郑州轨道交通1号线二期工程铁炉站站结构初步设计.docx
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郑州轨道交通1号线二期工程铁炉站站结构初步设计
轨道交通1号线二期工程铁炉站站结构初步设计
1.概述
1.1工程概述
铁炉站站为轨道交通1号线二期工程的一个中间站，本站位于高新区铁炉村，西客运专线南侧。
车站设计起点里程右
CK6+894.765m车站设计终点里程右CK7+100.315m外包总长
206.35m、外包总宽19.50m,基坑深度16.74m。
车站设置三个出入口及两组风亭。
车站采用明挖法施工。
车站南北两端区间均拟采用盾构法施工。
1.2上阶段审查意见执行情况
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
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号线二期工程01合同段化工路站岩土工程
勘察报告》（详勘阶段2014年06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主要遵守的规、规程
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）
16）《铁路工程抗震设计规》（GB50111-2006（2009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》（TCJ49-92）
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》（GB50299-199（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）《钢筋机械连接通用技术规程》（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/T111-98）
28）《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
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.设计原则及技术标准
（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w0.15%H围护结构最大水平位移w0.15%H（H为基坑开挖深度），且w30mm附属基坑安全等级为二级：
地面最大沉降量w0.3%H围护结构最大水平位移w0.4%H（H为基坑开挖深度），且w50mm
（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，本站混凝土抗渗等级为P8。
（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》
（GB50157-2003标准进行。
4.工程地质及水文地质概况
4.1地形地貌
本站位于高新区铁炉村，西客运专线南侧，车站周边主要是居住用地。
地貌单元为黄河冲洪积平原。
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13个工程地质层。
根据地勘报告，与工程紧密相关的主要为土体，依据工程特性及成因条件，各工程地层地质特征从上至下详述如下：
各土层分布情况详见工程地质剖面图，地基土特征自上而下分
述如下：
第
（1）层（Q4ml）:
杂填土，杂色，上部10~20cm为沥青路面，下部主要为三七灰土、碎石子等，含建筑垃圾，局部含素填土。
层底
标高101.95〜104.32m,层底埋深1.0〜3.70m,层厚1.00〜3.70m,平均厚度1.88m。
第（19）层（Qal）:
粉土，黄褐色，稍湿，中密，含大量黄色铁斑，少量浅灰斑，偶见钙核、蜗屑，局部有少量的色钙纹，无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等。
层底标高96.59〜97.99m,层底埋
深7.0〜9.0m,层厚5.3〜7.50m,平均厚度6.26m。
静力触探试验Ps值4.89MPa标准贯入试验经杆长修正后平均值为13.4。
第（20）层（Qal）:
粉土，黄褐~灰褐色，稍湿，中密~密实，粘粒含量较高，含少量黄色铁斑，大量浅灰斑，偶见钙核，局部夹薄层细砂、粉质粘土，局部有少量的色钙纹，无光泽，干强度和韧性低，摇振反应中等。
在FJz1-皿11-102号孔中10.2~10.9m见钙质胶结层。
层底标高92.65〜94.49m,层底埋深10.5〜13.00m,层厚3.40〜4.00m,平均厚度3.75m。
静力触探试验Ps值4.96MPa标准贯入试验经杆长修正后平均值为11.2。
第（25）层（Cf+pl）:
粉土，褐黄色，稍湿，中密，含锈黄色斑、黑色斑块，偶见钙核，无光泽，干强度和韧性低，摇振反应中等，局部含粉质粘土。
层底标高90.93〜92.49m,层底埋深12.50〜
14.20m,层厚1.00〜2.30m,平均厚度1.98m。
静力触探试验Ps值2.18MPa;标准贯入试验经杆长修正后平均值为14.0。
第（26）层（Qal+pl）:
粉土，褐黄色，湿，中密，含少量黄色铁斑，大量浅灰斑，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。
层底标高88.43〜89.32m,层底埋深
16.00〜16.70m,层厚1.80〜3.50m，平均厚度2.53m。
静力触探试验Ps值4.96MPa标准贯入试验经杆长修正后平均值为10.6。
第（27）层（Qal+pl）:
粉土，褐黄色，很湿，中密，含锈黄色斑、黑色斑块，偶见钙核，无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等，局部含粉质粘土。
层底标高86.19〜87.65m,层底埋深18.00〜
18.80m,层厚1.50〜2.50m,平均厚度1.93m。
静力触探试验Ps值2.51MPa;标准贯入试验经杆长修正后平均值为11.7。
第（29）层（Qal+pl）:
粉土，褐黄色，很湿，密实，含锈黄色斑、黑色斑块，少量钙核，局部砂感较强，个别钻孔中见钙质胶结层，无光泽，干强度和韧性低，摇振反应中等。
层底标高84.29〜85.65m,层底埋深20.00〜20.80m,层厚1.20〜2.70m,平均厚度2.01m。
静力触探试验Ps值4.64MPa标准贯入试验经杆长修正后平均值为17.8。
第（35）层（Q^pl）:
粉质粘土，褐黄〜褐红色，可塑〜硬塑，含少许铁锰质斑点，夹少量钙核，局部成薄层钙质胶结层，切面光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。
层底标高78.49〜79.39m,层
底埋深26.00〜27.00m,层厚5.20〜7.00m,平均厚度6.01m。
静力触探试验Ps值2.02MPa标准贯入试验经杆长修正后平均值为17.7。
第（36）层（Qal+pl）:
粉质粘土，红褐色，硬塑，含铁锰质斑点，夹少量钙核，局部成薄层钙质胶结层，切面光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。
层底标高71.65〜73.39m,层底埋深32.00〜
34.00m,层厚6.00〜7.00m,平均厚度6.46m。
标准贯入试验经杆长修正后平均值为15.9。
第（37）层（Qal+pl）:
粉质粘土，红褐色，硬塑，含铁锰质斑点，夹少量钙核，局部成薄层钙质胶结层，切面光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。
层底标高65.82〜67.89m,层底埋深37.50〜39.50m,层厚5.50〜6.50m,平均厚度5.96m。
标准贯入试验经杆长修正后平均值为14.3。
第（38）层（Qal+pl）:
粉质粘土，褐红色，硬塑，含铁锰质斑点，夹少量钙核，局部成薄层钙质胶结层，切面光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。
层底标高62.93〜64.39m,层底埋深41.00〜
42.00m,层厚3.00〜3.50m,平均厚度3.25m。
标准贯入试验经杆长修正后平均值为16.3。
第（41）层（Qal+pl）:
粉土，褐红色，湿，密实，含铁锰质斑点，夹少量钙核，局部成薄层钙质胶结层，切面光滑，干强度中等，韧性中等，摇振反应中等。
最大揭露深度45m最大揭露厚度4.0m。
4.3水文地质条件
（1）地表水
场地附近无河流通过，东约800m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）地下水位埋深
本区浅层含水层岩性以粉土、粉质粘土为主，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38m左右。
根据省环境地质监测院资料，2005-2008年西区地下水变幅1.48-3.90m,判定本场地地下水位年变幅2-3m。
因此确定本区间近3-5年最高地下水位埋深约为38m标高80.3m）。
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38m,抗浮设防水位可按38m考虑。
（3）地下水类型及动态特征
在现有勘探深度，地下水类型为潜水，属弱透水、弱富水层。
含水层岩性主要以粉土、粉质粘土为主，局部夹少量粉砂，属弱透水层，富水性较差，降深5.0m的单井涌水量v100.0m3/d。
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）水质及腐蚀性评价
根据化验结果，地表水、地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢
筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
4.4地震基本烈度
抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g,设计地震分组为第二组，设计特征周期值为0.40s。
确定本场地为中软场地土，属II类建筑场地。
4.5地基土液化及震陷评价
按《建筑抗震设计规》（GB50011-2010）第431条和《铁路工程抗震设计规》（GB50111-2006第4.0.3条之规定，对20m以上饱和砂土和饱和粉土进行液化判别，本场地可不考虑液化的影响。
本场地地基土承载力特征值均大于80kPa,土层等效剪切波速大于
90m/s，故本场地可不考虑软土震陷影响。
各土、岩层物理力学指标见表4.4-1
岩土工程勘察设计参数建议值表表4.4-1
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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
施工全过程可靠
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
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。
本站位于本站位于高新区铁炉村，西客运专线南侧。
附近为村庄，地下有没有管线。
车站站位处有较好的明挖施工条件，车站有采用明挖法施工的条件，因此本车站均采用明挖法施工。
5.2主体围护结构设计
521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、SMV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521-1
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。
站址周边有构筑物及办公用房
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
站址周边有构筑物及办公用房
局部适用
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