南京地铁4号线草场门站结构设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1、 地铁简介

地下铁道，简称地铁。为了减少大城市地面交通拥挤而在地下修建的一种专门铁道。地下铁道一般都用电力机车牵引，以减少废气、噪声污染。地下铁道的线路一般都采用混凝土灌注的整体道床，以减少维修工作的困难。同时道床较薄，无需更高的净空高度，土石方工程量也随之减少。地下温差小，地铁一般采用无缝线路。地铁车站一般都装饰的较华丽，有供旅客活动得足够面积和上到地面的阶梯。

地铁主要是由线路、列车、车站等组成的交通体系。此外还有供电、通信、信号、通风、照明、排水等系统。地铁线路由路基与轨道构成，轨道与铁路轨道基本相同，它一般采取较重型的钢轨地铁列车均采用由电力动车组成的动车组。地铁车站是列车到发和乘客集散的场所，一般建在客流量较大的集散地。地铁车站按站台形式可以分为三类:①岛式站台车站，站台位于两条线路之间。可以调节上下行不均衡的客流，充分利用站台面积，便于管理，应用比较广泛。②侧式站台车站，站台位于两条线路外侧，须分别设置两个站台。③混合式车站，一个车站内既有岛式站台，又有侧式站台，它们之间用天桥或地道相连，仅为多线车站所使用。地铁行车信号采用轨道电路自动闭塞信号和电气集中设备，地铁运营的基本要求是快速、准确、安全、舒适、有秩序的运送乘客。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1、设计内容与要求

1、设计资料的收集，系统学习地铁车站结构类型和相关计算理论；

2、地铁车站建筑设计方案比较与选择；

3、地铁车站主体结构设计方案的比较和选择；

4、地铁车站围护结构设计方案的比较和选择；

5、地铁车站结构设计和围护结构设计计算；

6、绘制地铁车站主体结构与围护结构工程施工图（车站总平面图、车站结构平、剖面图、节点大样图、围护结构平面布置图、围护结构剖面图等）。

7、地铁车站施工组织设计。

2、车站结构设计原则

1.车站结构应根据选择的结构型式、施工方法、荷载特性等条件进行设计。

2.车站结构要满足车站建筑、设备安装、行车运营、施工工艺、环境保护等要求，确保车站的正常使用，达到总体规划设计的要求。

3.车站结构的净空，尺寸应满足地铁建筑限界和其他使用及

施工工艺等要求并考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降的影响。

4.对于不同的结构类型，必须选择与实际状态相吻合的设计理论规范和配套体系进行设计计算。

5.结构计算模型应符合实际工况条件，充分考虑结构与地层的相互作用和施工中已形成的支护结构的作用。

6.车站结构按八度抗震设防，抗震等级为二级。

7.车站结构设计应充分考虑在施工过程中尽可能减小对车站周围环境(重要建筑物、城市交通干道及地下管线)的负面影响。

3、地下结构设计模型概述

目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型：

(1)以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；

(2)以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法如收敛约束法。

(3)作用与反作用模型，即荷载结构模型

(4)连续介质模型，包括解析法和数值法。针对各种模型特点谈谈一下对该四种模型的认识。

4、隧道结构体系设计计算模型的建立原则

对于均匀介质中的圆形隧道，当它处于平面轴对称状态时，将围岩与支护结构的相互作用问题抽象为支护需求曲线和支护补给曲线的收敛约束关系，从而求出围岩与支护结构达到平衡时的支护阻力Pa。有了这个值就可以计算出围岩和支护结构的应力状态。由此可以看出，即使对于如此理想的问题，都需要事先将研究对象的几何形状、初始应力状态、开挖和支护过程、岩体和支护结构的物理力学特性等条件转换为数学力学模型，然后运用数学力学方法求出模型的、作为设计标准的特征值(如应力、位移或极限荷载等)。一个理想的隧道工程的数学力学模型应能反映下列的因素：

(1)必须能描述有裂隙和破坏带的，以及开挖面形状变化所形成的三维几何形状。

(2)对围岩的地质状况和初始应力场不仅要能说明当时的，而且还要包括将来可能出现的状态。

(3)应包括对围岩应力重分布有影响的岩石和支护材料非线性特性，而且还要能准确地测定出反映这些特性的参数。

(4)如果要知道所设计的支护结构和开挖方法能否获得成功，即想评估其安全度，则必须将围岩、锚杆和混凝土等材料的局部破坏和整体失稳的判断条件纳入模型中。当然，条件必须满足现行设计规范的有关规定。

(5)要经得起实际的检验，这种检验不能只是偶然巧合，而是需要保证系统的一致性。

这样的理想模型对于科学研究是十分必要的，因为只有准确地模拟围岩性质和施工过程，才能更好地了解围岩与支护结构的实际工作状态，作出符合实际的决策。然而这种理想模型的参数太多又不易精确测定，将各种影响因素都机械地转换到模型中来也是十分困难的。因此，理想模型还不宜直接用于设计实践，必须在可能的情况下，由理想模型推演出一些较简单的计算模型，或称为工程师模型。

5、隧道结构体系的计算模型

国际隧道协会在1987年成立了隧道结构设计模型研究组，收集和汇总了各会员国目前采用的地下结构设计方法。经过总结，国际隧道协会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型：

5.1工程类比法

以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主，根据以往类似工程的实际经验，确定隧道与地下结构的形状、主体尺寸和衬砌厚度。在大多数情况下，隧道支护体系还是依赖经验设计的，并在实施过程中依据量测信息加以修改和验证。我们大致上可以发现在进行支护结构经验设计时，需要注意的几点的原则是：

(1)首先对隧道围岩要有一个正确的分级。

(2)在各类岩体中，支护结构参数大体是按下述原则选用的。

(3)在施工中应尽量少损害围岩，使其尽量保持原有岩体的强度，因此，应采用控制爆破技术。

(4)预计有大变形和松弛的情况下，开挖面要全面防护(包括正面)，使之有充分的约束效应，在台阶开挖时，上半断面进深不宜过长，以免影响整个断面的闭合时间。

(5)二次衬砌通常是模筑的，在修二次衬砌之前要设防水层，形成具有防水性能的组合衬砌。

(6)允许甚至希望岩石出现一定的变形，以减少为完成支护作用所需的防护措施。

(7)制定详细周密的量测计划。通过量测，确定所建立的支护阻力是否和围岩类型相适应以及还需要什么样的加强措施等。

支护结构的施工顺序与正确地掌握岩体的时间效应很有关系。

5.2收敛约束法

收敛约束法也称特性曲线法，是一种采用测试数据反馈于设计的实用方法，通常以施工中隧道断面的变形量测值为依据。其要点为测绘洞室壁面径向压应力与径向位移的关系曲线与洞壁位移-时间曲线，它反映四个阶段：①围岩无约束自由变形；②从初期支护开始，变形由于受支护约束抗力的反作用而减缓；③从仰拱完成开始，由于形成了封闭结构使变形速度大为降低；④最后变形稳定。若所采用的支护刚度较大，则地压急剧增长，若支护时间过晚，则出现松动地压。由此可见，支护时间和支护自身刚度及其与围岩接触好坏均影响到围岩的稳定和支护所受地层压力的大小。收敛变形曲线可供判断支护是否适当和变形是否趋于稳定。此外，尚可配合现场和实验室的岩土力学试验和应力与应变测试以及实验室模型试验等，作为设计计算的依据。

与其它设计方法相比，收敛约束法有以下优点:

(1)通过对隧道进行简单的轴对称假设后，位于开挖面附近的围岩与支护的相互作用过程可简化成二维或一维的平面应变问题。

(2)基于此方法设计的洞室周边围岩变形更接近实际变形;

(3)能定量给出围岩支护系统在锚喷支护末期洞周收敛的概略值;

(4)通过控制围岩变形可直观地体现出支护效果。

但是，收敛约束法的基础离不开岩体材料的本构关系特性，它是该方法的要害所在。这些问题目前正在研究与探索，陆续有一些这方面的成果出现，其中仍有许多基础性问题，因此其应用程度存在一定的限制。

5.3连续介质模型

连续介质模型包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法。

解析法中有封闭解和近似解。如圆形洞室的弹性力学解-基尔施解和圆形洞室的弹塑性解-芬纳－塔洛布公式。数值法目前以有限元法为主，尚有差分法、边界积分法等。有限元法将结构离散化为有限个单元，各相邻单元在共同的节点上为铰结，建立结构体系的总体刚度矩阵和平衡方程，按各节点位移推求各单元的应力。

从各国的地下结构设计实践看，目前，在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型，一类是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载同时考虑其对支护结构的变形约束作用的模型。另一类则相反，视围岩为承载主体，支护结构则为约束围岩变形的模型。前者又称为传统的结构力学模型。它将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，故又可称为荷载-结构模型。在这类模型中隧道支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑。围岩的承载能力越高，它给予支护结构的压力越小，弹性支承约束支护结构变形的抗力越大，相对来说，支护结构所起的作用就变小了。这一类计算模型主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和崩塌，支护结构主动承担围岩松动压力的情况。所以说，利用这类模型进行隧道支护结构设计的关键问题，是如何确定作用在支护结构上的主动荷载，其中最主要的是围岩所产生的松动压力，以及弹性支承给支护结构的弹性抗力。一旦这两个问题解决了，剩下的就只是运用普通结构力学方法求出超静定体系的内力和位移了。属于这一类模型的计算方法有：弹性连续框架（含拱形）法、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁和圆环）法等都可归属于荷载结构法。当软弱地层对结构变形的约束能力较差时（或衬砌与地层间的空隙回填，灌浆不密实时），地下结构内力计算常用弹性连续框架法，反之，可用假定抗力法或弹性地基法。弹性连续框架法即为进行地面结构内力计算时的力法与变形法。假定抗力法和弹性地基梁法则已形成了一些经典计算方法。由于这个模型概念清晰，计算简便，易于被工程师们所接受，至今仍很通用，尤其是对模筑衬砌。第二类模型又称为岩体力学模型。它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为围岩结构模型或复合整体模型，在这个模型中围岩是直接的承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形，这一点正好和上述模型相反。复合整体模型是目前隧道结构体系设计中力求采用的并正在发展的模型，因为它符合当前的施工技术水平。在围岩结构模型中可以考虑各种几何形状，围岩和支护材料的非线性特性，开挖面空间效应所形成的三维状态，以及地质中不连续面等等。在这个模型中有些问题是可以用解析法求解，或用收敛约束法图解，但绝大部分问题，因数学上的困难必须依赖数值方法，尤其是有限单元法。利用这个模型进行隧道结构体系设计的关键问题，是如何确定围岩的初始应力场，以及表示材料非线性特性的各种参数及其变化情况。一旦这些问题解决了，原则上任何场合都可用有限单元法围岩和支护结构应力和位移状态。

5.4基础梁模型

假定弹性抗力法对弹性抗力的分布形式及大小实反映结构的受力特征，甚至使结构设计偏不安全。达维多夫于20世纪30年代首先提出了按局部变形弹性基础梁理论计算的建议。1956年，纳鸟莫夫提出了侧墙按局部变形弹性基础梁理论计算的地下结构计算方法。该方法将衬砌边墙视为支撑在侧面和基底岩土体上的双向弹性地基梁，进而计算围岩压力作用下的支护内力。

除了局部变形理论外，共同变形弹性基础梁理论也随后应用十地下支护结构计算中。共同变形理论不但考虑了围岩力学特性，也考虑了各部分岩土体压缩的相互影响，因此比局部变形理论更合理。在共同变形理论方面，达维多夫于20世纪30年代末提出了按共同变形弹性地基梁理论计算整体式衬砌的方法。1964年，舒尔茨和杜德克不仅按共同变形理论考虑了径向变形的影响，还考虑了切向变形的影响。

局部变形基础梁法由纳乌莫夫首创，该法计算拱形直墙衬砌内力的特点，是将拱圈和边墙分为两个单元分别进行计算，而在各自的计算中考虑相互影响。计算中拱圈视为弹性固定无铰拱，边墙视为双向弹性地基梁。拱圈和边墙受力变形的相互影响，表现为计算拱圈时，拱脚的变位应取边墙墙顶的变位，计算边墙时墙顶的初始条件与拱脚的内力和变位一致。局部变形基础梁法计算简图中关于弹性抗力的考虑方法也按拱圈和边墙分为两种情况。拱圈弹性抗力仍采用假定的抗力图形，零点位于拱顶两侧约45附近，最大抗力发生在墙顶，作用方向为水平。拱圈任意截面抗力的作用方向为径向，抗力图形假设为二次抛物线。

5.5、总结

多年来，围岩与支护的相互影响一直是从事隧道的专业人员面临的难题之一。由于计算模型的初始条件的限制，造成其应用的局限性，致使隧道支护结构设计长期处于以工程类比法为主的局面，这种局面与快速发展的隧道工程的现实极不相称，因此，人们长期以来都在努力寻求一种用于解决围岩与支护相互作用的最合理的方法。结合上述四种设计模型的特点，可以结合两种以上的模型综合计算，并进行反分析得到合理的模型初始参数，进而为衬砌结构设计提供更可靠的依据。

6、地铁车站施工方法

地铁工程由区间隧道加上车站组成区间隧道的施工方法主要有明挖法及盖挖法等变化形式、新奥法和盾构法，根据日本1991年的统计，在城市隧道总延长75224m工程中，矿山法的比例6.1%、盾构法占60.9%、明挖法占33%。地铁车站是地下铁道中一个很重要的部分，联系着地面与地下的交通，其施工方法也分为明挖法、新奥法和盾构法。

6.1明挖法

明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工，明挖法具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量和工程造价低等优点，但因对城市生活干扰大，应用受到各种因素的限制，尤其是当地面交通和环境不允许时，只能采用盖挖法或新奥法。明挖法适用于浅埋车站，有宽阔的施工场地，可修建的空间比较大，如带有换乘站、地下商场、休息和娱乐场所及停车库等的地下综合体车站，如上海地铁徐家汇站。

明挖法施工主要分为围护结构施工、站内土方开挖、车站主体结构施作和回填上覆土和恢复管线四个部分。根据不同的地质条件和车站结构的大小以及基坑深度，明挖法的围护结构可采用地下连续墙、锚杆、钻孔桩加旋喷桩止水、SMW水泥土加型钢等。采用地下连续做围护结构的明挖法修建地铁车站的施工流程为：地下连续墙围护结构施工－内井点降水或基坑底土体加固－开挖上层土体设置上层钢支撑－开挖中间层土体－设置中间层钢支撑－最后开挖底层土体－浇筑底板混凝土结构－拆除中间层支撑－浇筑车站混凝土结构－拆除顶层支撑－浇筑车站顶板混凝土结构－回填土体等。

6.2盖挖法

盖挖法是利用围护结构和支撑体系，在较繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路面交通，在其下进行车站施工工法。按结构施工的顺序分盖挖逆作法和盖挖顺作法两种。盖挖逆作法一般都是对交通作短暂封锁一年左右，将结构顶板施工结束，恢复道路交通，利用竖井作出人口进行内部暗挖逆筑。盖挖顺作法一般是利用临时性设施（如钢结构）作辅助措施维持道路通行，在夜间将道路封锁，掀开盖板进行基坑土方开挖或结构施工。盖挖法也成为修建车站的主要方法，在世界上盖挖法修建车站占有很大比例，采用这种方法，在北京、上海、南京、广州等修建了近10余座地铁车站。盖挖逆作法具有占用场地时间短，对地面干扰小和施工安全等优点；适用于车站上面有高层建筑、埋深较大的地铁车站，如上海地铁新闸门路站；缺点是施工工序复杂、交叉作业和施工条件差等。盖挖顺作法同样具有盖挖逆作法的优缺点，只是适用于市区浅埋地铁车站。

采用盖挖法的基本施工流程为：施作车站内临时支承桩－施工地下连续墙围护结构－注浆加固地下连续墙墙趾－加固地基与基坑底土体－第一层钢支撑抽槽设置－开挖第一层土体－安装第二层钢支撑－车站顶板立模、梆扎钢筋和浇筑混凝土－顶板覆土、埋管和路面浇筑－暗挖第二层土体－第二层钢支撑下移至第三层安装、第四层钢支撑安装－中楼板立模、扎钢筋和混凝土浇筑－分小段暗挖第三层土体－第四层钢支撑逐根移至－第五层安装－底板混凝土浇筑。

6.3盖挖法新技术铺盖法

地铁车站属于浅埋大空间群峒地下构造物此类地下构造物在我国主要有以下几种施工模式：明挖施工法、暗挖施工法和介于二者之间的复合式开挖法，即盖挖施工法。明挖车站施工具有造价较低，技术和施工管理简单等优点，但对市政交通及商业干扰大，污染环境，且影响周期长。

暗挖车站施工对市政交通及商业基本无影响，且环境污染小，但对覆盖土层厚度要求较严，覆盖土层厚度小于6m，围岩条件差，开挖难以形成自然拱，且大断面超前支护难以成型时，按现有施工技术条件难以满足要求。此外，大断面施工对地下管线及构筑物的破坏难以控制，使得工程造价相对较高。相对于明挖法，盖挖车站施工对市政交通及商业的影响可以有很大程度的降低，且造价适中。但盖挖法施工难度加大，初期的维护结构到了后期都没有用处了，造成了材料的浪费。同时盖挖法的施工作业环境恶劣。基于这些缺点，目前在日本和韩国等地，地铁施工主要采用铺盖法施工。即白天在交通高峰期，用特制的钢构件铺盖于基坑之上，只留一个小的出口供施工人员进出。晚上待路面交通减少后，在用机械将铺盖的钢构件揭去，往基坑里供送施工材料同时往外运送土渣废料。该施工方法具有明挖法和暗挖法施工的优点，同时克服了这两种施工工艺的缺点，而且钢构件可以重复使用，降低了工程造价，改善了施工环境。由于盖挖法所具有的优势，所以在交通繁忙的商业区进行地铁车站施工，具有明显的实用性。

铺盖法施工主要包括4大块：

(1)两端支撑结构，即端承桩与帽梁(也是基坑围护结构)施工；

(2)军用粱的拼装架设作业；

(3)军用梁背部处理；

(4)路面系统施工。

6.4暗挖法

6.4.1新奥法

新奥法（NATM，为NewAustrianTunnelingMethod的缩写）为也是通常所说的矿山法，新奥法是当代隧道施工设计应用最广泛的方法。其施工思路是在监控量测的基础上，及时更改喷射混凝土的厚度，锚杆、钢支持和钢丝网的参数以及二次衬砌等支护措施，来保持开挖洞室的稳定，从而保证施工的安全，当地面交通和环境不允许时，世界上各国常采用这种施工方法，如日本采用新奥法修建的东叶高速线北习志野站，为三拱两柱单层式结构。其优点是对地面的影响小、造价低，适用于坚硬岩土介质、底下水位底，但是进度慢、劳动强度大和风险也大。

新奥法施工对大断面的开挖有侧壁导坑、台阶和CRD等，其施工流程为：放线－钻孔、装药和放炮－通风除尘后出渣－打锚杆、钢拱架支撑和挂钢筋网－施作喷射混凝土初期支护－最后修建模筑混凝土二次衬砌。用到的辅助工法有降水、大小导管、注浆和采取必要的监控量测措施。

6.4.2浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是按照新奥法原理进行设计和施工，以加固、处理软弱地层为前提，采用足够刚性的复合衬砌（由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成）为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法，它以施工监测为手段，指导设计与施工，保证施工安全，控制地表沉降。浅埋暗挖法的施工原则是：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测，与明挖法相比，浅埋暗挖法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作，减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响，对城市交通的干扰小。盾构法虽然也具有上述同样优点，但盾构法不能适应隧道断面变化，而且当盾构开挖的隧道不是足够长时，盾构法的经济性不明显。选用浅埋暗挖法应考虑的基本适用条件有：不允许带水作业和要求开挖面具有一定的自立性和稳定性，而且是浅埋地铁车站。缺点是地下作业风险大、机械化程度低。

浅埋暗挖法对土体的加固和对水的处理方法有冻结法、注浆、深层搅拌和管棚等。对于断面较大的隧道，考虑分部开挖、分部支护和封闭成环的需要，选择中隔壁法（CD）法、交叉隔壁法（CRD）和侧壁导坑法（眼镜法）等。浅埋暗挖法常用的初期支护形式是钢筋格栅、钢筋网和喷混凝土。地表位移、拱顶下沉、隧道周边收敛等量测项目常被选为监控量测的必测项目，而土压力、土体位移、支护应力等可作为选测项目。

6.4.3暗挖与盖挖相结合的施工方法

暗挖与盖挖相结合的施工方法是一种新技术，是我国在使用暗挖法和盖挖法施工的基础上，经过研究总结而提出的具有盖挖法和暗挖法各自优点的一种新的施工方法。其关键是将地铁车站视为由桩、梁和拱组成的地下结构，如北京天安门西站。天安门西站的具体施工流程为：导洞开挖、支护－桩孔、柱孔开挖及护壁－条形基础施作－桩、柱吊装及灌注混凝土－桩、柱顶梁施作－三跨顶拱初期支护施作－花边墙施作－三跨顶拱二次衬砌施作－站厅层施作－站台层施作－站台板施作－建筑装修及设备安装。

6.4.4暗挖新技术

暗挖法也有了新的进展，主要有预制块法、预切槽法和气压法，预制块法是把盾构管片的安装技术和暗挖技术融合在一起的一项新技术，先做两侧导洞及侧墙，然后注浆开挖并放置钢拱架、喷射混凝土、安装预制块、在背后注浆，跨度已达18m以上，该技术在法国已大量应用。预切糟法是按照结构尺寸制造一个台架，装有特制链条锯沿拱圈方向把地层切成一个高10-35cm、深4-5m的糟缝，然后放置钢筋网并喷射混凝土，形成钢筋混凝土拱，在其保护下开挖施工，效果很好，在法国、意大利等国家已开始应用。气压暗挖法是采用气压条件下的新奥法施工，因采用气压较低，一般对人体健康没有影响。压缩空气不仅可排除隧道中的地下水，还可减少地面沉降，防止地面结构损坏，减少加压隧道一次衬砌的荷载，对开挖面有支护作用，降低成本，对降低施工中的粉尘有显著作用，这种办法已在奥地利、德国、英国、日本等国家应用。

6.4.5我国地铁施工方法现状

目前我国地铁建设主要采用盾构法修建区间隧道，而采用明挖法修建车站。这样就要求先修建地铁车站，然后以车站作为盾构施工的进出竖井，使得施工工期延长，工程造价增加，而且还影响路面交通和城市周围的环境等．如果在修建方法上采取暗挖区间隧道以盾构法施工先行贯通，在已经形成的区间隧道基础上再用不同方式对车站、渡线室、连络通道等特殊断面进行扩挖施工的技术思路，这样不仅可大幅缩短建设周期，提高地铁工程的建设质量，确保施工期间的安全，极大地减小对周围环境的影响，并能通过盾构法的长距离应用产生规模效益，从总体上较大幅度地降低工程造价．此外，还解决了明挖法只能适用于埋深较小的车站的限制问题。在已经形成的区间隧道的基础上扩挖而成地铁车站，这一施工技术的基本思路及其研究成果对今后我国地铁或类似工程的建设将提供重要参考，同时，对于提高我国隧道与地下工程领域的总体技术水平也有着十分重要的意义。

6.5明挖法施工步序及车站结构详细介绍

结合北京市的地质条件及已经建成的地铁工程实例，北京六号线某站拟采用明挖法施工。

明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全、适用性强等优点,是地铁建设使用最多的施工方法之一。19世纪世界主要城市开始修建地铁,如纽约、伦敦、柏林、东京、大阪等城市地铁均采用明挖法施工,我国最早建设的北京地铁也多采用明挖法。按其主体结构的施作顺序，明挖法又分为：明挖顺作法、盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法等。明挖法地铁车站的形成需要经历开挖加撑回筑拆撑等多个工序,车站结构由内部结构、主体结构和围护结构三大部分组成。

6.5.1明挖顺作法

明挖顺作法是先从地表面向下开挖基坑至设计标高，然后在基坑内的预定位置由下而上地建造主体结构及防水措施，最后回填土并恢复路面。

6.5.2盖挖顺作法

在路面交通不能长期中断的道路下修建地下铁道车站或区间隧道时，可以采用盖挖顺作法。采用预制标准覆盖结构置于挡土结构上维持交通，在覆盖板的保护下，自上而下反复进行开挖和加设横撑，达到设计高程后由下而上建筑主体结构和防水措施。

6.5.3盖挖逆作法

如果开挖面较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑面引起临近建筑物的沉陷，或需要尽早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，可采用盖挖逆作法施工。开挖初期和盖挖顺作法相似，不同的是逆作法自上而下的逐层开挖并建造主体结构至底板，结构顶板首先完成。结构上部的顶板和楼板可以作为围护结构的横撑提高工程安全系数。

6.5.4盖挖半逆作法

类似逆作法，其区别仅在于顶板完成及恢复路面后，向下挖土至设计标高后先建筑底板，再依次序向上逐层建筑侧墙、楼板。

6.5.5明挖法车站主体结构种类

地铁车站主体结构的选择应在安全、经济、方便施工的基础上,经多方案比选确定,明挖法地铁车站主体结构一般采用现浇钢筋混凝土箱型框架结构。根据建筑布置及站台宽度一般按如下规则采用:当站台宽度为8m时,车站标准断面为无柱单跨箱型结构;当站台宽度为10m时,车站标准断面为单柱双跨箱型结构;当站台宽度为12、14m时,车站标准断面为双柱三跨箱型结构。

(1)单层明挖车站，一般适用于线路埋深较浅的车站，如线路由地下转人地面高架或进人地面车辆段之前的车站。单层车站一般采用侧式站台，站厅、站台位于同一层，设备管理用房设于侧面也可设于地面。此种型式车站规模小，投资少，但使用和管理稍有不便。

(2)一层半明挖车站，也称端进式车站，两端为双层，上层为站厅。这种车站型式简单，车站埋深较浅，施工方便，规模小，投资少，但使用和管理略有不便。多见于早期修建的地铁车站，如北京地铁一期工程的部分车站。

(3)双层明挖车站，这种型式的车站覆土为2m一3m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，客流组织顺畅，运营管理方便，但规模大，投资高。根据设备管理用房集中布设位置的不同，双层车站分为顺长布置型式车站、外挂型式车站。

(4)三层以上明挖型式车站，这种型式的车站一般是受区问埋深影响所致。或是区间地质条件差受工法影响埋深较大，或是靠近车站处有控制区间埋深的管线影响等。一般地下一层为站厅层，地下二层为设备层，地下三层为站台层。这种型式车站的使用功能、运营管理、造价等都不太理想，一般在特定情况下选择使用。

6.5.6明挖法地铁车站围护结构选用原则

(1)当基坑深度在10m(出入口、风道结构)以下时:如场地条件允许,优先考虑最经济的放坡开挖。如果场地条件受限,可选择采用重力式挡墙、土钉墙、SMW工法桩等护结构形式。

(2)当基坑深度在10~15m(单层站)时:该类基坑可选用SMW工法桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钻孔咬合桩、地下连续墙等维护结构形式。

(3)当基坑深度在15~18m(双层站)时:该类基坑可选用人工挖孔桩、钻孔灌注桩、钻孔咬合桩、地下连续墙等维护结构形式。

参考文献

1、《地铁设计规范》（GB50157-2003）[S].

2、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

3、《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）

4、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

5、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）

6、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008年版）

7、《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)（2003版）

8、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

9、左明麒.基础工程设计与地基处理[M]，北京：中国铁道出版社，2000.

10、陈国兴等.土质学与土力学[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

11、夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册.北京.中国建筑工业出版社,1999.

12、徐干成，白洪才，郑颖人，等.地下工程支护结构.北京:中国水利水电出版社,2002

13、余志成，施文华.深基坑支护设计与施工.北京:中国建筑工业出版社,1999.

14、地铁车站相关的文献

7、毕业设计（论文）进程安排