郑州市轨道交通1号线一期工程初步设计.docx

1、郑州市轨道交通1号线一期工程初步设计郑州市轨道交通1号线一期工程初步设计1 概述1.1 工程概况本站位于中原东路与兴华北街交叉口附近，中原东路下。中原东路道路北侧主要有机械研究院家属院、郑州网通公司、郑州电信局、核五院家属院等，中原东路南侧主要有绿城广场、绿城宾馆、郑州大学以及一些住宅区。中原东路为双向四车道，行人众多，交通繁忙，且道路下方管线密集。车站主体结构为地下二层双跨结构， 顶板覆土厚3.4米，车站底板底埋深16.56米。根据本站客流量，结构选用10米单柱岛式站台，车站标准段宽度为18.50米，车站总长度180.0米，标准段高度13.06米。根据全线盾构区间工程筹划要求，车站西端设置盾

2、构始发井，车站东端为盾构到达设置矿山法施工竖井，盾构井处车站侧墙外扩1.85米，底板下沉1.05米，施工阶段在西端盾构井顶板及中板预留盾构吊装孔。车站南北两侧设有活塞风道及风井和四个出入口。车站主体及附属结构均采用明挖法施工。2 设计依据2.1 设计依据（1）郑州市城市快速轨道交通1号线工程可行性研究报告（送审稿）（2）中国国际工程咨询公司文件郑州市城市快速轨道交通1号线工程可行性研究报告的咨询报告（咨交通【2008】863号）（3）郑州市轨道交通1号线一期工程 设计技术要求（送审稿）（中铁第四勘察设计院集团有限公司 二零零八年十一月）（4）郑州市轨道交通1号线一期工程 初步设计文件编制统一规

3、定（送审稿）（中铁第四勘察设计院集团有限公司 二零零八年十一月）（5）郑州市轨道交通1号线一期工程 初步设计文件组成与内容（送审稿）（中铁第四勘察设计院集团有限公司 二零零八年十一月）（6）郑州市轨道交通1号线一期工程1标段郑州大学车站 岩土工程勘察报告（初勘阶段-中间报告电子文件）（河南省地矿建设工程（集团）有限公司 二零零八年十一月） （7）总体提供的线路、限界设计图纸（电子文件） （8）业主提供的地下管线资料 （9）业主提供的相关地下构筑物资料（10）总体总包单位制定并经甲方认可的各项技术、管理文件2.2 设计所采用主要规范1）地铁设计规范（GB50157-2003）2）混凝土结构设计规

4、范（GB50010-2002）3）钢结构设计规范（GB50017-2003）4）建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）5）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）6）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）（2006版）7）建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（2008年局部修订）8）钢筋机械连接通用技术规程（JGJ108-2003）9）地下工程防水技术规范（GB50010-2001）10）人民防空工程设计规范（GB 50225-2005）11）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）12）地铁杂散电流腐蚀防护技术规程（CJJ49-92）13）地下铁道工程施工及验收规范

5、（GB50299-1999）（2003年版）14）地下防水工程质量验收规范（GB50208-2002）15）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）16）钢结构工程施工及验收规范（GB50205-2001）17）建筑地基及基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）18）建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）19）国家、河南省、郑州市的有关规范、规程、标准、规定及本工程设计相关文件。3 设计范围本套图设计范围为车站主体及附属结构、围护结构。车站有效站台中心里程为右CK15+825.000, 设计起点分界里程为右CK15+714.968，终点分界里程为右

6、CK15+895.000，车站主体结构外包长度180米。4 设计原则及标准4.1 设计原则（1）结构设计应满足城市规划、行车运营、施工、防水、防火、防腐蚀等要求，应保证结构在施工及使用期间具有足够的强度、刚度和稳定性。（2）结构设计应根据结构或构件类型、使用条件及荷载等，选用与其特点相近的结构设计规范和设计方法。（3）应根据本站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型式。 （4）车站结构的净空尺寸除满足建筑限界和建筑设计要求外，尚应考虑施工误差、测量误差

7、、结构变形及后期沉降的影响予以确定。（5）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、抗裂及裂缝宽度等方面的检算。（6）结构设计应进行横断面方向的受力计算，对下列情况时，尚应对其纵向强度和变形进行分析： 1）覆土荷载沿其纵向有较大变化时； 2）结构直接承受建、构筑物等较大局部荷载时； 3）地基或基础有显著差异时； 4）地基沿纵向产生不均匀沉降时； 5）地震作用时； 6）靠近结构端部； 空间受力作用明显的区段，应按空间结构进行分析。（7）考虑到车站主体结构混凝土在干缩、温差及不均匀沉降等因素的影响下可能产生开裂，为使裂缝产生在人为预

8、留处,宜在车站主体结构内设置诱导缝。车站主体与通道、风道接头处，由于结构变化较大，应设置变形缝。（8）结构计算简图应符合结构的实际工作条件，反映围岩对结构的约束作用。 （9）结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施。钢结构及钢连接件应进行防锈和防火处理。 （10）地下结构设计应考虑平战结合，并应满足战时的防护、平时和战时的使用与平战功能转换的要求。4.2 设计标准（1）结构中主要构件（包括构成主体结构的与围岩接触的周边构件及其支撑构件等）和其他内部构件（包括自成结构体系的站台板、楼梯及其梁、柱、墙等）的设计使用年限为100年。（2）结构中永久构件的安全等级为一级，相应的结构构件重要性系数取1.1，

9、其他构件取1.0；临时支护结构的安全等级为三级，相应的结构构件重要性系数取0.9；在人防荷载或地震荷载组合下，相应的结构构件重要性系数取1.0。（3）结构抗震设防烈度为7度，城市轨道交通的工程的抗震设防分类为乙类，地下结构按8度结构设计时采取相应的构造措施，以提高结构的整体抗震能力。结构的抗震等级为三级。（4）地下结构中露天或无侵蚀性的水或土壤直接接触的迎土面混凝土构件的环境类别为二b类，非迎土面及内部混凝土构件的环境类别为一类，两者均视为一般环境条件。（5）结构构件在永久荷载和基本荷载作用下，应按荷载短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行结构构件裂缝验算，当计及地震、人防或其他偶然荷载作用

10、时，可不验算结构的裂缝宽度，其最大计算裂缝宽度允许值为迎水面0.2mm，背水面0.3mm。（6）结构中主要构件的耐火等级为一级。（7）结构按6级人防的抗力标准进行验算。（8）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。当地下结构处于有侵蚀地段时，应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不得低于0.8，混凝土设计抗渗等级不小于S8。（9）车站结构应按最不利情况进行抗浮验算。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。（10）最高设计水位，使用期按100年一遇的防洪设计水位。防水设计水位按全水位考虑。5 地质概况5.1 工程地质条件

11、郑州大学站地貌类型为山前冲洪积缓倾斜平原，场地较平整。根据野外编录资料，结合场地原位测试与室内土工试验成果，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15个工程地质层。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1-1层（Q4ml）：杂填土，杂色，稍湿，稍密，上部16cm为沥青路面，下部主要为三七灰土、碎石子等，含建筑垃圾。层底标高102.50104.99m，层底埋深0.72.6m，层厚0.72.6m，平均厚度1.44m。第3-1层（Q3al）：粉土，褐黄色，稍湿，稍密中密，该层顶部稍软。含铁锈斑、浅灰斑，粘粒含量稍高，局部有少量小钙核

12、。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。层底标高96.0799.95m，层底埋深5.39.0m，层厚3.48.1m，平均厚度5.9m。第3-2层（Q3al）：粉土，黄褐色棕黄色，稍湿，中密密实，局部含大量铁锈斑、少量浅灰斑，局部有少量小钙核、粘粒含量稍高，偶见蜗屑，少许钙白色斑点。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。层底标高92.495.65m，层底埋深9.312.7m，层厚2.06.3m，平均厚度4.08m。第3-3层（Q3al）：粉砂，稍湿，中密，矿物成分以长石、石英、云母为主。该层分布不稳定，只有一个249号孔见粉砂，层底埋深11.0m，层底标高93.95m，层厚1.7m。

13、第4-1层（Q3alpl）：粉土，黄褐色，稍湿，稍密中密，粘粒含量较高，局部为粉质粘土，含铁锈斑、少量浅灰斑，含有钙质结核。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。层底标高89.3891.81m，层底埋深13.515.9m，层厚1.74.4m，平均厚度3.01m。第4-5-2层（Q3alpl）：粉土，浅黄色，稍湿湿，中密密实，砂感强，含钙质结核、锈黄色条纹，偶见灰白斑块。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。层底标高87.1289.70m，层底埋深15.517.9m，层厚0.94.4m，平均厚度2.22m。第4-5-3层（Q3alpl）：粉砂，黄褐色，稍湿，中密密实，矿物成分以长石、

14、石英、云母为主。层底标高87.1390.33m，层底埋深14.517.7m，层厚0.43.3m，平均厚度1.65m。第4-6-1层（Q3alpl）：粉质粘土，棕黄褐黄色，可塑硬塑，含黄色铁斑、少量浅灰斑、黑色斑块，含粉白色钙核。稍有光滑 ,干强度中等，韧性中等，无摇振反应。层底标高83.4386.78m，层底埋深18.521.5m，层厚2.25.8m，平均厚度3.57m。第5-1层（Q2alpl）：粉质粘土，棕黄褐红色，可塑硬塑，含黄色铁锰质斑点、少量浅灰斑，夹有少量青灰斑，含有钙核。稍有光滑 ,干强度中等，韧性中等，无摇振反应。层底标高78.5383.05m，层底埋深22.226.3m，层厚

15、2.86.3m，平均厚度4.60m。第5-2层（Q2alpl）：粉质粘土，褐红棕红色，硬塑，含有较多钙质结核、铁锰质斑点，在FJz1-08-238号25.026.3m处为钙质胶结。稍有光滑,干强度中等，韧性中等，无摇振反应。层底标高73.9579.09m，层底埋深26.431.0m，层厚2.16.9m，平均厚度3.72m。第5-3层（Q2alpl）：粉质粘土，浅红褐棕黄色，硬塑，见铁锰质斑点，偶见钙质结核，切面光滑。稍有光滑 ,干强度中等，韧性中等，无摇振反应。层底标高69.2073.27m，层底埋深31.836.0m，层厚4.09.0m，平均厚度6.26m。第6-1-1层（Q2alpl）：粉

16、质粘土，红褐色棕红色，硬塑，含有黑色铁锰质斑点夹青灰斑，偶见钙质结核，切面光滑。稍有光滑 ,干强度中等，韧性中等，无摇振反应。层底标高64.4368.47m，层底埋深37.140.4m，层厚1.88.2m，平均厚度4.73m。第6-1-2层（Q2alpl）：粉质粘土（钙质胶结），褐黄色浅红褐，硬塑，含有大量钙质结核，局部钙质胶结，岩芯呈短柱状，柱长为315cm，难以击开。层底标高61.3567.70m，层底埋深37.543.4m，层厚1.53.2m，平均厚度2.53m。第6-2-1层（Q2alpl）：细砂：湿，中密密实，矿物成分以长石、石英、云母为主。该层分布不稳定，只有一个233号孔见，层顶

17、埋深37.5m，层顶标高67.7m， 揭露层厚7.5m。第6-2-2层（Q2alpl）：细砂（砂质胶结）：湿，密实，局部砂质胶结，矿物成分以长石、石英、云母为主。该层分布不稳定，只有一个232号孔见，层顶埋深38.3m，层顶标高67.59m， 揭露层厚6.7m。5.2 水文地质条件在现有勘探深度内，地下水类型为潜水，属弱透水、弱富水层，含水层岩性以粉土为主，主要接受大量降雨及侧向迳流补给，主要消耗于人工开采。勘察期间，钻孔中所测的地下水位为混合水位，初见水位为17.822.5m左右，据了解场地内地下水位年变幅1.0-3.0 m，多年变幅4-5m。根据气象资料，本地区干燥度指数小于1.5，属湿润

18、区，场地土层含水量一般大于30%，因此可判定本地区环境类型为类。根据区域资料，本场地地下水对混凝土结构没有腐蚀性，但对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性，同时对钢结构也有弱腐蚀性。需根据工业建筑防腐设计规范（GB50046）的有关规定采取防护措施。 5.3 场地地震基本烈度据建筑抗震设计规范“GB50011-2001”规范附录A，郑州市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.15g。根据本场地资料，覆盖层厚度40m左右，根据站点波速测试资料，场地20m深度内土层的等效剪切波速为275.0 m/s、276.3 m/s，平均值Vse大于250m/s，根据建筑抗震设计规范G

19、B50011-2001第4.1.3条，确定本场地为中硬场地土；属类建筑场地；按照“GB50011-2001”规范第5.1.4条，场地特征周期值为0.35s。6 车站结构设计6.1 结构方案的选择6.1.1 围护结构方案根据工程地质、水文情况及车站周边条件，基坑规模等条件，基坑围护结构有以下几种可供选择：地下连续墙、钻孔咬合桩、钻孔灌注桩、SMW桩。围护结构方案比较表 表6.1-1项目SMW桩钻孔咬合桩地下连续墙钻孔灌注桩对地层的适用性适用于软弱地层适用于软弱地层，也可适用于一定自稳能力的地层主要适用于软弱地层；也可用于半土半石的地层。适用于地下水位以上、有一定自稳能力的地层围护结构效果围护结构

20、刚度较大、变形较小，基坑施工对邻近建筑与地下管线影响较小围护结构刚度大、变形小，基坑施工对邻近建筑与地下管线影响小围护结构刚度大、变形小，基坑施工对邻近建筑与地下管线影响较小围护结构刚度大、变形小，基坑施工对邻近建筑与地下管线影响小防水效果施工质量易保证、造价较低沿墙体无接缝，止水效果好两桩间实施切割咬合，全套管的护孔方式保证了桩间紧密咬合，形成良好的整体连续结构。防水效果取决于墙接头的质量，总体上防水效果较好。不起防水作用，需另外施工止水帷幕与永久结构结合情况内插型钢回收，不考虑作为永久结构作为永久结构的一部分受力可为单层结构，亦可与内衬墙组成复合结构或重合结构共同受力作为永久结构的一部分受

21、力对环境的影响无泥浆污染，废土外运量只有连续墙工法的1/5左右。无须排放泥浆，近于干法成孔，机械设备噪音低、无振动产生泥浆和噪音，对环境造成一定的污染。产生泥浆和噪音，对环境造成一定的污染。设备要求需专用大型设备需专用小型设备需大型挖槽机不需大型设备场地要求开阔，空旷较小较大较小工艺、难度工艺成熟，难度小工艺成熟，难度小工艺成熟，难度小工艺成熟，难度小施工进度施工速度快速度较快软弱地层速度较快速度较快造价低较低高低（不含止水帷幕）比选结果不推荐推荐不推荐不推荐由于本工程工期紧，同时本站西端作为盾构始发井，需要尽快提供盾构井，因此不宜选择造价高、施工速度相对较慢的地下连续墙支护形式作为本站围护结

22、构。SMW工法适合本站地层条件，施工快速，造价低廉，但该工法刚度小，抗变形能力差，由于车站南北两侧临近多处多层建筑，该工法不利于对周边建筑保护，因此也不推荐采用SMW工法。钻孔灌注桩作桩排式围护结构，其优点在于刚度大、布置灵活，可作为永久结构的一部分。不足之处在于桩间止水性能差，需在桩间设置止水帷幕作隔水处理，一般采用旋喷桩。钻孔咬合桩相邻混凝土排桩间部分圆周相切，使之形成具有良好防渗作用的整体连续挡土支护结构。该法特点为：无须排放泥浆，近于干法成孔，机械设备噪音低、无振动，大大减少工程施工时对环境的污染；对沉降及变位容易控制，能够紧邻相近的建筑物、地下管线施工；全套管的跟管钻进及其掘进方法，

23、有效的防止了孔内流沙、涌泥，并可进行嵌岩，保证了成桩质量。郑州大学站场地地质条件较好，地下水位较深，采用钻孔灌注桩时可省去桩间止水帷幕，因此与钻孔咬合桩相比，造价更低。且该工法设备较小，在本站所能提供的施工场地可以灵活运用，因此推荐该结构形式作为本站围护结构。经过比选，围护结构推荐采用钻孔灌注桩，根据地质条件及西安等地围护结构设计施工经验，采用10001400钻孔灌注桩，围护桩嵌固深度为6m。6.1.2 主体结构方案车站设计为地下二层双跨结构，有效站台中心里程为右CK15+825.000,顶板覆土厚3.4米。根据本站客流量，结构选用10米单柱岛式站台，车站标准段宽度为18.50m，车站总长度1

24、80.0m，总高度13.06米。根据全线盾构区间工程筹划要求，车站西端设置盾构始发井，东端设置矿山法施工竖井，盾构井处车站侧墙外扩1.85米，地下二层层高加高1.05m。6.2结构计算6.2.1 围护结构计算1）主要尺寸的拟定车站基坑长180.0m、标准段宽18.5 m、深16.56m，盾构井基坑深17.61m，根据本站的工程地质和水文地质条件，基坑变形控制要求，施工作业空间等因素，按工程类比法和理论计算，确定围护结构采用10001400钻孔灌注桩。内支撑系统采用609，t=16钢管支撑，支撑水平间距4.0m。基坑竖向设3道支撑。围护桩嵌固深度为6m。2）计算图式围护结构按弹性地基梁法进行内力

25、和位移计算，简化为平面问题。本设计按“增量法”原理模拟施工开挖、支撑、和回筑的全过程，遵循“先变形、后支撑”的原则。围护结构在施工阶段，按施工过程进行受力分析，开挖期间围护结构作为支挡结构，承受全部的水土压力和地面超载。采用弹性支点杆系有限元法计算，被动土压力按弹性地基梁考虑，其水平抗力系数按m法确定。地面超载取20kN/m2。计算模型见图6.2-1。图6.2-1 围护结构计算模型3）荷载组合荷载组合：结构自重+地层压力+水压力+地面车辆荷载引起的侧向土压力+施工荷载+侧向地基抗力4）结构计算及分析围护结构计算选标准断面进行计算分析计算，水土压力采用水土合算。采用理正深基坑支护结构设计软件F-

26、SPW计算。标准断面： 围护桩嵌入深度6m。基坑围护结构荷载分类表 表6.2-1 荷载类型荷载名称永久荷载结构自重地层压力静水压力地基下沉影响力侧向地基抗力及地基反力可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及其引起的侧向土压力其他可变荷载施工荷载围护桩受力结果：最大弯矩1113.79KN-m，剪力762.49KN，最大支撑轴力2447.26KN。围护桩变形结果：侧向变形11.19mm。围护桩稳定性验算结果：整体稳定安全系数2.2321.200。图6.2-2 标准断面围护结构内力包络图6.2.2 主体结构计算1）主要尺寸的拟定根据结构使用要求，并考虑地震作用和人防荷载，根据工程类比法和结构计算确定结构尺

27、寸。设计结构顶板厚800mm，站厅层板厚400mm，底板厚1000mm；纵梁设计顶梁高1600 mm，宽1000 mm，中层梁高800 mm，宽900 mm，底梁高1800 mm，宽1000 mm；侧墙厚600mm，均采用C30钢筋混凝土结构；柱子采用C50钢筋混凝土结构，柱纵向间距8.0m，截面6001000mm。2）计算图式结构简化为底板支撑在弹性地基上的结构物计算，按平面应变问题进行计算分析，采用荷载结构模型进行计算。围护桩和内衬墙之间设防水层，二者之间只能传递压力而不能传递拉力、剪力、弯矩，按重合墙考虑。纵梁按连续梁计算。计算模型与简图见图6.2-3.图6.2-3 主体结构计算模型3）

28、荷载组合主体结构设计荷载见表6.2-2 施工期间：荷载组合（一）：结构自重+地层压力+水压力+地面车辆荷载及其冲击力+施工荷载地下结构荷载分类表 表6.2-2荷载类型荷载名称永久荷载结构自重地层压力静水压力及浮力设备重量地基下沉影响力侧向地基抗力及地基反力可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及其冲击力地面车辆荷载引起的侧向土压力地下铁道车辆荷载及其冲击力人群荷载其他可变荷载施工荷载偶然荷载地震荷载、6级人防荷载使用期间：荷载组合（二）：结构自重+地层压力+水压力+地面车辆荷载及其冲击力+人群荷载+设备荷载+地下铁道车辆荷载及其冲击力偶然荷载组合：荷载组合（三）：结构自重+地层压力+水压力+设备荷载

29、+人防荷载荷载组合（四）：结构自重+地层压力+水压力+设备荷载+地震荷载4）结构计算及分析计算分承载力极限状态与于正常使用极限状态进行分析，按最不利组合情况进行结构设计。主体结构与围护桩以重合墙形式共同承载。计算结果见图6.2-4、图6.2-5。弯矩图（kN-M） 轴力图（kN）图6.2-4 车站承载能力极限状态弯矩图、轴力图弯矩图（kN-M） 轴力图（kN）图6.2-5 车站正常使用状态弯矩图、轴力图5）结构强度、刚度、裂缝、稳定性及抗浮计算结构配筋：顶板配筋率0.8%，中板配筋率0.7%，底板配筋率0.8%，顶板纵梁配筋率1.5%，中板纵梁配筋率0.6%，底板纵梁配筋率1.8%，侧墙配筋率

30、0.9%，柱子配筋率2.0%，计算满足要求。刚度验算： 计算各梁的挠度均小于L0/400，满足规范要求。裂缝验算：按裂缝控制配筋，裂缝控制标准迎水面0.2mm，背水面0.3mm,内部结构0.3mm。验算最大裂缝小于控制标准。抗浮验算：地下水位线按地面线以下17.0米计，计算结构抗浮满足。验算人防荷载、地震作用时，强度检算满足要求。7 工程材料（1）梁、板、内衬墙砼结构：C30钢筋混凝土，内衬墙、顶、底板砼抗渗标号S8；（2）中柱：C50钢筋混凝土；（3）钻孔灌注桩：C30钢筋混凝土及素混凝土（4）钢筋：HPB235级、HRB335级；（5）内支撑: 609 Q235钢管, t=16mm （6）腰梁:工40C（两根加缀板焊接）（7）垫层：C20素混凝土（8）喷砼：C20素混凝土（9）钢筋网：6.5150150（10） 防水层：顶板：2.5mm单组分聚氨脂涂膜防水层，底板及侧墙：4 mm厚自粘式防水卷材。8 结构防水设计8.1 结构防水标准及设计原则8.1.1 防水标准1）车站及出入口通道均须达到地下工程防水等级一级标准，风道结构须达到防水等级二级标准。2）车站结构应采用防水混凝土，其抗渗等级S8。8.1.2 防水设计原则车站结构防水遵循“以防为主、防排结合、刚柔相济、多道设防、因地制宜、