地铁车站结构设计

目录

1 工程概况 ____________________________________________________________ 4

1.1 工程概况 ______________________________________________________________ 4 1.2 周边环境 ______________________________________________________________ 5 1.3 场地工程地质条件 ______________________________________________________ 6 1.4 水文地质条件 __________________________________________________________ 8 1.4.1孔隙潜水 ___________________________________________________________________ 9 1.4.2孔隙承压水 _________________________________________________________________ 9

2 基坑保护等级 _______________________________________________________ 10 3 开挖方法及支护结构选型 _____________________________________________ 11

3.1 开挖方法 _____________________________________________________________ 11 3.2 支护结构选型 _________________________________________________________ 11 3.3 基坑稳定性验算 _______________________________________________________ 12 3.3.1 整体稳定性 ________________________________________________________________ 12 3.3.2 抗滑移稳定性 ______________________________________________________________ 12 3.3.3 抗倾覆稳定性 ______________________________________________________________ 12 3.3.4 抗隆起稳定性 ______________________________________________________________ 14 3.3.5 抗渗流稳定性 ______________________________________________________________ 15 3.3.6 抗突涌稳定性 ______________________________________________________________ 16 3.3.7 小结 ______________________________________________________________________ 19

4 支护结构内力及配筋 _________________________________________________ 19

4.1 内力计算方法及图示 ___________________________________________________ 19 4.2 工况划分和相关计算 ___________________________________________________ 21 4.3 计算模型及参数 _______________________________________________________ 22 4.4 计算图示及结果 _______________________________________________________ 23 4.5 支撑轴力结果及校验 ___________________________________________________ 29 4.6 地连墙配筋计算 _______________________________________________________ 30 4.6.1 配筋相关参数 ______________________________________________________________ 30 4.6.2 配筋计算 __________________________________________________________________ 30 4.6.2.1 背土面配筋 ____________________________________________________________ 30 4.6.2.2 开挖面配筋 ____________________________________________________________ 32

5 主体结构设计 _______________________________________________________ 34

5.1计算参数 _____________________________________________________________ 34 5.1.1 主体结构设计参数 __________________________________________________________ 34

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5.1.2 荷载取值 __________________________________________________________________ 34 5.1.3 荷载组合 __________________________________________________________________ 35 5.1.4 SAP参数 ___________________________________________________________________ 35 5.1.4.1 材料属性参数 __________________________________________________________ 35 5.1.4.2 框架属性参数 __________________________________________________________ 36

6 SAP运行结果 _______________________________________________________ 37

6.1 结果显示 _____________________________________________________________ 37 6.2 结果汇总 _____________________________________________________________ 38

7 截面配筋 ___________________________________________________________ 39

7.1 以底板下缘为例配筋 ___________________________________________________ 39 7.2 配筋结果汇总 _________________________________________________________ 40

8 结构抗浮计算 _______________________________________________________ 41

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摘要：轨道交通运量大、速度快、污染低、安全性高、舒适便捷，是世界上大城市共同选择的

理想公共交通方式，也是城市用以解决交通拥堵、增加居民生活幸福度、促进城市经济快速健康发展的重要手段之一。宁波市政府从2002年启动规划，到2008年获国务院批准，再到全面开工建设，宁波人民期盼已久的轨道交通，一步一步从梦想变为现实。本次设计中的二号线为西南-东北方向的基本骨干线。这条线的一期力争在2015年之前建成，二号线工程一期起于机场止于东外环路高教园区北区内，全长约27.5公里。二号线全长约50公里，其中高架线28.8公里，地面线1.1公里，地下线20.1公里；共设车站27座，其中高架站14座，地面站1座，地下站12座。城市轨道交通的结构工程涉及多个学科的不同领域，具有极强的学科兼容性，对于设计人员的综合全面的素质要求很多高。本次设计的主要对象是宁波地铁2号线鼓楼站标准段的支护结构设计和主体结构设计，本次设计的计算重点有如下几个方面：关于基坑地墙的插入比及各种稳定性计算、各工况下内力结果及内力包络图计算、最不利情况下地墙的配筋计算和验算、主体结构各工况下各部位内力计算、主体结构的配筋计算、主体结构的抗浮稳定性计算等。本次设计旨在熟悉车站结构设计的主要流程，对于相关工况进行了不同程度的简化，在实际设计中不同工况必须进行详细的计算。

关键词：宁波 鼓楼站 支护结构 主体结构 设计 配筋

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1 工程概况

1.1 工程概况

宁波市轨道交通1号线横贯宁波市的东西部，全长约21km。设车站20座，其中地下车站15座，高架车站5座。平均站间距1080m，最小站间距624m，最大站间距1482m。设车场2座（石头路停车场、天童庄综合基地）、主变电所2座（望春站、海晏路站）以及一座控制中心。

鼓楼车站位于中山东路与解放北路交叉路口的东北侧，为宁波地铁1、2号线“L”型换乘车站，1号线车站沿中山东路下设置呈东西走向，为地下三层岛式车站，2号线车站沿解放北路下设置呈南北走向，为地下二层岛式车站，两站之间设置联络线。鼓楼车站的平面位置见图1-1。

鼓楼车站

图1-1 鼓楼车站总平面图 表1-1 鼓楼车站规模一览表

出入口、地面风亭风道 长度 宽度 通道数量 数量与面面积 （m） （m） 与面积 积 2（m） 22（m） （m） 6/1238 3/322 1012 350 2/148 1/0 出入口主体 数量与面积 面积 2（m） 2（个/m） 6/600 3/300 9920 15060 总建筑面积 2（m） 12918 16032 车站 名称 （一） 260.00 20.5 （二） 172.60 20.9 注：（一）为鼓楼车站1号线车站；（二）为鼓楼车站2号线车站

鼓楼车站1号线车站为双柱3跨结构，中桩里程桩号为K10+650，基坑开挖深度标准断面处为23.767m，端头井处为25.3m；鼓楼车站2号线车站为双柱3 跨结

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构，中桩里程桩号为SK14+940，基坑开挖深度标准断面处为16.7m，端头井处为19.3m。1、2号线鼓楼车站共设置16个出入口和4个风亭。车站的地下二层通道及出入口、风道及风井结构，基坑开挖深度为16.96m；地下一层出入口、风道结构，基坑埋深约9.75m，车站规模见表1-1。

1.2 周边环境

鼓楼车站主体结构均位于中山路和解放路下。1号线车站南北两侧为阳光广场市政绿地，场地较为空旷，西侧为久久天桥；2号线车站东侧为阳光广场市政绿地和市政府大院，场地较空旷，2号线车站西侧南端为宁波丝绸大厦、恒隆中心、宁波军分区后勤部营房科家属宿舍和宁波市档案馆，距轴线近。周边建筑物分布见图1-2。

图1-1周边环境详图

地下管线分布见表1-2和表1-3。

表1-2鼓楼车站地下管线汇总表（1号线车站）

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地铁车站设计 序号 类型 材质 1 2 3 4 5 6 7 8 9 雨水 砼 饮水 铸铁 污水 砼 饮水 砼 电信 塑 天然 钢 污水 砼 规格 DN500 DN800 DN600 DN300 DN219 DN300 标高 地面标高 埋深 与车站关系 2.44 2.44 -0.85 3.42 3.3 1.19 3.94 3.98 3.77 4.07 4.07 3.84 4.03 4.05 4.04 3.96 4.06 3.83 1.5 1.54 4.62 0.65 0.63 0.54 2.84 0.31 0.71 1.24 1.41 1.11 纵穿 纵穿 纵穿 纵穿 纵穿 纵穿 纵穿 横穿 横穿 横穿 横穿 横穿 400X300 3.44 供电 砼 1800X150 3.74 供电 砼 1400X400 3.33 DN300 DN300 DN300 2.72 2.65 2.72 10 雨水 砼 11 雨水 砼 12 雨水 砼 表1-3鼓楼车站地下管线汇总表（2号线车站）

序号 类型 材质 1 2 3 4 5 6 7 雨水 砼 饮水 铸铁 电信 钢 雨水 砼 污水 砼 规格 DN1200 DN800 标高 地面标高 埋深 与车站关系 0.51 2.60 3.8794 3.36 3.76 4.09 3.96 3.89 4.05 3.72 1.16 1.28 0.71 3.41 0.54 4.24 纵穿 纵穿 纵穿 纵穿 横穿 横穿 横穿 供电 砼 1200X400 2.81 750X500 3.25 DN300 DN300 0.48 -0.52 供电 砼 1200X150 3.51 车站所在区域为宁波老城区，且中山路和解放路经过多次拓宽改造，地下障碍物较多，主要为建筑物老基础、地下人防工程和桩基等。地下人防工程位于1号线中山路南侧和解放南路路中，埋深0.8~1.5m，宽1.8~3.0m，高2m左右；地下障碍物桩基主要为久久天桥桩基；解放北路下地下老基础较多。

1.3 场地工程地质条件

鼓楼车站基坑支护结构施工时涉及到的地层的岩土参数见表1-4。

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表1-4 鼓楼车站地质土层常规物理力学指标统计表

土层编号 ①3T ①3 ②1 ②2-2 ②3 ④1-1 ④1-2 ④2 ⑤1 ⑤2 ⑥2 ⑦1 土层名称 粘土 淤泥质粘土 粘土 淤泥质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粉质粘土 粉质粘土 粘土 粘土、粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土 层厚 （m） 0.5~2.9 0.9~3.4 0.5~2.3 3.3~7.5 1.8~6.1 1.7~5.3 0.7~7.1 1.0~11.8 1.3~6.8 0.5~10.4 8.6~17.5 2.1~10.3 天然重 含水 压缩系数 压缩模量 内摩擦 度γ量w a0.1-0.2 Es0.1-0.2 角φ 3（kN/m） （%） (1/MPa) (MPa) （°） 18.2 17.4 18.6 17.5 18.2 18.1 18.7 17.8 19.7 19.4 18.7 20.0 32 42 45 30 28 30 32 46 26 26 21 26 0.72 1.08 0.56 0.95 0.73 0.69 0.57 0.77 0.28 0.36 0.48 0.35 3.17 2.49 3.74 2.48 2.90 3.13 3.54 3.10 6.39 5.22 4.20 6.68 11.0 8.5 11.7 9.4 9.8 10.5 12.0 11.2 16.5 16.0 13.0 18.2 内聚 无侧限抗静止侧压力c 压强度qu 力系数K0 (kPa) （kPa） 21.0 13.8 19.9 15.5 16.7 17.4 20.3 21.6 42.6 35.2 25.7 46.0 0.52 0.66 0.58 0.65 0.63 0.60 0.58 0.58 0.42 0.45 0.50 0.48 40.3 20.4 39.8 22.9 33.3 32.8 40.9 46.0 95.0 87.0 83.1 164.0 渗透系数 KV KH (cm/s) (cm/s) 2.40E-1.21E-7 7 2.76E-1.05E-7 7 2.40E-1.40E-7 7 4.24E-2.38E-7 7 6.25E-3.78E-7 7 4.82E-3.24E-7 7 6.82E-4.24E-7 7 4.95E-3.12E-7 7 5.67E-3.43E-7 7 5.25E-3.65E-6 6 3.52E-2.14E-7 7 6.52E-3.82E-7 7 7 / 41

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鼓楼车站（1号线）地质纵断面见图1-3，鼓楼车站（2号线）地质纵断面见图1-4。

1号线鼓楼站

①粘土 ②粘土 ④1淤泥质粉质粘土 ④2粘土 ⑤1粘土、粉质粘土土 ⑤2粉质粘土 ⑥2粉质粘土 ⑦1粉质粘土 图1-3 鼓楼车站（1号线）地质纵断面图

2号线鼓楼站

①粘土 ②粘土

④1淤泥质粉质粘土 ④2粘土 ⑤1粘土、粉质粘土土 ⑤2粉质粘土 ⑥2粉质粘土 ⑦1粉质粘土 图1-4 鼓楼车站（2号线）地质纵断面图

1.4 水文地质条件

根据地下水含水层介质、水动力特征及其赋存条件，场地范围内与工程有关

的地下水可分为孔隙潜水和孔隙承压水两类。

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1.4.1孔隙潜水

孔隙潜水主要赋存于场区表部填土和粘土、淤泥质土层中。表部填土富水性和透水性均较好，水量较大；浅层粘土和淤泥质土富水性、透水性均差，渗透系数为4.07×10-7~3.0×10-6cm/s之间，水量贫乏，单井出水量小于5m3/d。场地内孔隙潜水主要接受大气降水竖向入渗补给和地表水的侧向入渗补给，多以蒸发方式排泄。水位受季节及气候条件等影响，但动态变化不大，潜水位变幅一般在0.5~1.0m之间。实测潜水位埋深一般为0.5~2.6m，标高0.5~2.2m，平均标高为1.16m，潜水最低水位按实测水位向下1.0m。

1.4.2孔隙承压水

根据本区钻探资料及附近水文地质孔资料，拟建场地埋藏分布有三层孔隙承压含水层，主要为浅部③层微承压水，深部承压含水层可划分为第Ⅰ含水层组（Q3）和第Ⅱ含水层组（Q2）。

(1)孔隙微承压水

浅层微承压水主要赋存于③层含粘性土粉砂或粉土层中，含水层厚一般为2~4m，局部夹较多粘性土薄层，透水性一般，水量相对较小，单井出水量在6~15m3/d，砂质较纯、厚度较大的地段出水量相对较大，水位埋深在1.8~2.5m左右，渗透系数在1.18×10-4~4.76×10-4cm/s，水温为19℃左右，水质为微咸水,地下水基本不流动。

(2)Ⅰ层孔隙承压水

第Ⅰ层孔隙承压水赋存于⑥5和⑧层粉砂、细砂、粗砂、砾砂和圆砾层中，透水性好，平均渗透系数约30.5m/d，水量丰富，单井开采量500~1000m3/d，含水层顶板埋深一般为45.0~62.0m左右，含水层厚度5~10m，层位稳定，水位埋深3.0~5.5m，动态变化不明显,基本不流动。透水性较好，水温为19.5~20.0℃，水质为微咸水,水化学类型以Cl·SO4—Na·Ca型为主。

(3)Ⅱ层孔隙承压水

第Ⅱ层孔隙承压水赋存于⑨3、⑩2 层圆砾、卵石和中粗砂层中，透水性较好，水量较大，单井开采量一般为1000~1500m3/d，是市区主要淡水开采层之一，水温为20.5~21.0℃，原始水位略高于第Ⅰ含水层，水位埋深3.5~5.0m。

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2 基坑保护等级

基坑边形控制保护等级确定的原则：

表2-1 基坑保护等级确定及要求

保护等级 环境保护要求 基坑10米范围有地铁、共同沟、煤气管、大型压力总供水管等重要建筑及设施必须确保安全 基坑周围H范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物和建筑物 基坑周围H范围内设有较重要支线管道和一般建筑、设施 基坑周围30米范围内设有需要保护的建筑设施和管线、构筑物 地面最大沉降量 围护墙最大水平位移 抗隆起安全系数 特级 0.1%H 0.14%H 2.2 一级 0.2%H 0.3%H 2.0 二级 0.5%H 0.7%H 1.5 三级 1%H 1.4%H 1.2

2号线车站东侧为阳光广场市政绿地和市政府大院，场地较空旷，2号线车站西侧南端为宁波丝绸大厦、恒隆中心、宁波军分区后勤部营房科家属宿舍和宁波市档案馆，距轴线近，属于基坑周围H范围内的大型在使用建筑物。且由工程概况知，与2号线鼓楼站相交的管道多为重要的水管。

车站所在区域为宁波老城区，且中山路和解放路经过多次拓宽改造，地下障碍物较多，主要为建筑物老基础、地下人防工程和桩基等。地下人防工程位于1号线中山路南侧和解放南路路中，埋深0.8~1.5m，宽1.8~3.0m，高2m左右；地下障碍物桩基主要为久久天桥桩基；解放北路下地下老基础较多。 综合上述条件，本设计认为2号线鼓楼站基坑的变形保护等级为一级。

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3 开挖方法及支护结构选型

3.1 开挖方法

考虑宁波市的软弱地层，一级本车站周围环境复杂，环境保护等级较高，基坑开挖深度较深的特点，本次设计选用的是明挖法的有支护分层开挖的开挖方法。

3.2 支护结构选型

拟采用适合于软土地基和建筑物密集的城市中心区的深基坑的带有内支撑的地下连续墙的围护结构形式。

拟采用的基本尺寸为地下连续墙厚度为800毫米，插入比为0.9，每幅地连墙宽度6米。基坑开挖深度为16.7米，故地下连续墙高度为31.73米。

拟采用五道支撑。第一道为砼支撑，截面形式为1000×1000，第二到第五道钢支撑，采用φ609×16。

其布置形式为：

500 4000 第一道砼支撑 第二道钢支撑 3400 第三道钢支撑 3000 第四道钢支撑 2800 第五道钢支撑 3000

图3-1 支撑布置图

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3.3 基坑稳定性验算

3.3.1 整体稳定性

检算支护结构和地基的整体抗滑动稳定性时，其最危险滑动面的圆心一般在上墙上方，靠坑内侧附近。考虑内支撑作用时，通常不会发生整体稳定破坏，因此对只设一道支撑的支护结构需验算整体滑动，而对设置多道内支撑时可不作验算。

3.3.2 抗滑移稳定性

基坑的抗滑移稳定性针对的是重力式挡土墙，故在本设计中不用验算。

3.3.3 抗倾覆稳定性

板式支护结构抗倾覆稳定计算时以最下一道支撑或锚碇点为转动点，抗倾覆力矩取基坑开挖面以下围护墙入土部分坑内侧压力对最下一道支撑的转动力矩；倾覆力矩取最下一道支撑以下围护墙外侧压力对最下一道支撑的转动力矩。抗倾覆稳定系数为：

KQMRC/MOC

MRC: 抗倾覆力矩MRCFpZp；

MOC: 倾覆力矩MOCFaZa。

图3-2 抗倾覆稳定性计算图示

通过简化计算，对于基坑内被动水土压力按三角形计算，基坑外主动侧土压力按梯形计算。

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其中计算点处的被动土压力计算公式如下：

PpihiKp2cKph cos2cos2cos2其中Kp，Kph； 2[1sin()]sin()sin2[1]cos计算点处主动土压力计算公式如下：

Pa(qihi)Ka2cKa 其中Katan2(45)

2c、：计算点处的土的粘聚力（kPa）和内摩擦角（°）；

：计算点处的地基土与墙面之间的摩擦角（°），(~)，土质较

差时取大值，反之取小值。

本设计计算点深度为31.73米，其地连墙墙底位于⑤1层中，是粘土和粉质

233422粘土，墙土质较好，取16.511

33表3-1 应力计算表

计算土层 δ 墙底⑤1 11 支撑④1-1 7 c 42.6 17.4 Ka KP Kph Pa Pp Φ 16.5 0.55761 2.28363 3.05771 262.782 757.796 10.5 0.69171 153.917 表3-2 抗倾覆稳定性系数计算表

合力 5694.843247 2775.135716 1962.830767

力臂 13.02 9.015 12.02 力矩 74146.86 25017.85 23593.23 抗倾覆稳定性系数 1.525308 对于基坑抗倾覆稳定性系数规定如下:一级基坑工程取1.2，二级基坑取1.1，三级基坑取1.05。

故,本次设计的基坑抗倾覆稳定性满足条件。

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3.3.4 抗隆起稳定性

基坑抗隆起稳定性验算是基坑支护设计中十分关键的设计内容，它不仅关系着基坑的稳定安全问题，也与基坑的变形密切相关。目前我国基坑工程实践中主要采用地基承载力模式以及圆弧滑动的稳定分析模式。

地基承载力模式以验算支护墙体底面的地基承载力作为抗隆起分析依据，是根据Terzaghi建议的浅基础地基极限承载力计算模式，但由于基础宽度不能明确界定，对计算公式进行了简化。

Ka2DNqcNc1HDq

式中 D——入土深度(m)；H—基坑开挖深度(m)；

c——坑底土体的粘聚力(kN／m)；q—地面超载(kN／m) ；

γ1——坑外地表至围护墙底，各层土天然重度的加权平均值(kN／m3)； γ2——坑底以下至围护墙底，各层土天然重度的加权平均值(kN／m3)； Nq、Nc——地基承载力系数。如果基底光滑，用Prandtl公式，Nq、Nc分别为:

2

2

Nqetgtg2(45)2

Nc(Nq1)tg

c,： 分别为围护墙底地基土粘聚力和内摩擦角。

图3-3 抗隆起系数计算图

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表3-3 抗隆起计算表

c 42.6 H 16.7

Φ 16.5 Nq 4.547924 r1 18.49185 Nc 11.97759 r2 18.47179 q 20 D 15.03 抗隆起稳定性 2.92196195 对于基坑抗隆起稳定性系数规定如下：一级基坑取2.5，二级基坑取2，三级基坑取1.7。

故，本设计基坑抗隆起稳定性满足要求。

3.3.5 抗渗流稳定性

抗渗透稳定性分析包括抗渗流以及抗承压水的突涌验算。抗渗流稳定性计算主要是针对基坑坑底土体在内外水头差作用下是否会发生流土现象；当基坑下存在不透水层且不透水层又位于承压水层之上时，应检算坑底是否会被承压水冲溃，即突涌验算。

板式围护结构的抗渗流稳定性计算：

KS式中：

ici (4-34)

ic： 坑底土体的临界水力坡度，根据坑底土的特性计算：

ic(Gs1)/(1e)

GS： 坑底土的比重；

e： 坑底土的天然孔隙比；

i： 坑底土的渗流水力坡度，ihw/L;

hw: 基坑内外土体的渗流水头（m），取坑内外地下水位差，见图4-34；

L： 最短渗径流线总长度（m），LLhmLv；

Lh： 渗径水平段总长度（m）； ： 渗径垂直段总长度（m）；

Lv 15 / 41

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m：渗径垂直段换算水平段的系数，单排帷幕墙时m1.5；多排帷幕墙时m2；

KS: 抗渗流或管涌稳定性安全系数，取1.5~2.0.基坑底土为砂性土、砂质粉

土或粘性土与粉性土中有明显薄层粉砂夹层时取大值。

图3-4抗渗流稳定性计算图示 表3-4 抗渗流稳定性计算表

Gs 2.75 Lk 0.8

Es 3.13 Lv 46.76 a 0.69 m 1.5 e 1.1597 ic 0.810298 hw 16.15 抗渗流稳定性 3.559289209 故，本设计抗渗流稳定性满足要求。

3.3.6 抗突涌稳定性

抗突涌稳定性验算时，采用计算发生突涌情况的基坑开挖的临界深度的方法确定在所选围护和支撑安排情况下的基坑抗突涌稳定性。 ➢ 计算第一层孔隙承压水的临界基坑深度：

第Ⅰ层空隙承压水基本情况：

第Ⅰ层孔隙承压水赋存于⑥5和⑧层粉砂、细砂、粗砂、砾砂和圆砾层中，透水性好，平均渗透系数约30.5m/d，水量丰富，单井开采量500~1000m3/d，含水层顶板埋深一般为45.0~62.0m左右，含水层厚度5~10m，层位稳定，水位埋深3.0~5.5m，动态变化不明显,基本不流动。透水性较好，水温为19.5~20.0℃，水质为微咸水,水化学类型以Cl·SO4—Na·Ca型为主。

抗突涌计算公式公式：

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hK[K]1.1whw

图3-5 抗突涌计算图示

3~5.5 临界挖深深度h 45~62 5~10

本设计中以平均高度计算土层厚度以及各种设计条件所给的以一定范围表示所有宽度和厚度。

whw(53.54.25)10492.5Pa

故：h1.1whw1.1492.5541.75Pa

表3-5 基坑开挖临界深度计算表

土层编号 ①3T ①3 ②1 ②2-2 ②3 ④1-1 ④1-2 ④2 涂层厚度 土层重度 累计厚度 1.7 2.2 1.4 5.4 4 3.5 3.9 6.4 18.2 17.4 18.6 17.5 18.2 18.1 18.7 17.8 1.7 3.9 5.3 10.7 14.7 18.2 22.1 28.5 承压水面以上各层厚度 1.7 2.2 1.4 5.4 4 3.5 3.9 6.4 土压力 991.2 960.26 921.98 895.94 801.44 728.64 665.29 592.36 累计土压力 991.2 960.26 921.98 895.94 801.44 728.64 665.29 592.36 17 / 41

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⑤1 ⑤2 ⑥2 ⑦1 4.1 5.5 13.1 6.2 19.7 19.4 18.7 20 32.6 38.1 51.2 57.4 4.1 5.5 13.1 2.3 478.44 397.67 290.97 46 478.44 397.67 290.97 46 从表中可知，基坑的临界开挖深度在第四层的第二亚层，其埋深计算如下：

h1541.75478.443.56m

17.8h28.53.5624.94m

由设计资料知，二号线鼓楼站标准段基坑开挖深度为16.7m，小于基坑在不进行降承压水的情况下满足抗突涌稳定性的临界基坑开挖深度，故不需要降第Ⅰ层承压水。

➢ 计算第Ⅱ层承压水基坑临界开挖深度

第Ⅱ层承压水的基本情况：

第Ⅱ层孔隙承压水赋存于⑨3、⑩2 层圆砾、卵石和中粗砂层中，透水性较好，水量较大，单井开采量一般为1000~1500m3/d，是市区主要淡水开采层之一，水温为20.5~21.0℃，原始水位略高于第Ⅰ含水层，水位埋深3.5~5.0m。

由于第Ⅱ层与第Ⅰ层相比，水位埋深相差不大，随着承压水带埋深的增加，土压力的增加明显大于水压力的增加，故在不进行承压水加水的情况下，基坑开挖是满足抗突涌稳定性的。 ➢ 浅层承压水的基本情况

浅层微承压水主要赋存于③层含粘性土粉砂或粉土层中，含水层厚一般为2~4m，局部夹较多粘性土薄层，透水性一般，水量相对较小，单井出水量在6~15m3/d，砂质较纯、厚度较大的地段出水量相对较大，水位埋深在1.8~2.5m左右，渗透系数在1.18×10-4~4.76×10-4cm/s，水温为19℃左右，水质为微咸水，地下水基本不流动。

由于此段浅层承压水埋深较浅，含水带在地连墙施工时会被地连墙隔断，在空隙潜水处理中通过疏干井以作有效处理。 ➢ 孔隙潜水的基本情况：

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孔隙潜水主要赋存于场区表部填土和粘土、淤泥质土层中。表部填土富水性和透水性均较好，水量较大；浅层粘土和淤泥质土富水性、透水性均差，渗透系数为4.07×10-7~3.0×10-6cm/s之间，水量贫乏，单井出水量小于5m3/d。场地内孔隙潜水主要接受大气降水竖向入渗补给和地表水的侧向入渗补给，多以蒸发方式排泄。水位受季节及气候条件等影响，但动态变化不大，潜水位变幅一般在0.5~1.0m之间。实测潜水位埋深一般为0.5~2.6m，标高0.5~2.2m，平均标高为1.16m，潜水最低水位按实测水位向下1.0m。

现布置疏干井，布置原则如下： ➢ 单井有效排水面积为200平方米

➢ 井深按开挖基坑深度以下3米，即疏干井深度为20米 ➢ 疏干井布置时间为地连墙施工结束地基加固完成之后一段时间 ➢ 疏干井工作时间至结构底板施工时

由于缺少本站标准平面图，故此处不做疏干井具体布置。

3.3.7 小结

经过稳定性验算，可以确定地下连续墙的尺寸。即：

在进行疏干井布置的情况下，地下连续墙厚度为800mm，基坑开挖深度为16.7m，插入比为0.9。此种结构选型是足以满足设计条件的。

4 支护结构内力及配筋

4.1 内力计算方法及图示

围护墙的内力和变形计算宜采用竖向弹性地基梁的基床系数发计算。 平面弹性地基梁法假定挡土结构为平面应变问题，取单位宽度的挡土墙作为竖向放置的弹性地基梁，支撑和锚杆简化为弹簧支座，基坑开挖面以下土体采用弹簧模拟，挡土结构外侧作用已知的水压力和土压力，计算简图如下：

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图4-1 弹性地基梁法计算简图

基坑内支撑点弹性支座的压缩弹簧系数KB应根据支撑体系的布置和支撑构件的材质与轴向刚度等条件，按下式确定。

KB=2EALS

式中：KB——内支撑的压缩弹簧系数（kN /m/m）；

α——与支撑松弛有关的折减系数，一般取0.5~1.0；混凝土支撑或

钢支撑施加预应力时，取α=1.0；

E——支撑结构材料的弹性模量（kN/m2）； A——支撑构件的截面积（m2）； L——支撑的计算长度（m）； S——支撑的水平间距（m）。

基坑开挖面以下，水平弹簧支座和垂直弹簧支座的压缩弹簧刚度KH和KV，可按式计算。

KHkHbhKVkVbh

式中：KH、KV——分别为水平向和垂直向压缩弹簧系数（kN /m）；

kH、kV——分别为地基土的水平向和垂直向基床系数（kN /m3），开

挖面以下一定深度内的水平向基床系数取为三角形分布，三角形分布区内的水平向基床系数kH=mz；m为水平向基床系数沿深度增大的比

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例系数；z为影响深度，一般取开挖面以下3~5m，坑底地基土软弱或受扰动较大时取大值，反之取小值；

b、h——分别为弹簧的水平向和垂直向计算间距。

计算时，考虑到土体的分层、水平支撑的存在等实际情况，需沿着竖向将弹性地基梁划分为若干单元；同时，应根据基坑开挖、支撑施加顺序等进行支护结构的变形和内力计算。

4.2 工况划分和相关计算

本设计取基坑开挖深度范围内的土体的沿深度方向的平均重度和内摩擦角，相关计算参数及工况划分如下：

表4-1 支撑的轴向刚度计算表

支撑类型 砼支撑 钢支撑 1 1 a E 30000000000 2E+11 A 0.81 0.03 L 19.3 19.3 8 3 S Kb 314766.8 207253.9 表4-2 压缩弹簧刚度

Z 4 M 1975 Kh 7900 Kv 7900 表4-3 工况汇总及模型参数值

工况 工况一 工况二 工况三 工况四 工况五 工况六 描述 开挖至1.45m 架设第一到支撑，开挖至5.305m 架设第二道支撑，开挖至8.705m 架设第三道支撑，开挖至11.705m 架设第四道支撑，开挖至14.505m 架设第五道支撑，开挖至16.7m 开挖底面最小处最大处土砼支撑刚钢支撑Ka 加权重度 变动区厚度 内摩擦角 压力 压力 度 刚度 18.17 1.45 11.10 0.677071 13.54 31.37 314766.8 207253.9 18.17 18.17 18.17 18.17 18.17 4.805 4.205 3.805 3.605 3 11.10 0.677071 11.10 0.677071 11.10 0.677071 11.10 0.677071 11.10 0.677071 0 0 0 0 0 59.10 51.72 46.80 44.34 36.90 314766.8 207253.9 314766.8 207253.9 314766.8 207253.9 314766.8 207253.9 314766.8 207253.9

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图4-2 工况开挖图

4.3 计算模型及参数

图4-3 材料参数图

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图4-4 界面参数图

4.4 计算图示及结果

➢ 工况一

图4-5 工况一结果图

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➢ 工况二

图4-6 工况二结果图

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➢ 工况三

图4-7 工况三结果图

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➢ 工况四

图4-8 工况四结果图

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➢ 工况五

图4-9 工况五结果图

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➢ 工况六

4-10 工况六结果图

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➢ 剪力及弯矩包络图

图4-11 包络图

4.5 支撑轴力结果及校验

表4-4 各工况下支撑轴力

断面 支撑 二 各工况下支撑轴力(kN) 二 — — — 三 四 19.60 五 18.19 六 20.56 67.74 最大 133.06 166.41 214.61 247.59 246.34 一 133.06 47.58 2号线 三 标准断面 四 五 — — 166.41 109.41 74.25 — 214.61 161.17 127.21 247.59 206.06 246.34 29 / 41

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确定鼓楼车站基坑支撑的设计轴力和预加轴力见表6.10。

表4-5 支撑的设计轴力和预加轴力 断面 支撑 第一道 设计轴力(kN) 200 300 500 500 500 预加轴力(kN) — 150 350 350 350 标准面 (2号线) 第二道 第三道 第四道 第五道

4.6 地连墙配筋计算

4.6.1 配筋相关参数

➢ 地连墙迎水面保护层厚度为70mm ➢ 地连墙背水面保护层厚度为50mm ➢ 地连墙与槽底距离至少为500mm ➢ 所采用的混凝土等级为C30，fcd=13.8MPa ➢ 所采用的钢筋等级为HRB335，fsd= fsd′=280MPa ➢ 最大正弯矩为：213.02kNm ➢ 最大负弯矩为：355.53kNm

4.6.2 配筋计算

4.6.2.1 背土面配筋

取一延米地下连续墙为计算段，进行二号线鼓楼站标准断面的配筋计算。

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图4-12 计算段

1、计算混凝土受压区高度x：

x r0Mdfcdbx(h0)

2其中：r0:结构安全性系数，取r01.1 Md213.02kNm b1m

设a85mm,h0ha80085715mm0.715m

x2fcdbh04fcd2b2h028r0Mdfcdb2fcdb

解得：x11405mm,x224.2mm 2、计算所需钢筋面积

ASfcdbx fsd13.8100024.2

2801190.6mm2

3、确定配筋数量和直径

通过查看“钢筋的计算截面积与理论质量”确定取4Φ20的钢筋，其截面面积为1256mm2，满足设计要求。 4、验算截面配筋率

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AS12560.1700 bh01000(8007011.4)min0.45ftd1.390.450.2200 fsd280故,若如此配筋会发生少筋梁脆性破坏，不满足设计要求。 5、以最小配筋率配筋

令：

AsAsfmin0.45td0.2200bh01000(80085)fsd

得：

As1573mm2通过查看“钢筋的计算截面积与理论质量”确定取6Φ20的钢筋，其截面面积为1884mm，满足设计要求。 验算配筋率：

2

AS18840.2600min0.2200bh01000(8007011.4)

满足要求。 验算超筋梁：

x24.20h00.56(8005014.2)412.05

满足要求，不会发生超筋梁破坏。

4.6.2.2 开挖面配筋

1、计算混凝土受压区高度x：

x r0Mdfcdbx(h0)

2其中：r0:结构安全性系数，取r01.1 Md355.53kNm

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b1m

设a65mm,h0ha80065735mm0.735m

x2fcdbh04fcd2b2h028r0Mdfcdb2fcdb

解得：x11393mm,x239.6mm 2、计算所需钢筋面积

ASfcdbx fsd13.8100039.6

2801952.9mm2

3、确定配筋数量和直径

通过查看“钢筋的计算截面积与理论质量”确定取6Φ22的钢筋，其截面面积为2281mm2，满足设计要求。 4、验算截面配筋率

AS22810.3100 bh01000(8005012.6)min0.45ftd1.390.450.2200 fsd280故满足设计要求。 验算超筋梁：

x39.60h00.56(8007011.4)402.4

满足要求，不会发生超筋梁破坏。

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5 主体结构设计

5.1计算参数

5.1.1 主体结构设计参数

主体结构设计见图如下：

图2-1 主体结构设计图

5.1.2 荷载取值

➢ 静止土压力系数： 0.621 ➢ 覆土深度：2.4m ➢ 地下水位：地面下1.5m ➢ 地面超载：20kN/m2 ➢ 楼面施工荷载：5kN/m2 ➢ 人群荷载：4kN/m2 ➢ 车辆荷载：20kN/m2 ➢ 台板自重：8kN/m2 ➢ 中板装修层厚度：0.15m ➢ 中板装修层重度：23kN/m3

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5.1.3 荷载组合

表2-1 荷载组合 荷载 类别 荷载名称 结构自重 顶板上覆土重 水土侧压力小 水土侧压力大 装修荷载 站台板自重 浮力 地面超载 列车荷载 人群荷载 地震力 人防荷载 荷载自重 分项系数 43.608 12.428 200.99 3.45 8 162 20 20 4 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 相关值 52.3296 14.91 241.20 4.14 9.6 194.4 28 28 5.6 可变荷载组合 地震工况 人防工况 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 永久 荷载 可变 荷载 偶然 荷载 5.1.4 SAP参数

5.1.4.1 材料属性参数

1、材料分析属性

图2-2 材料的分析属性

2、材料的设计属性

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图2-3 材料的设计属性

5.1.4.2 框架属性参数

材料的框架截面可以分为地连墙、内村、顶板、中板、底板、柱，其相关截面尺寸如下：

图2-4 地连墙的截面尺寸

图2-5 内村的截面尺寸

图2-6 顶板的截面尺寸

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图2-7 中板的截面尺寸

图2-8 底板的截面尺寸

图2-9 柱的截面尺寸

6 SAP运行结果

6.1 结果显示

处于基本工况和人防工况下的框架运行结果显示如下：

图3-1 SAP运行显示

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6.2 结果汇总

将运行结果汇总如下： 基本工况

表3-1 板的弯矩汇总

板 最大弯矩（kN·m） 正 负 顶板 315.39 -223.31 中板 47.32 -18.48 底板 251.61 -491.64 人防工况

表3-2 板的弯矩汇总

板 最大弯矩（kN·m） 正 负 顶板 522.48 -424.03 中板 55.21 -16.32 底板 438.58 -693.44 综合两种工况可以得到主体结构弯矩包络图的最大值，如下：

表3-3 板的弯矩汇总

板 最大弯矩（kN·m） 正 负 顶板 522.48 -424.03 中板 55.21 -18.48 底板 438.58 -693.44

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7 截面配筋

根据上节弯矩，分别配置顶板中板底板的钢筋。 取各楼板的净保护层厚度及混凝土有效作用高度值如下：

表4-1 保护层厚度与有效作用高度

楼板 顶板 中板 底板 板厚 900 400 1000 钢筋位置 上缘 下缘 上缘 下缘 上缘 下缘 C 50 30 30 30 30 50 钢筋中心至边距 65 45 45 45 45 65 835 855 355 355 955 935 7.1 以底板下缘为例配筋

1、计算混凝土受压区高度x：

x r0Mdfcdbx(h0)

2其中：r0:结构安全性系数，取r01.1 Md693.44kNm b1m

设a65mm,h0ha100065935mm0.935m

x2fcdbh04fcd2b2h028r0Mdfcdb2fcdb

解得：x11809mm,x261.1mm 2、计算所需钢筋面积

ASfcdbx fsd13.8100061.1

2803012.2mm2

3、确定配筋数量和直径

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通过查看“钢筋的计算截面积与理论质量”确定取8Φ22的钢筋，其截面面积为3041mm2，满足设计要求。 4、验算截面配筋率

AS30410.3200 bh01000(10005012.5)min0.45ftd1.390.450.2200 fsd280故满足设计要求。 验算超筋梁：

x61.10h00.56(8005012.5)413.6

满足要求，不会发生超筋梁破坏。

7.2 配筋结果汇总

依照此计算方法计算结果如下：

表4-2 配筋汇总

钢筋 位置 上缘 顶板 下缘 上缘 中板 下缘 上缘 底板 下缘 楼板

1777.9 2250.24 793.04 793.04 1840.2 3012.2 2036 2513 904 904 2281 3041 配筋 8Φ18 8Φ20 8Φ12 8Φ12 8Φ18 8Φ22 20.5 22.7 13.9 13.9 20.5 25.1 净距 104.5 102.3 111.1 111.1 104.5 100 839.75 838.65 463.05 463.05 959.75 937.5 40 / 41

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8 结构抗浮计算

在验算结构抗浮稳定性时，不考虑侧壁阻力时抗浮安全系数大于1.05，考虑侧壁阻力时抗浮安全系数大于1.1。

本次设计中2号线鼓楼站顶板覆土2.4米，地下水位1.5米。为满足抗浮要求，设置压顶梁，使地下连续墙与车站结构共同承担浮力。现在不考虑侧壁压力作用情况下，验算车站的抗浮稳定性。 车站自重：

G25(31.730.8214.30.6218.72.3120.52)3073.45kN/m

顶板覆土重度：

Gt182.420.9902.8kN/m

浮力：

F10(31.730.8214.319.3)3267.58kN/m

抗浮安全系数：

Kf(GGt)/F1.221.05

故计算结果满足抗浮要求。

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