郑州市轨道交通1号线雪松路站结构二期工程初步设计.docx
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郑州市轨道交通1号线雪松路站结构二期工程初步设计
市轨道交通1号线雪松路站结构二期工程初步设计
1概述
1.1工程概况
雪松路站位于市中原区上路与雪松路交叉处，上路北侧，呈东西走向布置。
西接铁炉站，东接凯旋路站，是轨道交通一号线二期工程的第七座车站。
车站西北侧为石油分公司西郊北加油站，南侧为上路。
上路虽然为市的主要道路，但不是位于主要市区，车流人流较小。
地面标高约3.39～3.55m。
顶板覆土厚度为3.1～3.4m。
车站西端头井为盾构始发井，东端头井为二次始发井。
车站有效站台中心里程：
右DK8+641.000，设计起点里程：
右DK8+549.300，设计终点里程：
右DK8+860.300（端头墙外侧）。
本次施工结构外包全长311.00m，标准段外包宽度为19.5m。
雪松路站主体结构为双层双跨（局部三跨）钢筋混凝土框架箱型结构，设置4个出入口，2个紧急消防疏散通道，8个风亭，消防疏散通道及风亭均为顶出。
1.2前阶段审查意见及执行情况
1号线二期总体设计专家咨询会无针对本站的具体意见。
2设计依据、围
2.1设计依据
1）《市轨道交通1号线二期总体设计专家咨询会专家意见》
2）《地下管线普查探测报告》（省地球物理工程勘察院）
3）《市轨道交通1号线03合同段河工大站场地岩土工程勘察报告》（详勘阶段2014年01月）
4）1号线工程设计总体总包部及系统单位提供的相关资料
5）有关会议纪要、公文及政府部门提供的基础资料
6）业主的其他要求
2.2设计采用的主要技术规与标准
1）《城市铁道工程项目建设标准》（建标104-2008）
2）《城市轨道交通技术规》（GB50490-2009）
3）《地铁设计规》（GB50157-2013）
4）《建筑结构荷载规》（GB5009-2012）
5）《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）
6）《建筑抗震设计规》（GB50011-2010）
7）《混凝土结构设计规》（GB50010-2010）
8）《建筑地基基础设计规》（GB50007-2011）
9）《建筑桩基技术规》（JGJ94-2008）
10）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
11）《地下工程防水技术规》（GB50108-2008）
12）《人民防空工程设计规》（GB50225-2005）
13）《轨道交通工程人民防空设计规》（RFJ02-2009）
14）《钢结构设计规》（GB50017-2003）
15）《铁路隧道设计规》（TB10003-2005、J449-2005）
16）《铁路工程抗震设计规》（GB50111-20062009版）
17）《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规》（TB10002.3-2005）
18）《混凝土结构耐久性设计规》（GB/T50476-2008）
19）《建筑基坑工程监测技术规》（GB50497-2009）
20）《砌体结构设计规》（GB50003-2011）
21）《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CCJ49-1992）
22）《混凝土外加剂应用技术规》（GB50199-2013）
23）《地下铁道工程施工及验收规》（GB50299-1999（2003年版））
24）《混凝土结构工程施工质量验收规》（GB50204-2015）
25）《地下防水工程质量验收规》（GB50208-2011）
26）《钢筋机械连接技术规程》（JGJ107—2010）
27）《城市轨道交通岩土勘察规》（GB50307-2012）
28）《建筑与市政降水工程技术规》（JGJ/T111-1998）
29）《城市轨道交通地下工程建设风险管理规》（GB50652-2011）
30）国家、省、市的其他有关规、标准等
2.3设计围
本次初步设计围：
车站主体围护结构、主体结构设计及附属结构。
3主要设计原则及技术标准
3.1主要设计原则
车站有效站台中心里程：
右DK8+641.000，设计起点里程：
右DK8+549.300，设计终点里程：
右DK8+860.300（端头墙外侧）。
本次施工结构外包全长311.00m，标准段外包宽度为19.5m。
初步设计包括车站的围护结构和主体结构设计，防水设计，交通疏解设计，管线迁改设计等。
3.2主要设计标准
1）车站结构设计应根据结构类型、使用条件、荷载特性、施工工艺等条件进行，并考虑沿线的工程水文地质、总体规划要求、环境条件，对技术、经济、环保和使用效果作综合比较。
2）车站结构设计除满足城市规划、施工、运营、防火、防水、防杂散电流的要求外，尚应具有足够的耐久性。
地铁工程设计使用年限为100年，车站结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1，耐火等级为一级，防水等级为一级。
3）车站结构的净空尺寸除满足建筑限界和建筑设计、施工工艺及其它使用要求外，还考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降的影响。
其值可根据地质条件、结构类型、施工工序等条件并参照类似工程的实测值予以确定。
4）深基坑工程设计应根据国家有关规、省地方法规的要求，结合车站周边不同的环境条件等采取相应的技术措施。
严格控制工程施工引起的地面沉降量，其允许数值应根据地铁沿线不同地段的地面建筑及地下构筑物等的实际情况确定，并因地制宜地采取措施。
本车站主体基坑安全等级为一级：
地面最大沉降量≤0.15%H，围护结构最大水平位移≤0.15%H（H为基坑开挖深度），且≤30mm；附属基坑安全等级为二级：
地面最大沉降量≤0.3%H，围护结构最大水平位移≤0.4%H（H为基坑开挖深度），且≤50mm。
5）结构设计应根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件及城市总体规划要求，结合周围地面既有建筑物、管线、道路交通状况以及区间隧道施工方法，通过对技术、经济、环保及使用功能等方面的综合比较，合理选择施工方法和结构方案。
6）结构设计应分施工阶段和使用阶段，按照承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，进行承载力、稳定、变形、抗浮及裂缝宽度等方面的验算。
结构计算中，应考虑施工中已形成的支护结构的作用。
7）钢筋混凝土及混凝土除满足强度需要外，还必须考虑抗渗和抗侵蚀的要求，本站地下一层和二层混凝土抗渗等级为P8，地下三层混凝土抗渗等级为P10。
8）车站结构的裂缝控制等级为三级，即结构允许出现裂缝。
钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度允许值应根据结构类型、使用要求、所处环境条件等因素确定。
本车站结构的设计使用年限为100年，车站中楼板、中梁、中柱等部构件所处的环境的为一类环境，与土壤或水直接接触的顶板、底板、边墙、顶梁、底梁等外围构件所处的环境为二a类环境，结构设计时，按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响的最大裂缝宽度允许值应符合如下规定：
外围构件结构最大裂缝宽度迎水面不大于0.2mm，背水面不大于0.3mm；部构件最大裂缝宽度不大于0.3mm。
9）建立监测系统，在施工过程中，尽可能减小对车站周围环境的负面影响，并在设计中明确相应的技术措施（如地基加固、施工参数等）和施工监测容。
10）地铁结构抗震设防烈度按7度进行抗震设计，轨道交通为乙类建筑，地铁车站按照三级进行抗震计算，并提高一级采取抗震构造措施。
11）地下车站必须具有战时防护功能，在规定的设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并采取相应的防护措施。
12）结构应按最不利荷载情况进行抗浮稳定验算。
在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05。
当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。
当结构抗浮不能满足要求时，应采取相应的结构抗浮措施。
13）结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施，以防止杂散电流对结构的腐蚀。
钢结构及钢连接件应进行防锈和防火处理。
14）结构防水设计应根据工程地质、水文地质、地震烈度、环境条件、结构形式、施工工艺及材料来源等因素进行，并遵循“以防为主、多道设防、刚柔结合、因地制宜、综合治理”的原则，按照《地下工程防水技术规》（GB50108-2008）及《地铁设计规》（GB50157-2013）标准进行。
4工程地质及水文地质概况
4.1地形地貌
根据地貌形态及成因，市区地貌类型划分为黄土地貌和流水地貌二大类型。
本场地主要为山前冲洪积缓倾斜平原，地形较平坦，场地平整。
4.2工程地质条件
根据野外钻探编录资料及原位测试资料，结合室土工试验成果，本场地45m以上地基土属第四系（Q）沉积地层，按其成因类型、岩性和工程性能可划分9个工程地质层。
第
（1）层（Q4ml）：
杂填土，杂色，稍密，稍湿，上部10～40cm多为沥青路面，下部主要为三七灰土、碎石子等，含建筑垃圾及素填土。
层底标高119.25～122.48m，层底埋深1.6～4.0m，层厚1.6～4.0m，平均厚度2.35m。
第（10）层（Q3al）：
黏质粉土：
褐黄色，稍密，稍湿；黏粒含量稍高，局部为粉质黏土，含铁锈斑、少量浅灰斑、灰白色条纹，偶见粒径约0.1～3cm钙核和植物根系。
无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中。
层底标高116.92～119.79m，层底埋深3.8～7.0m，层厚1.3～4.5m，平均厚度2.98m。
静力触探试验Ps平均值2.72MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为10.4。
第（19）层（Q3al）：
黏质粉土（黄土状粉土），黄褐色、褐黄色，稍湿，中密，黏粒含量稍高，局部夹粉质黏土薄层，含铁锈斑，少量浅灰斑，灰白色条纹，偶见钙核、蜗屑，局部有少量的白色钙纹，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等。
层底标高110.01～115.19m，层底埋深8.3～13.6m，层厚2.7～7.3m，平均厚度5.05m。
静力触探试验Ps平均值7.32MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为14.6。
第（20）层（Q3al）：
黏质粉土，黄褐色、灰褐色、灰黄色，稍湿，中密，黏粒含量较高，含少量黄色铁斑，大量浅灰斑，偶见钙核，局部有少量白色钙纹，局部夹薄层细砂、粉质黏土，无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等。
层底标高107.21～111.09m，层底埋深12.5～15.8m，层厚2.1～5.0m，平均厚度3.62m。
静力触探试验Ps平均值9.04MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为15.2。
第（25）层（Q3al+pl）：
黏质粉土，褐黄、灰黄色，稍湿，中密，含锈黄色斑、黑色斑块，偶见钙核，局部有少量的白色钙纹，无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等，局部含粉质黏土。
层底标高102.61～106.11m，层底埋深17.3～19.8m，层厚2.8～6.2m，平均厚度4.65m。
静力触探试验Ps平均值3.14MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为11.8。
第（28）层（Q3al+pl）：
黏质粉土，褐黄、灰黄，稍湿，中密，含锈黄色斑、黑色斑块，少量钙核，无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等。
层底标高98～101.08m，层底埋深22.6～25.8m，层厚3.6～7.4m，平均厚度5.32m。
静力触探试验Ps平均值7.94MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为14.7。
第（35）层（Q2al+pl）：
粉质黏土，褐黄～褐红色、棕红色夹灰绿色，可塑，含少许铁锰质斑点，夹少量钙核，局部富集或呈薄层钙质胶结层，切面光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。
层底标高88.09～92.26m，层底埋深31.4～35.6m，层厚6.6～12.0m，平均厚度9.06m。
静力触探试验Ps平均值2.11MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为15.1。
第（36-1）层（Q2al+pl）：
黏质粉土，褐红色，密实，湿，黏粒含量稍高，含锈黄色斑、黑色斑块，少量钙核，局部砂感较强，无光泽，干强度和韧性低，摇振反应中等。
层底标高83.85～88.65m，层底埋深35.0～38.8m，层厚2.2～6.7m，平均厚度4.07m。
标准贯入试验经杆长修正后平均值为16.2。
第（37）层（Q2al+pl）：
粉质黏土，红褐色、褐黄色、棕黄色，可塑，局部夹黏质粉土薄层，含铁锰质斑点，夹少量钙核，切面较光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。
层底未揭穿，揭露层厚6.4～8.2m。
标准贯入试验经杆长修正后平均值为15.5。
各土、岩层物理力学指标见表4.2-1：
岩土工程勘察设计参数建议值表表4.2-1
地层代号
岩土名称
重度
天然含水量
直剪快剪
固结快剪
三轴试验
压缩系数
压缩模量
静止土压力系数
基床系数
灌注桩水平抗力系数的比例系数
承载力特征值
一次常压注浆锚杆的极限黏结强度标准值
成孔注浆土钉的极限黏结强度标准值
基底摩擦系数
临时放坡率
永久放坡率
土层电阻率
摩擦角
黏聚力
摩擦角
黏聚力
摩擦角
黏聚力
摩擦角
黏聚力
水平
垂直
γ
w
Φq
Cq
Φc
Cc
Φuu
Cuu
Φcu
Ccu
a0.1-0.2
Es0.1-0.2
KO
Kv
Kh
m
fak
qsk
qsk
f
kN/m3
%
°
kPa
°
kPa
°
kPa
°
kPa
MPa-1
MPa
MPa/m
MPa/m
（MN/m4）
kPa
kPa
kPa
Ω.m
10
黏质粉土
19.1
19.7
20.2
17.1
21.8
21.4
17.0
15.2
22.2
17.1
0.24
7.21
0.49
12
12
5.5
120
32
30
0.25
1:
1
1:
1.5
53.3
19
黏质粉土
18.9
18.6
22.1
17.3
22.4
20.6
19.5
16.4
23.1
20.8
0.20
9.01
0.44
22
20
7.8
150
46
44
0.30
1:
1
1:
1.5
53.3
20
黏质粉土
18.9
19.4
22.3
17.4
23.5
20.8
16.9
15.6
24.2
20.9
0.20
10.50
0.42
28
25
9.8
190
52
50
0.32
1:
1
1:
1.5
32.2
25
黏质粉土
19.4
19.4
20.6
17.2
21.5
20.3
18.1
10.6
22.6
20.4
0.23
7.41
0.47
15
15
6.8
140
40
40
0.26
1:
1
1:
1.5
32.2
28
黏质粉土
19.3
20.1
21.6
17.6
23.7
20.1
23.8
20.2
0.21
10.74
0.43
28
26
9.5
190
52
48
0.31
1:
1
1:
1.5
32.2
35
粉质黏土
19.6
21.9
18.1
32.5
0.20
9.27
0.43
28
27
11.5
190
54
42
16.4
36-1
黏质粉土
19.3
22.2
21.9
18.0
0.18
10.96
0.41
28
26
12.0
200
16.4
37
粉质黏土
19.5
23.1
18.6
32.5
0.18
11.73
0.42
30
28
13.0
210
16.4
4.3水文地质条件
（1）地表水
场地附近无河流通过，东约1.6Km处有西流湖，湖底标高105.0m，湖水深1.0～1.5m，底部淤泥厚度1.5m左右，渗漏量很小。
（2）场地地下水类型及岩土富水性
在现有勘探深度，地下水类型为潜水。
含水层岩性主要以黏质粉土、粉质黏土为主，局部夹少量粉砂，属弱透水、弱富水层。
（3）地下水的补给、径流、排泄及动态特征
本站浅层含水层岩性以黏质粉土、粉质黏土为主，属松散岩类孔隙潜水，天然条件下浅层地下水流向东北NE7o，流速为4.36×10-3m/d，水力坡度3.97‰。
地下水主要接受大气降水的入渗补给以及上游的水平径流补给，排泄方式主要以人工开采及水平径流为主。
（4）水、土的腐蚀性评价
1、地下水水化学特征
根据水质分析结果，按舒卡列夫分类方法本场地水化学类型主要为HCO3－Ca·Na·Mg型。
根据气象资料，本地区干燥度指数小于1.5，属湿润区，场地土层含水量一般小于30%，因此可判定本地区环境类型为Ⅲ类。
2、地下水的腐蚀性评价
根据雪松路站-凯旋路站区间W23的水质分析结果试验结果，依据《岩土工程勘察规》（GB50021-2001）第12.2节对水腐蚀性进行评价，该场地地下水对混凝土结构具有微腐蚀性和钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。
需根据《工业建筑防腐设计规》（GB50046）的有关规定采取防护措施。
（5）地下水位埋深
本区浅层含水层岩性以粉土、粉质黏土为主，属松散岩类孔隙潜水，地下水类型为潜水。
勘察期间地下水位埋深43.0m。
考虑到目前本区间地下水受市开采影响，地下水位变化受人为控制，建议百年最高地下水位埋深为41.0m，标高86.00m。
（6）地震基本烈度
抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.15g。
5车站结构设计
5.1施工方法选择
一般是根据车站的场地条件、地质条件、地下管线、工程地质和水文地质条件、环境保护要求、功能要求等特点，并综合考虑施工工艺、工期、工程造价、工程质量等各方面因素确定最合适的施工方法。
目前国地铁车站施工较为常用的方法有：
明挖法、盖挖法和暗挖法。
地铁基本施工方法的主要特点比较表5.1-1
工法
明挖法
盖挖法
暗挖法
占路时间
施工全过程
施工前期
无（或很少）
施工作业条件
好
较好
较差
施工工艺
简单
比较简单
复杂
施工安全度
可靠
可靠
须重视
工期
最短
较短
较长
拆迁量
大
同明挖法
小
环境保护
不利
有影响
有利
造价
最低
较低
较高
结构受力
简单
较简单
复杂
断面利用率
高
高
较低
地面沉降
可控性强
可控性强
可控性差
工程质量
易于保证
易于保证
有难度
从上表比较可以看出，暗挖法在三者间技术、经济性较差，仅在交通无法导改，或导改后对交通影响较大，以及地下建（构）筑物、地下管线无法改移时考虑。
盖挖法又分盖挖顺作法和盖挖逆作法。
由于盖挖顺作法与明挖法在施工顺序上和技术难度上差别不大，前者挖土和出土工作因受覆盖板的限制，无法使用大型机具，需要采用特殊的小型、高效机具。
而且盖挖顺作需使用支撑或打锚杆，增加投资。
盖挖逆作法在施工便利、工期、造价、工程质量等方面，不及明挖法，仅在中心街区、商业繁华等对环境文明要求程度较高地区选用。
由于明挖法施工安全、质量可靠、技术较为简单、造价低、工期短，具有盖挖法和暗挖法无可比拟的优越性，应优先采用。
雪松路站位于市中原区上路与雪松路交叉处。
空中有电线，地下有各种动力、通讯、照明、燃气、自来水、污水等管线，地表以下障碍物较少。
车站站位处有较好的明挖施工条件，因此采用明挖法施工。
6主体围护结构设计
6.1主体围护结构选型
地区常见的车站围护结构形式有放坡、土钉墙、水泥土重力式挡墙、SMW桩、钻孔桩、地下连续墙等，针对本站具体情况，各种围护结构形式比较如下表：
常用支护结构适用条件表6.1-1
结构
形式
适用条件
不宜使用条件
是否适用
本工程
放
坡
基坑周边开阔，满足放坡条件；
允许基坑边土体有较大水平位移；
开挖面以上一定围无地下水或已经降水处理；
可独立或与其它结构组合使用。
站址周边为居民小区和学校
不适用
土
钉
墙
允许土体有较大位移；岩土条件较好；
地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土、砂土；
已经降水或止水处理的岩土；
开挖深度不宜大于12m。
站址周边为居民小区和学校
局部适用
（出入口出地面处）
水泥土重力式挡墙
开挖深度不宜大于7m，允许坑边土体有较大的位移；填土、可塑～流塑粘性土、粉土、粉细砂及松散的中、粗砂；
墙顶超载不大于20kPa
周边无足够的施工场地；
周边建筑物、地下管线要求严格控制基坑位移变形。
不适用
SMW桩
可在粘性土、粉土、砂砾土等松较地层中应用；施工场地较大，允许基坑边土体有较大水平位移；
开挖深度>15m的深大基坑
不适用
钻孔桩
可适用于各种土层；周边环境对基坑土体的水平位移控制有较高要求。
适用（车站基坑）
地下连续墙
所有止水要求严格以及各类复杂土层的支护工程；任何复杂周边环境的基坑支护工程
造价高
不适用
本站主体结构基坑开挖深度约16.5m，结合周围环境及相关地质，采用钻孔灌注桩加支撑的支护形式；出入口通道附属结构，当基坑开挖深度大于5米时，仍采用钻孔灌注桩加支撑的支护形式；小于5米时可视周边环境情况采用土钉墙支护，横穿上路的一段附属结构采用暗挖法施工。
围护桩作为基坑开挖及主体结构回筑期间的支挡结构，承受全部的土压力及附加活载产生的侧压力，应根据开挖工况和施工顺序逐阶段计算其力及变形，支护体系应满足整体稳定、抗倾覆、抗隆起等要求。
经计算并结合工程类比情况，本站主体围护结构支护参数拟定如下：
标准段围护桩采用Φ10001500钻孔灌注桩（盾构井段采用Φ10001400），桩间设网喷层；支撑体系采用三道16厚Φ609钢管撑。
6.2围护结构计算图式及荷载
围护结构受力计算模拟施工全过程，按荷载“增量法”原理进行。
围护结构力按弹性地基杆系有限元法计算分析，模拟开挖、支撑、换撑的实际施工过程，基坑外侧土压力按朗肯主动土压力计算。
以渗透系数为标准，k≤1m/d时采用水土合算，k>1m/d时采用水土分算。
开挖面以下用一组弹簧模拟地层水平抗力。
施工各阶段计算简图见图6.2-1。
围护结构计算时，其荷载主要有以下几种：
1）结构自重：
钢筋混凝土自重按25kN/m3；2）水土侧压力：
施工阶段按朗肯主动土压力进行计算，以渗透系数为标准，k≤1m/d时采用水土合算，k>1m/d时采用水土分算。
3）地面超载：
按20kN/m2考虑。
图6.2-1施工阶段计算简图
6.3计算结果及分析（力与位移）
经计算分析和工程类比，车站底板基本上位于（25）粉土层。
车站标准段排桩的插入深度按插入基坑面以下6.0m设计。
河工大站基坑标准段围护结构力包络图见图6.3-1，钢管支撑竖向设3道。
支撑设计轴力为：
第一道N=1086.5kN，第二道N=3025kN，第三道N=2602.5kN，围护结构计算最大水平位移17.82mm，抗倾覆安全系数Ks=2.742>=1.250,抗隆起稳定性Ks=2.164≥1.800，各项安全指标满足规要求。
图6.3-1施工阶段φ10001500钻孔桩计算结果力图
φ10001500钻孔桩控制力表（设计值）表6.3-1
桩径
（mm）
弯矩
（kN·m）
剪力
（kN）
位移
（mm）
纵筋配筋率
（%）
1000
1184.62
627.44
17.82
1.49
根据计算分析结果，在标准段本车站围护结构采用φ10001500钻孔桩，桩主筋采用24φ25，纵筋配筋率1.49%。
支撑采用竖向3道，第一道Φ609，
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