轨道交通结构设计范文

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2主要设计

标准设计使用年限100年，结构安全等级为一级。建筑抗震设防类别为乙类(重点设防类)。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0．15g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。按照GB50011—2010建筑抗震设计规范，其震动反应谱特征周期为0．40s，水平地震影响系数最大值为0．168。按照当地规定，轨道交通项目应当进行地震安全性评价;根据本项目《工程场地地震安全报告》。小震计算采用安评报告提供参数与抗震规范参数的包络值计算。

3主体结构体系及难点处理

3．1单跨结构及处理

主楼采用框架—剪力墙形式，裙楼采用框架结构。裙楼4层、5层控制中心大厅由于建筑使用功能限制，需抽掉??轴部分柱，形成大空间方便使用，使得结构出现单跨结构:屋顶连续梁10根，单跨梁6根。《建筑抗震设计规范》6．1．5条“甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架结构”。故裙房顶层大跨度单跨框架结构的竖向构件采取性能化设计，即斜截面承载力中震弹性、正截面承载力中震不屈服。同时考虑到裙楼体型复杂，采用了两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算。计算结果表明，PKPM与YJK计算主要参数近似，且均满足规范要求。性能化构件配筋计算见表3。计算表明，中震不屈服时，斜截面箍筋加密区基本无变化，非加密区;中震弹性时，斜截面箍筋加密区和非加密区都增加，非加密区增加一半。中震不屈服时，正截面纵筋较小震弹性增加2．2倍;中震弹性时，正截面纵筋较小震弹性增加2．8倍。

3．2走廊及处理

建筑功能需要，OCC控制大厅在4层、5层通高设置，且5层需要设置参观走廊，即4层顶板大范围开洞。故一般的楼板刚性假定不成立，设计中应考虑楼板削弱产生的不利影响，采用了楼板弹性膜假定计算。同时走廊对主体结构的影响采取PK单榀模型核算，在构造上适当加强。

3．3悬挑及处理

主楼、裙楼存在悬挑结构，最大悬挑5．2m，裙楼顶层存在18m大跨结构。在地震工况计算时，考虑竖向地震作用，并验算结构变形。

4地基基础设计

4．1基础设计

本工程裙楼、纯地下室基础采用桩基+防水板，主楼基础采用桩筏，桩基为水下灌注桩。考虑到场地钻孔遇孤石比例达32．2%，桩采用冲孔灌注桩基础。工程桩坐落在瑏瑧-2散体状强风化花岗岩，防水板坐落在瑏瑡-1残积砂质粘性土。建筑地基基础设计等级为甲级。

4．2沉降计算

由于变形缝自地下室顶以上贯通，地下室及基础连成一体，故必须对基础整体沉降、差异沉降进行合理的协调控制，以满足整体地基基础变形要求。通过桩基布置及调整，计算表明主楼最大沉降46mm，裙楼最大沉降44mm，纯地下室最大沉降32mm。最大差异沉降0．00575，满足规范要求。从施工角度出发，沿主楼、裙楼外轮廓设置沉降后浇带，待两侧结构封顶，根据沉降观测结果，确定后浇带封灌时间，并不少于两个月;以减少地基基础的不均匀沉降，同时加强整个建筑的沉降观测等。

4．3抗浮设计

抗浮设计水位标高为室外标高以下0．5m，即基础底标高以上6．3m，需要考虑地下水浮力对结构不利影响。以纯地下室为例，考虑到结构自重、地下室顶覆土、基础板上回填，抗浮系数为1．00＜1．05，不满足抗浮要求。考虑到工程桩对抗浮的要求，抗浮系数为1．15＞1．05，满足抗浮要求。同时工程桩单桩竖向抗拔承载力特征值按照抗浮计算需要确定，在确保安全的前提下，以方便试桩及节约造价。

5超长设计

运营控制中心由主楼和裙楼两部分组成，地下室最大长度为171m，最大宽度为71m。为减小温度应力影响，出地面后主楼与裙楼之间设置一道变形缝，兼作抗震缝，缝宽150mm。主楼纵向尺寸100m，横向尺寸30m;裙楼纵向尺寸150m，横向尺寸21m。因建筑功能、工艺需要，主楼、裙楼结构不能再增设变形缝。为解决结构超长、温度应力及混凝土收缩对结构的不利影响，结构设计采取以下结构措施:

1)纵向结构梁采用预应力混凝土梁，考虑到施工方便，框架梁施加缓粘结预应力。楼板、屋面板采用无粘结预应力，施加温度预应力。

2)加强梁、板内温度抗裂构造钢筋。适当增加通长钢筋，尽量采用直径细、间距密的布筋方法，以减小可能出现的温度、收缩裂缝宽度。

3)混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥(例如粉煤灰水泥等)，采用碎石骨料;顶底板均采用补偿收缩混凝土;同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量，严格控制水灰比不大于0．5。

4)设置沉降后浇带、温度收缩后浇带，后浇带宽度0．8m～1．0m，温度收缩后浇带内的混凝土在两侧结构完成两个月后浇筑，浇筑时应用高一强度等级的微膨胀混凝土浇筑。控制后浇带封灌时间，应尽量选择温度较低时进行后浇带的浇筑。

5)适当延长养护时间，使结构缓慢降温，以防温度骤变、温差过大引起裂缝;基础部分及早回填保湿保温，以减少温度收缩裂缝;顶板保水养护时间不少于14d。

6)屋面设建筑保温层，建筑物周边建筑围护墙封闭，减小室内外温差对结构的不利影响。

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中图分类号：O213 文献标识码： A

一、工程概况

该工程位于长江三角洲地区，由于受地下水开采、地层岩性结构、水文地质条件、土体特性、固结历史等综合因素的影响，地面沉降对城市防汛、基础设施安全运营产生了长期的严重影响。轨道交通建设是投资额大、影响面广的一项民生工程。1号线全长约42km，穿越主城地面沉降漏斗区。其高程控制测量对起算数据精度要求高，对沿线地面沉降控制要求严格，在工程的建设与运营过程中，均要有稳定、可靠的高程基准。基岩水准标（简称基岩标）通过钻探的方法而埋设在地下完整基岩上，可以避免由于地下水开采、地面沉降等因素而带来的不利影响，是现代高程测绘基准。为了提高轨道交通高程控制测量精度、建设质量、运维管理、地面沉降监测以及建立新的高程基准，该地测绘院在轨道交通1号线沿线建设了三座深层基岩标，对其结构进行了详细设计，对施工工艺及关键技术进行了全过程的质量控制。

二、基岩标结构设计

基岩标结构是施工建设、材料选用的基础，必须重视基岩标结构设计。

1、基岩标钻孔结构设计

收集城市相关规划设计、地质资料，确定钻孔位置和钻孔工艺。确定钻孔终孔孔径为300mm，基岩面以下地层内，钻孔孔径为110mm。

2、基岩标深度确定

根据已有的地质资料，初步确定基岩标的深度，要求标杆埋设在新鲜、完整基岩内，基岩标底的埋设位置在基岩面以下不少于5m，具置按实际地质情况与相关专家共同确定。

2.3基岩标标体结构设计

基岩标标体结构设计由保护装置（保护管）、引测装置（标杆）、导正装置（扶正器）、标底装置和地面装置5大主要结构组成，基岩标标底须与基岩固结成一体，保证其稳固、可靠、永久，组成结构如图1所示。

（1）保护装置

保护管置于钻孔内，由水泥浆与基岩固结，其作用是保护引测装置，尽可能地减小周围土层对标杆的影响。基岩标保护管采用Ф168×8mm地质专用钢管。（2）引测装置标杆及其配置的合理性直接影响基岩标整体的稳定性与精确性。基岩标标杆采用四级宝塔结构设计，材质用DZ40地质无缝钢管。根据材料力学原理，按“九五分割”法确定的分段长度使其整体稳定性最好，规格自下而上分别为Ф108、Ф73、Ф50、Ф42，底部灌注水泥浆与新鲜完整基岩固结成一体。

（3）导正装置

扶正器不仅起导正作用，又能使标杆导直和在保护管内居中，同时也使保护管与标杆的作用相互独立，采用自加工的三向转动不锈钢轮式扶正器，按力学原理计算标杆每5m间隔安装一个扶正器.

（4）标底装置

标底装置保证引测装置底部与新鲜完整基岩紧密接触并固结成一体。基岩标标底设置托盘管靴，将预制的标底埋入新鲜完整基岩体内，并用定量水泥将标底与基岩固结成一体。

（5）地面装置

在引测标杆上设主标测点，在保护管上设副标测点，在离主标5m范围内设地表沉降点，主标、副标及地面监测点的测量成果可分析基岩标的质量。

三、基岩标施工工艺及关键技术解决

1、地质勘探

（1）野外勘探

以基岩标孔作为地质勘探孔，终孔孔径φ110。全孔取芯钻进，全孔岩芯采取率≥85%，粘性土按2.5m间距采取原状土样，砂性土按层次取扰动样。地质勘探孔开孔，用φ110取芯钻具及导向装置利用钻具自重取芯钻进至新鲜基岩3m。钻进过程中，每20m测量孔斜及丈量钻具校正孔深，保证百米孔斜不超过0.5°，终孔孔斜不超过1°，终孔孔深误差不超过10cm。整个施工过程中采用低固相优质泥浆连续施工至终孔。

（2）室内测试

在常规物理测试和剪切试验的基础上，加强土体的压缩性试验，绘制e-logP曲线，并提供先期固结压力。

（3）资料分析及成果评价

根据勘探测试结果提供单孔综合柱状图，并对各工程地质层的强度、压缩性进行分析评价，为基岩标标底位置的确定提供依据。

2、基岩标成孔及安装

（1）成孔施工

①钻孔

在地质勘探孔的基础上，以小口径钻孔为基准孔，采用φ200/φ110、φ300/φ200超前导向式钻头利用钻具自重扩孔成孔，并采用低固相优质泥浆护壁，保证钻进安全及防止坍孔和缩径。

②垂直度控制

为保证成孔的垂直度，在φ200/φ110扩孔过程中，每20m间隔测量孔斜，每达100m孔斜不超过0.5°，发现超出0.5°标准及时纠偏。

（2）保护管安装

扩孔结束后，捞净孔底沉渣，按放φ168地质钢管作保护管，确定与扩孔孔深相符后，下φ50钻杆开始注入按计算量搅拌好的水泥浆，管外浆高5m。注浆后，提起φ50钻杆换浆，此时单向阀关闭，水泥浆无法回流，及时将保护管插入孔底，待凝固后透孔。外部按设计要求立即回填止水。

（3）透孔

孔内水泥凝固后，用带导向的φ110钻具钻进至新鲜基岩不少于5m。

（4）标杆安装

对上主动钻杆用钻机加压，使标底装置与岩面严密接触。标杆部位安装扶正器，扶正器与保护管接头最小内径的半径间隙不大于2mm。压标后，安放（连接）杆头和副标头，并在保护管及标杆内灌入蒽油至含水层。

四、基岩标施工质量控制

基岩标建设投资大，作用深远，怎样控制好质量是关键所在。基岩标是隐蔽、长期工程，标体结构在设计上科学、合理外，施工技术与方法也是重要的控制环节，要求标底地层层位准确、钻孔结构合理、钻孔轴线垂直和标体安装可靠。

1、基岩面的判断

为确保基岩面的判断准确，会同有关专家，要综合考虑地质、钻进、岩样的风化及渐变、岩性符合等情况，结合基岩物力检测数据，以准确判断基岩面和确定基岩标底的深度。

2、标孔垂直度的质量控制

标孔的防斜采取以下防范措施：①地基应平整、夯实，确保钻塔、钻机立轴中心及孔口三点一线；②钻杆、钻具应保持平直度，弯曲度小；③采用加长钻具、出刃小的钻头、轻压、小泵量钻进；④加密测斜，及时正确了解钻孔垂直度，以便随时采取适当的工艺参数保证孔斜度符合设计要求；⑤采用低固相优质泥浆护孔、清孔，每个回次保证孔底岩粉及时排除干净，以防造成孔斜。

3、保护管的质量控制

为保证保护管的质量采取以下措施：①保护管外回填，根据地质条件，选择回填材料，四周应均匀回填；②基岩标保护管管底确保2m～3m有效固结长度，密封胶封胶，用加力杆上紧丝扣，采用壁后注浆固井，进口返上水泥浆，水泥浆加速凝剂，待凝时间不少于72h；③基岩标保护管应进入新鲜基岩2m。

4、基岩标标体稳定、灵敏度的质量控制

为掌控基岩标标体稳定、灵敏度采取以下措施：①为保证下入实际深度的精度，对接送水快速接头，送水清理孔底，证明已确实将标脚落实在孔底岩石之上；②标脚入新鲜基岩深度不小于5m；③滚轮扶正器半径之尺寸与套管接箍内径之半径间隔证在1.5mm～2mm范围内；为保证整个扶正器的同心度，钢制支架在制作中销轴之中心与支架底部的尺寸应通过精加工来保证在同一精度。

结束语

基岩标的建设，为轨道交通建设及基础测绘提供了一个稳定、统一的高程基准。同时，由于基岩标施工工艺复杂，质量要求高，必须根据地质、地层情况，认真编写相关技术设计，选择责任心强的施工队伍，从钻孔施工、基岩标底确定、孔斜控制、套管、标杆施工工艺质量等方面采取质量保证措施，才能保证标孔施工质量。

参考文献

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中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

蔡家站位于北碚区蔡家组团规划LC3路下方，车站两端分别为站前明挖区间和站后配线明挖区间，周边现状为梯田。其结构形式为明挖地下双层岛式车站，站台宽12m。车站(不含配线)全长198.24m，标准段宽20.9m。车站有效站台中心里程为YDK43+552.625m，该处顶板覆土3.0m，底板埋深约16.2m。车站(不含配线)共设5个出入口、2个风道，其中1个为预留出入口。所有附属结构均为地下一层，待主体结构完工后再施工。

图1蔡家站总平面图

2 地质概况

本工程场地属构造剥蚀丘陵地貌，地形为沟槽与丘包相间分布，总体走向近南北，地面高程316～331m，相对高差15m。场地地势总体东高西低，地形平缓，地面坡角一般2～10°,局部较陡，地形坡角达25°。出露的地层主要为第四系残坡积粉质粘土(Q4el+dl)，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组(J2S)砂质泥岩、砂岩，岩性以砂质泥岩为主。

3.围护结构设计

3.1计算原则及标准

1基坑围护结构合理使用年限：1.5年。

2 边坡支护结构型式及其支护参数应根据工程地质、水文地质、施工条件和环境因素，按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）、重庆市地方标准《建筑边坡支护技术规范》（DB50/5018-2001）等有关规定进行技术经济比选，并参考已有的工程实例确定。

3 结构施工设计以地质详细勘察资料为依据。地质勘察应根据现行国家标准《地下铁道、轻轨交通岩土勘察规范》（GB50307-1999）考虑不同施工方法对地质勘探的特殊要求，并在施工中通过对地层的观察和监测进行验证和反馈修改勘察资料。

4 基坑支护结构设计应保证结构在施工及使用期间的安全，边坡支护结构布置应满足限界要求。

5根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）的有关规定，本基坑边坡工程安全等级属于一级，侧壁重要性系数。

6 边坡支护结构在施工阶段进行基坑稳定性验算。根据场地地质概况，岩质边坡破坏模式为平面滑动破坏，整体稳定安全系数取1.35。

7基坑支护结构的变形应不超过0.25%H，基坑周围地面沉降量应不超过0.15%H，H为基坑开挖深度。

3.2荷载及荷载组合

1永久荷载：

(1) 覆土重：按竖向全土重计，覆土容重按20kN/m3。

(2) 岩体重量：砂质泥岩容重按25.7kN/m3，砂岩容重按25kN/m3。

(3) 侧向土压力：采用朗肯土压力理论，按主动土压力考虑。

2可变荷载：只考虑地面超载，按20kPa计。

3 荷载组合:永久荷载+可变荷载。

3.3边坡计算

车站边坡采用理正岩土软件进行了支护计算，并且根据《建筑边坡技术规范》（GB50330-2002）按平面滑动理论计算的边坡稳定性系数大于规范给定的临界值1.35。考虑上部土层厚度约3～5m，施作锚杆较为困难，采用钢花管注浆代替，并且采用理正深基坑软件，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）附录A圆弧滑动简单分条法，对上部土层稳定性进行复核验算，验算值大于临界值1.3，基坑设计安全。

3.4边坡设计

车站施工时围护结构基坑深约为10～12米。根据地质情况、场地条件并结合重庆本地经验，本站基坑采用放坡+锚喷支护。边坡采用二级放坡（局部三级）；上部土层采用1:1放坡+钢花管注浆，下部岩层采用1:0.5放坡+锚喷支护。

上部采用ф42注浆花管，其与钢筋网牢固焊接。钢花管与钢筋网应点焊，锚杆入射角15°。钢花管浆液为42.5级水泥浆，注浆压力1.0～1.2Mpa。注浆参数应在施工中不断调整，以尽量保证钢管之间浆液充填饱满，形成稳定壳体。

下部岩层面层铺设8@150×150单层钢筋网片，施作100mm厚C20早强喷射混凝土，岩层中打设ф22砂浆锚杆(角度15、长5～6m、间距2×2m梅花形布置)。

考虑到雨季中边坡安全，护坡坡面上沿高度和长度方向设泄水孔（ф=100mm、间距2～3m、外倾5%），最下一排泄水孔高于基坑面300mm，泄水孔后设反滤层。

图2典型边坡支护断面图

4主体结构设计

4.1 荷载

4.1.1荷载种类

1永久荷载

①结构自重：按实际重量计算，混凝土容重25kN/m3；

②顶板及挑板水土压力：按顶板（及挑板）上的实际覆土深度、土体物理力学参数及地下水位情况计算，采用水土合算，覆土重度取20kN/m3；

③侧向土压力：按车站深度范围内的土层厚度、各土层物理力学参数及静止侧压力系数计算，静止侧压力系数取0.5，远期使用阶段采用浮重度计算，近期使用阶段采用天然重度计算；

④侧向水压力：按车站深度范围内的地下水位计算，水的重度取10 kN/m3；

⑤中楼板荷载:包括人群、设备、装修、隔墙荷载，统一按恒载考虑；

⑥底板水浮力：按设防水位（即规划道路标高地表水位）计算。

2可变荷载

地面超载：按20kPa计算，按均布荷载计算其产生的附加水平侧压力。

4.1.2荷载计算

抗浮水位按0m考虑，静止侧压力系数取0.5。

车站共分三个典型的计算断面，分为：标准段（1-18轴）、加宽加高段（18-24轴）、单柱段（24-25轴）。各个计算断面覆土厚度分别为： 3.0m、1.8m、2.7m。以标准段为例计算其各项荷载如下：

表1

4.2 荷载组合

结构设计应考虑的荷载组合及组合系数应按下表确定。

荷载组合形式表 表2

注：括号内数字为当荷载对结构有利时的分项系数。

4.3计算原则及标准

1结构设计使用年限：100年；

2结构安全等级及构件重要性系数：车站结构安全等级为一级，结构构件重要性系数＝1.1；

3抗震等级：车站结构抗震设防烈度6度，抗震等级三级；

4人防防护等级：车站结构的人防防护等级为六级；

5防火等级：车站结构的防火等级为一级；

6结构防水：车站结构防水按一级标准进行设计,即不允许渗漏水,结构表面无湿渍。主体结构和附属结构所用混凝土的抗渗等级≮S8；

7结构环境类别：车站结构迎土面的环境类别为Ⅰ-C类，非迎土面及内部混凝土构件的环境类别为I-B类；

8结构抗裂标准：迎土面混凝土构件的裂缝宽度应不大于0.2mm，非迎土面混凝土构件的裂缝宽度应不大于0.3mm；

9结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定验算，设防水位按规划道路标高地表水位考虑。在不考虑侧壁摩阻力时，车站结构抗浮安全系数不得小于1.05，适当考虑侧壁摩阻力时,抗浮安全系数kf≥1.10。

4.4 结构计算模型的基本假定

1 主体结构按平面问题考虑,取单位米长度进行结构分析，即为横断面法。纵梁—立柱体系的地铁车站横断面符合平面应变原则，可将横断面等效为宽度为单位长度的梁体系进行平面计算。根据有限元计算原理，将组成结构的各段梁柱分成梁单元，各单元之间以节点相连。划分单元时单元长度不宜过大，否则将导致计算结果误差增大。对于明挖车站的计算，单元长度可取1米左右。

2 主体结构底板、侧墙按温克弹性地基梁进行假设, 基坑内的地体作用采用有限元计算中离散的受压弹簧单元代替分布的地基, 弹簧刚度按地基土压实系数进行计算。

3 侧墙荷载按静止土压力计算,使用阶段采取水土分算。

4.5结构计算模型

采用有限元软件MIDAS/Gen 6.0对车站主体进行了计算, 主体结构计算简化为底板置于弹性地基上的平面框架。计算采用结构- 荷载模式, 按荷载最不利组合进行结构的抗弯、抗剪、抗压、抗扭强度和裂缝宽度验算。

图3 标准段计算模型

4.6 结构内力计算结果

远期使用阶段标准组合下的标准段主体结构内力图：

图4 弯矩图(kN·m)图5 剪力图(kN)

图6 轴力图(kN)

通过以上内力计算结果表明: 明挖车站的结构计算通常采用平面框架形式, 而车站纵梁采用车站横向框架计算出来的轴力再以等效均布荷载的形式加在纵梁上, 也以框架形式进行计算, 从计算结果来看这种计算模型合理、计算简洁, 结构断面尺寸的选取是合理的。 底板跨中正弯矩比顶板大,所以设计时底板板厚取900mm，顶板板厚取800mm才能满足抗裂要求, 同时顶、底板及侧墙支座处负弯矩也都比较大, 为满足抗裂设计要求对这些部位进加腋，腋角大小设置为900mm300mm。

5 设计中函待解决问题

车站内力计算采用的横断面计算法是目前较多采用的一种计算方法,也是一种最简化的计算方法。其缺点是忽略了板的刚度对粱的受力影响，如果板较厚,或者板厚与梁高之比介于0.2〜0.5，则板对梁纵向受力的影响是不容忽略的,实际上大多数地铁车站的板厚与梁高之比都介于这个范围,按横断面计算法的结果 可能是板的横向弯矩偏大,而纵向弯矩被忽略掉了，同时忽略掉了板对梁的弯矩的分担，致使梁的计算弯矩过大，这会导致板在某些部位（如柱边、梁边）纵向配筋不足。另外,结构横剖面在梁的支座部位与梁的胯中部位,其受力情况也是有差异的。

6 结束语

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中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1674-9944（2013）10-0245-04

1引言

随着国内地铁建设的快速发展，由于受到周边复杂环境的影响，地铁车站越来越多的出现了不同于常规的异型地下结构，给结构的内力分析及设计带来了一定的难度。因此如何在设计过程中采取合理的设计方法来进行结构的内力分析，优化完善设计则十分重要。本文结合宁波轨道交通2号线环城西站（云霞路站）的结构设计，对地铁车站异型端头井的设计计算方法进行了探讨。

2工程概况

宁波市轨道交通2号线一期工程环城西路站（云霞路站）位于宁波市环城西路以东，沿恒春街东西向布置，骑跨云霞路。本站为地下二层车站，车站净宽17.8m，长185m，标准段基坑开挖深度约16.9m，端头井基坑开挖深度约18.1m，车站顶板覆土约2.65m。按照盾构过站考虑。车站内衬墙与地下墙为叠合墙体系，钢筋混凝土结构自防水为主。

车站沿宁波市恒春街东西向布置，位于环城西路与云霞路之间。车站所在的恒春街现状为双向四车道，西侧的环城西路为宁波市环城主干道西段，双向四车道，交通十分繁忙。场地内地下管线众多，排布复杂。车站西南角为宁波市电视台；东南角为南都花城茶花园小区民居及沿街裙房；东北角为南都花城22号楼；西北角为南都单身公寓，有一层地下室。车站北侧地下墙距南都单身公寓裙房仅7.8m；东端头井地下墙距南都花城桂花园22号楼仅9.3m，距南都花城茶花园小区混2沿街裙房约18.7m，车站平面布置及周边环境详见图1。

3工程地质条件

本项目场地地势平坦，地貌类型属冲湖积平原。根据场地工程地质条件，车站埋深范围内涉及到①1、①2、①3、②2c、③2、④1层土，其物理力学性质详见表1。本场地广泛分布厚层状软土，潜水水位较高，具有压缩性高，强度低，灵敏度高，透水性低等特点；且宁波的地基土与上海的相比，具有亚层多、互层多，各层土分布不均匀，浅层土起伏大的特点。

4结构设计难点

地下车站端头井一般是三面封墙、一面和标准段连接形成“井”的空间结构，理论上可按空间结构计算，但是一般地下墙采用锁口管柔性结头，无法传递拉力和弯矩；而内衬主体结构是整体结构，二者横、竖两个方向是不同刚度的各向异型板。行业内部技术标准规定回筑阶段侧墙按一次加荷四边简支的各向同性板计算，顶底板及各层中板连接成空间框架计算，板与侧墙的连接模拟为竖向弹簧支座或简支支座。这种计算方法的弱点在于侧墙与顶底板的协调变形被人为限制了，且实际计算时板与侧墙的连接处竖向支座刚度很难确定，并由此造成端头井顶底板负弯矩仅为构造配筋，角点处开裂严重，钢筋锈蚀现在普遍。

在初步设计阶段，环城西路站西侧端头井结构局部侵入环城西路东侧的人行道上。在本工程开工后发现，因车站西北角的电力、通讯管线改移将严重影响该处道路交通，交通疏解无法实施，因此根据业主要求对西侧端头井结构进行了调整。调整后环城西路站下行线西侧端头井内缩约5.5m，形成了非常规的异型端头井结构。按上述模式计算后发现内力分布情况极为不均衡。

而且本端头井为异型端头井，端板呈Z字形，按上述模式计算后发现内力分布情况极为不均衡。如何优化结构设计，成为了一个关键性的技术难题。经过反复探讨后，我们认为端头井以诱导缝为界做整体空间结构计算不是不可行的。

5车站端头井有限元分析

本文采用有限元软件SAP2000，通过优化的三维模型对西侧异型端头井进行了计算分析。

模型结构墙、板采用板壳单元进行模拟，梁柱采用杆件/索单元模拟，并通过单元面荷载模拟地下结构在土中荷载效应。本文针对西端头井在施工阶段和使用阶段的各荷载组合工况分别进行了三维有限元分析。

5.1模型尺寸及边界

结构三维模型平面及竖向尺寸均按照实际的设计尺寸进行建模，并以诱导缝为界建立模型。由于内衬墙与地下墙采用叠合墙型式共同受力，所以建模时侧墙厚度按照叠合墙考虑。为了更好的模拟地下连续墙分幅的特性，建模时根据设计图纸，对地下墙接缝位置及墙体的转角处分别进行了截面弱化处理，仅以内衬断面考虑。

施工阶段由于附属结构尚未施工，与附属结构连接的门洞及盾构圆洞门处采用800厚单向板单元模拟地下墙结构。根据总体工筹，本站按照盾构过站设计，因此不同于常规车站端头井，本站在顶、中板上不设盾构吊装孔。

根据现有工程经验，底板以下地下连续墙对端头井内部结构计算结果影响不大，为方便建模，底板以下的地下连续墙不再建立单元网格，采用等效连接单元模拟地墙支座。同时采用仅能承受压力的面弹簧模拟基底土层，面弹簧刚度取10000kPa。诱导缝处考虑车站的纵向支撑作用，节点处设置垂直于端头井方向的支座。模型及边界设置详见图2。

5.2荷载工况

施工阶段荷载工况仅考虑超载工况；使用阶段荷载需划分为超载工况及水反力工况进行最不利荷载工况的包络计算。其中超载工况下的荷载除考虑了结构自重外，顶板还计入了覆土荷载及地面超载，中板超载，底板荷载考虑盾构过站荷载（施工阶段）及列车运营荷载（使用阶段）；水反力工况下的荷载仅考虑结构自重、覆土荷载及底板水反力，不计地面及各层板的超载。水头标高按地面以下0.5m进行计算。施工阶段侧墙外侧施加主动水土压力，使用阶段侧墙外侧施加静止水土压力。

5.3计算结果分析

通过三维有限元模型计算，可得到端头井结构在不同阶段的内力及位移值，主要计算结果见图4、图5（弯矩值云图等值线范围为-800～800kN·m/m，位移值单位为m）。经对计算结果分析后，可以得出以下几点。

（1）端头井结构受力，除端墙为施工阶段受力较大外，其余板墙在使用阶段内力较大。结构各部位内力控制值及对应工况归纳如表2所示。根据计算结果可知，底板的内力值由使用阶段水反力工况控制，顶板、中板内力值由使用阶段超载工况控制。端墙处结构内力由施工阶段超载工况控制，而其他侧墙内力主要由使用阶段控制。

（2）端墙内力值除竖向弯矩M22较大外，由剪切应力产生的M12弯矩值也较大。考虑到工程安全和重要性，设计时在此处的M11、M22基础上叠加M12弯矩效应分别进行了配筋。

（3）通过三维模型内力等值云图显示，转角及墙体分缝处采用弱化后的板壳单元进行模拟能较合理的反应结构的内力状态，也部分释放了侧墙结构水平向的内力值，有利于结构设计时优化水平方向的弯矩配筋值。

（4）为了了解异型端头井相对于常规端头井结构内力分布的区别，笔者对环城西路站（云霞路站）西端头井的有限元分析结果与常规做法的东端头井计算结果进行了比对后发现，西端头井的端墙内力分布与东端头井有一定的差别。两个端头井各层板及侧墙的内力值相差不大，但是端墙的内力值有较为明显的不同，对比计算结果见表3。

6结语

（1）采用三维有限元模拟异型端头井结构进行内力分析能取得较为合理的计算结果。经总结，建模时需注意如下几点：①锁口管处应进行地墙弱化；②圆洞门内地下墙在施工阶段以各向异性板考虑；③地下墙转角幅也弱化为内衬断面考虑，否则角部类似钢域，侧墙横向负弯矩过大，而地下墙外侧横向钢筋仅为构造钢筋，无法与计算结果匹配；④端头井坑底以下地下墙可不进行建模，以等效弹簧支座模拟，底板下土的反力以只受压的等效面弹簧模拟；⑤诱导缝处加以只可承受压缩变形的外界支座条件。

（2）通过西侧异型端头井与东侧常规端头井计算结果比较我们可以发现，车站端头井局部内缩造成了端板结构型式的变化，引起了内力的重新分布，由计算结果可看出其空间效应更加明显，也在一定程度上对于可以适当优化局部的结构配筋。本文通过对异型端头井结构数值分析研究，为工程的安全、顺利实施提供了保障，也为今后同类工程的设计提供了可以借鉴的实例。

（3）端头井结构由于其受力的空间效应的特点，采用常规的四边简支的各向同性板+内部空间框架的计算方法，往往难以较好的反应结构真实的内力分布，因为对于此类结构的设计建议采用更为合理的三维结构受力分析来优化设计。本端头井于2012年5月开挖到底，目前顶板覆土完毕，结构状态良好，待全部完工后，再根据监测数据对其进行分析，可为三维有限元分析端头井结构提供重要的旁证。

参考文献：

[1] 上海中通地铁集团有限公司.上海城市轨道交通网络建设标准化技术文件，上海城市轨道交通工程技术标准（试行）[S].上海：上海中通地铁集团有限公司，2010.

[2] 李铭军.地铁车站端头井内部结构的整体计算[J].地下工程与隧道，2006（11）.

篇5

智能交通系统(IntelligentTransportationSys em，简称ITS)是最近十几年提出的新概念。从城市交通系统来看，无论是公共交通，还是非公共交通部分，ITS的研究还仅局限在道路交通，对于城市轨道交通鲜有涉及。

从另外角度讲，城市轨道交通系统作为先进的公共交通系统(APTS)组成部分，已被纳入ITS体系。但由于城市轨道交通的独特性，城市轨道智能交通系统(UrbanMassIntelligentTransportationSystem，简称UMITS)各组成要素与传统ITS不同，可以将其作为独立的系统进行研究。ITS(主要指道路)所解决的本质问题是:如何将交通高峰时期的车辆有效地分布在道路网中，尽量缩短人们的出行时间[1]。城市轨道智能交通系统的研究对这一本质问题的解决提供了新的思路。即将交通高峰时的部分人流有效地分布在城市轨道交通网中，并间接影响与之相关的城市道路交通网。这意味着，U MITS与道路ITS相结合，将构成相对完整的城市智能交通系统。对这一本质问题的解决将产生实质性的影响。

1 城市轨道智能交通系统及其基本构成

1.1城市轨道交通系统的特点

广义的城市轨道交通以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轮轨交通系统，在城市公共客运交通中起骨干作用[2]。

城市轨道交通与地面常规交通方式相比，具有运量大、速度快、能耗低、污染少、可靠性强、舒适性佳、占地面积少等优点。另外，城市道路拥堵是世界性的通病。道路不可能无限地拓宽、增加，道路ITS也不可能从根本上解决交通拥堵。而城市轨道交通的建设，则可有效减少地面交通车辆，是缓减道路拥挤的方法之一。而随着城市交通中轨道交通客运份额的增大，对其智能化、系统化的研究也就日趋重要。