（ф=100mm、间距2～3m、外倾5%），最下一排泄水孔高于基坑面300mm，泄水孔后设反滤层。
图2典型边坡支护断面图
4主体结构设计
4.1 荷载
4.1.1荷载种类
1永久荷载
①结构自重：按实际重量计算，混凝土容重25kN/m3；
②顶板及挑板水土压力：按顶板（及挑板）上的实际覆土深度、土体物理力学参数及地下水位情况计算，采用水土合算，覆土重度取20kN/m3；
③侧向土压力：按车站深度范围内的土层厚度、各土层物理力学参数及静止侧压力系数计算，静止侧压力系数取0.5，远期使用阶段采用浮重度计算，近期使用阶段采用天然重度计算；
④侧向水压力：按车站深度范围内的地下水位计算，水的重度取10 kN/m3；
⑤中楼板荷载:包括人群、设备、装修、隔墙荷载，统一按恒载考虑；
⑥底板水浮力：按设防水位（即规划道路标高地表水位）计算。
2可变荷载
地面超载：按20kPa计算，按均布荷载计算其产生的附加水平侧压力。
4.1.2荷载计算
抗浮水位按0m考虑，静止侧压力系数取0.5。
车站共分三个典型的计算断面，分为：标准段（1-18轴）、加宽加高段（18-24轴）、单柱段（24-25轴）。各个计算断面覆土厚度分别为： 3.0m、1.8m、2.7m。以标准段为例计算其各项荷载如下：
表1
4.2 荷载组合
结构设计应考虑的荷载组合及组合系数应按下表确定。
荷载组合形式表 表2
注：括号内数字为当荷载对结构有利时的分项系数。
4.3计算原则及标准
1结构设计使用年限：100年；
2结构安全等级及构件重要性系数：车站结构安全等级为一级，结构构件重要性系数＝1.1；
3抗震等级：车站结构抗震设防烈度6度，抗震等级三级；
4人防防护等级：车站结构的人防防护等级为六级；
5防火等级：车站结构的防火等级为一级；
6结构防水：车站结构防水按一级标准进行设计,即不允许渗漏水,结构表面无湿渍。主体结构和附属结构所用混凝土的抗渗等级≮S8；
7结构环境类别：车站结构迎土面的环境类别为Ⅰ-C类，非迎土面及内部混凝土构件的环境类别为I-B类；
8结构抗裂标准：迎土面混凝土构件的裂缝宽度应不大于0.2mm，非迎土面混凝土构件的裂缝宽度应不大于0.3mm；
9结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定验算，设防水位按规划道路标高地表水位考虑。在不考虑侧壁摩阻力时，车站结构抗浮安全系数不得小于1.05，适当考虑侧壁摩阻力时,抗浮安全系数kf≥1.10。
4.4 结构计算模型的基本假定
1 主体结构按平面问题考虑,取单位米长度进行结构分析，即为横断面法。纵梁—立柱体系的地铁车站横断面符合平面应变原则，可将横断面等效为宽度为单位长度的梁体系进行平面计算。根据有限元计算原理，将组成结构的各段梁柱分成梁单元，各单元之间以节点相连。划分单元时单元长度不宜过大，否则将导致计算结果误差增大。对于明挖车站的计算，单元长度可取1米左右。
2 主体结构底板、侧墙按温克弹性地基梁进行假设, 基坑内的地体作用采用有限元计算中离散的受压弹簧单元代替分布的地基, 弹簧刚度按地基土压实系数进行计算。
3 侧墙荷载按静止土压力计算,使用阶段采取水土分算。
4.5结构计算模型
采用有限元软件MIDAS/Gen 6.0对车站主体进行了计算, 主体结构计算简化为底板置于弹性地基上的平面框架。计算采用结构- 荷载模式, 按荷载最不利组合进行结构的抗弯、抗剪、抗压、抗扭强度和裂缝宽度验算。
图3 标准段计算模型
4.6 结构内力计算结果
远期使用阶段标准组合下的标准段主体结构内力图：
图4 弯矩图(kN·m)图5 剪力图(kN)
图6 轴力图(kN)
通过以上内力计算结果表明: 明挖车站的结构计算通常采用平面框架形式, 而车站纵梁采用车站横向框架计算出来的轴力再以等效均布荷载的形式加在纵梁上, 也以框架形式进行计算, 从计算结果来看这种计算模型合理、计算简洁, 结构断面尺寸的选取是合理的。 底板跨中正弯矩比顶板大,所以设计时底板板厚取900mm，顶板板厚取800mm才能满足抗裂要求, 同时顶、底板及侧墙支座处负弯矩也都比较大, 为满足抗裂设计要求对这些部位进加腋，腋角大小设置为900mm300mm。
5 设计中函待解决问题
车站内力计算采用的横断面计算法是目前较多采用的一种计算方法,也是一种最简化的计算方法。其缺点是忽略了板的刚度对粱的受力影响，如果板较厚,或者板厚与梁高之比介于0.2〜0.5，则板对梁纵向受力的影响是不容忽略的,实际上大多数地铁车站的板厚与梁高之比都介于这个范围,按横断面计算法的结果 可能是板的横向弯矩偏大,而纵向弯矩被忽略掉了，同时忽略掉了板对梁的弯矩的分担，致使梁的计算弯矩过大，这会导致板在某些部位（如柱边、梁边）纵向配筋不足。另外,结构横剖面在梁的支座部位与梁的胯中部位,其受力情况也是有差异的。
6 结束语
通过对蔡家站的分析，我们对地铁地下车站的设计及设计中应该注意的问题有了一个比较全面的了解。当然每个车站都有其不同的特点，我们在设计过程中应该吸取以前错误的教训，并不断进行技术创新，使我们的设计更合理，更完善。
参考文献：
〔1〕林蓼.地铁车站结构设计方向展望【J】.铁道勘测与设计,2011.