苏州轻轨2号线三香广场地下车站设计与施工构造及方案设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

1.1轻轨运输的简介

轻轨，全称轻轨运输，LRT（LightRailTransport），是一种有轨交通方式，城市轨道交通中的轻轨与地铁相对应。城市轨道交通中的轻轨指的是在轨距为1435毫米国际标准双轨上运行的列车，列车运行利用自动化信号系统。

城市轨道交通可分为地铁、轻轨两种制式。二者都可以建在地下、地面或高架桥上;虽然地铁的轨重一般要大于轻轨，但为了增强轨道的稳定性，减少养护和维修的工作量，增大回流断面和减少杂散电流，地铁和轻轨都趋向选用重型钢轨。划分两者的依据应是单向最大高峰小时客流量的大小。地铁能适应的单向最大高峰小时客流量为3-6万人次，轻轨能适应的单向最大高峰小时客流量为1-3万人次。由此设计的地铁和轻轨，它们的区别首先表现在地铁的轴重普遍大于13吨，而轻轨要小于13吨，其次，一般情况下，地铁的平面曲线半径不小于300米，而轻轨一般在100米到200米之间，另外，地铁每列车的编组数也要多于轻轨，车辆定员亦多。从运输能力、车辆设计以及建设投资等方面来看，轻轨与地铁均有所差别。

轻轨运输系统具有方便灵活，适用性强，综合了多种交通系统的优点：投资少，基本建设费用低，约为地铁的1/6，运量大；约为公共汽车的3--4倍；速度快，约为公共汽车的2倍；运营成本只有公共汽车的50%左右；适应性强，节能，污染少，票价低，安全舒适，比较准时，经济效益高。

1.2地下车站结构形式

（1）地铁车站按站台形式可以分为三类：

①岛式站台：站台位于上、下行行车线路之间,这种站台布置形式称为岛式站台。具有岛式站台的车站称为岛式站台车站(简称岛式车站)。岛式车站是常用的一种车站型式。

②侧式站台：站台位于上、下行行车线路的两侧,这种站台布置形式称为侧式站台.具有侧式站台的车站称为侧式站台车站(简称侧式车站)。侧式车站也是常用的一种车站型式。

③岛、侧混合式站台：岛、侧混合式站台是将岛式站台及侧式站台同设在一个车站内,具有这种站台型式的车站称为岛、侧混合式车站(简称岛、侧混合式车站)。岛、侧混合式站台可同时在两侧的站台上、下车,也可适应列车中途折返的要求。岛、侧混合式站台可布置成一岛一侧式或一岛两侧式。

（2）地铁车站按结构类型又可分为两类：

①矩形箱式结构车站

矩形厢式车站基本上都是采用地下连续墙支护后大开挖的现浇钢筋混凝土结，施工对周围环境影响大，土方量也大，对地面交通也有影响。

目前国内地铁车站多为箱式结构，分上下两层。上层为站厅层，以集散客流售检票，设置主要设备管理用房为主；下层为站台层，主要功能为列车停靠、客流候车及设置少量的设备管理用房。侧式车站一般采用双跨结构，岛式车站多采用三跨结构。

②圆形或椭圆形隧道结构

圆形或椭圆形隧道结构或暗挖车站结构基本可采用盾构掘进的方式，土方量减少，对周边环境影响也大大减小，但带来的技术要求则较高且车站结构需更大的盾构掘进机械。

1.3地下车站施工方法

目前国内外修建地铁车站的施工方法有明挖法、新奥法、盾构法和这三种方法的组合及变化形式。

(1)明挖法

从地表开挖基坑或堑壕，修筑衬砌后用土石进行回填的浅埋隧道、管道或其他地下建筑工程的施工方法。施工程序一般可以分为4大步：维护结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土。

山岭隧道中的明洞、城市中的地下铁道隧道和市政隧道、穿越有明显枯水期河流的水底隧道或它的河岸段、引道段及其他浅埋的地下建筑工程等，只要地形、地质条件适宜和地面建筑物条件许可，均可采用明挖法施工。

（2）盖挖法当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法。盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。（3）暗挖法①新奥法新奥法（NATM）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。

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。

③盾构法国外已经采用了配合盾构法修建地铁车站的施工方法，这种施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通，再在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站；或直接利用大直径盾构机或连体盾构机修建地铁车站。配合盾构法修建地铁车站的优点是可充分有效地利用盾构设备，达到进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期，从总体上较大幅度地降低工程造价的目的。从而使得盾构法在城市地铁工程中得到了大规模的采用；同时不影响地面交通和中断地下生命线（上下水道、电线和电话线管道以及天然气管道等等），且施工安全、机械化程度高。这种施工方法适用于市区深埋车站和线路交汇处换乘下层站等。

1.4车站计算原理与方法

1.4.1结构设计依据

1.《地铁设计规范》（GB50157-2013）[S].

2.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

3.《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）

4.《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

5.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

6.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

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》（GB50017-2014）

1.4.2荷载选型

根据《建筑结构荷载规范》,可从恒载、活载及偶然荷载等荷载类型对其进行计算：

表1荷载类型

1.4.3结构计算模型与方法

（1）荷载结构法

荷载结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗力），衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，与其相应的计算方法称为荷载结构法。这一方法与设计地面结构时习惯采用的方法基本一致，区别是计算衬砌内力时需考虑周围地层介质对结构变形的约束作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，保证衬砌结构能安全可靠的承受地层压力等荷载的作用下，按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。早年常用的弹性连续框架（含拱形构件）、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁）法等都可归属于荷载结构法。

荷载结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗力），衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，与其相应的计算方法称为荷载结构法。这一方法与设计地面结构时习惯采用的方法基本一致，区别是计算衬砌内力时需考虑周围地层介质对结构变形的约束作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，保证衬砌结构能安全可靠的承受地层压力等荷载的作用下，按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。

早年常用的弹性连续框架（含拱形构件）、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁）法等都可归属于荷载结构法

（2）地层结构法

地层结构模型的计算理论即为地层结构法。其原理是将衬砌和地层视为整体，在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层的内力，并据以验算地层的稳定性和进行构件截面设计。

地层结构法主要包括如下几部分内容：地层的合理化模拟、结构模拟、施工过程模拟以及施工过程中结构与周围地层的相互作用、地层与结构相互作用的模拟。

与荷载结构法相比，地层结构法充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用，结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合工程实际。但是由于周围地层以及地层与结构互相作用的模拟的复杂性，地层结构法处于发展阶段，在很多工程应用中，仅作为一种辅助手段。不过随着今后的研究和发展，地层结构法将会得到广泛应用和发展。

1.4.4结构计算模型简图

站台结构为双柱三跨结构，主要由顶板、中板、底板以及侧墙和梁构成。

1.5计算内容

车站结构的主要计算内容包括：

（1）车站结构荷载的计算

（3）车站结构的内力计算

（4）结构各构件配筋设计及裂缝验算

（5）车站结构抗浮验算

1.6施工组织设计内容

施工组织设计包括四项基本内容：①施工方法与相应的技术组织措施，即施工方案；

②施工进度计划；③施工现场平面布置；④有关劳力,施工机具,建筑安装材料，施工用

水、电、动力及运输、仓储设施等暂设工程的需要量及其供应与解决办法。前两项指导

施工，后两项则是施工准备的依据。

具体内容包括：

（1）编制说明

（2）编制依据

（3）工程概况

（4）施工准备

（5）施工方案的选择

（6）施工进度计划

（7）施工设备和劳动力资源的选择

（8）施工管理机构及劳动力组织

（9）季节性施工的技术组织保证措施

（10）质量管理与质量控制的组织保证措施

（11）安全事故的组织保证措施（包括技术安全和生产安全）

（12）文明施工和环境保护的措施

车站主体施工工艺流程如下：

基底清理找平底版垫层施工（接地网施工）垫层施工底板结构施工站台层基底侧墙、立柱施工中板结构施工站厅层侧墙、立柱施工顶板结构施工顶板防水层铺设土方回填。

主要施工设备有：

槽壁机、履带吊、吊车、膨润土搅拌机、水泥浆搅拌机、泥浆泵、砼输送泵对焊机、

钢筋切断机、钢筋弯曲机、电焊机、泥浆罐车、插入式振捣器、试验仪器测量仪器、装

载机、自卸汽车、工程钻机、泥浆泵、潜水泵、电焊机等。

1.7选题的目的改革开放以来，地面交通道路设施虽然已有很大的发展，但仍不能满足日益增长的交通需要量，为了缓解路面交通压力，解决高峰时交通堵塞现象，开辟地铁交通是很好的解决途径。地下车站是地铁系统中一个很重要的组成部分，它与乘客的关系极为密切，同时它又集中设置了地铁运营中很大一部分技术设备和运营管理系统。因此，它对保证轻轨安全运行起着很关键的作用。

本次毕业设计的目的旨在通过对苏州轻轨2号线三香广场地下车站的地质条件和周围环境分析，同时大量查阅文献资料，运用所学的基本理论知识，采用工程类比、概率极限状态及软件分析等方法对该车站进行结构设计及施工方案设计，达到熟练掌握地铁车站结构设计，进一步探讨各种地铁施工工法、结构形式等对地铁车站本身、周围环境的影响等问题。

主要参考文献:

1.《地铁设计规范》（GB50157-2013）[S].

2.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

3.《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）

4.《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

5.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

6.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

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》（GB50017-2014）

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.李伟.明挖法地铁车站结构设计探讨[J].科技创业家,2014,(1):4-4.

12.赵锴.明挖法地铁车站结构设计探讨[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2011,10(4):19-23.DOI:10.3969/j.issn.1673-1816.2011.04.004.

13.郭翼鹏.明挖法地铁车站结构设计探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(29).

13.14.谭梦思,黄坤,王琳等.基于明挖法下地铁车站的结构设计[J].四川建材,2013,(6):83-84.DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2013.06.037.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1解决的问题

通过对设计资料的收集，系统学习地铁车站结构类型和相关计算理论，然后结合地铁车站主体结构的特点地铁车站主体结构的对设计方案的比较和选择，确定地铁车站的结构类型后，对地铁车站施工结构计算、组织设计方案的比较和选择，再运用力学求解器和理正软件建立合理的力学模型对地铁车站结构设计设计计算和并进行施工组织设计的编制，最后得绘制地铁车站主体结构施工图（车站总平面图、车站结构平、剖面图、节点大样图等）和设计说明论文一份。

2.2车站结构设计

一般明挖车站结构可只进行横断面的结构受力分析计算，但是当遇到覆土厚度沿线路纵向有较大变化、结构上部直接建有建筑物或重要构筑物、底板坐落地层有显著差异等情况时，应考虑进行空间结构分析。

1.运用工程类比法及相关规范大致得出该举行框架结构形式--两层三跨结构的跨度，高度等参数；

2.参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）等资料得出主要荷载结构自重、地层压力、设备重量、人群荷载、地面车辆荷载及其冲击力、地震作用，人防荷载。3.建立合理的作用与反作用模型，即荷载结构模型结构计算采用荷载结构模式，采用MADIS-GEN、SAP2000或者ANSYS结构计算程序进行分析计算。

计算原则：（1）构件根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定、变形及裂缝宽度验算。（2）结构设计应按极限承载力状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行结构设计。

4.若不满足要求，重新设计该地下车站结构，重复1--3的步骤，直至满足要求。

2.2.1车站结构设计依据

1.《地铁设计规范》（GB50157-2013）[S].

2.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

3.《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）

4.《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

5.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

6.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

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》（GB50017-2014）

2.2.2结构设计计算

（1）结合相关工程类比拟定标准断面各构件的尺寸；

表3拟定标准断面各构件的尺寸

（2）荷载计算

地下结构就其正常使用阶段，进行地下车站结构的荷载计算，并对荷载进行基本组合和标准组合。

表2荷载组合及分项系数

（3）计算模型

采用荷载-结构模型，利用力学求解器和理正软件选取截到柱子的1.0m宽的断面

进行荷载基本组合和荷载标准组合时建模。

（4）配筋设计及裂缝验算

采用荷载基本组合计算的内力进行配筋设计，采用荷载标准组合计算的内力进行裂

缝验算。

2.3施工组织设计

施工组织设计包括四项基本内容：①施工方法与相应的技术组织措施，即施工方案；

②施工进度计划；③施工现场平面布置；④有关劳力,施工机具,建筑安装材料，施工用

水、电、动力及运输、仓储设施等暂设工程的需要量及其供应与解决办法。前两项指导

施工，后两项则是施工准备的依据。

具体内容包括：

（1）编制说明

（2）编制依据

（3）工程概况

（4）施工准备

（5）施工方案的选择

（6）施工进度计划

（7）施工设备和劳动力资源的选择

（8）施工管理机构及劳动力组织

（9）季节性施工的技术组织保证措施

（10）质量管理与质量控制的组织保证措施

（11）安全事故的组织保证措施（包括技术安全和生产安全）

（12）文明施工和环境保护的措施

2.4设计成果

（1）任务书

（2）开题报告

（3）设计报告

（4）图纸内容

包括：

①图纸目录及施工说明1张

②地铁车站总平面图1张

③车站结构平面图1张

④车站结构剖面图1张

⑤节点大样图2张

（5）专业文献翻译及原文

3.设计进程安排