重庆市轨道交通一号线(朝天门—大学城)工程可行性研究报告

重庆市轨道交通一号线（朝天门—大学城）工程可行性研究报告第十二章结构工程北京城建设计研究总院有限责任公司12-12006年12月第十二章结构工程12.1地下结构12.1.1设计依据12.1.1.1设计依据文件⑴《重庆市轨道交通一号线工程可行性研究报告》（北京城建设计研究总院有限责任公司重庆市轨道交通总公司2005.1）⑵《重庆轨道交通1号线可行性研究工程地质勘察报告》（重庆市勘测院，2004年2月）⑶《地铁一号线人防干道测量技术总结》（重庆市勘测院，2006年3月）12.1.1.2设计依据规范⑴《地铁设计规范》（GB50157-2003）⑵《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-2003）；⑶《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）⑷《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）⑸《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；⑹《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；⑺《重庆市建筑地基基础设计规范》（DB50/5001-1997）⑻《铁路隧道设计规范》（TB10003－2005）；⑼《铁路工程喷锚构筑技术规范》（GB50086－2001）；⑽《铁路工程抗震设计规范》（GBJ111-87）；⑾《人民防空工程设计规范》（GB50225-95）⑿《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）⒀《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）⒁《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）⒂《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）⒃《锚杆喷射混凝土支护规范》（GB50086-2001）⒄《建筑边坡工程技术规范》（GB0330-2002）⒅《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；12.1.2主要设计原则⑴结构设计应，满足城市规划、行车运营、环境保护、抗震、防护、防水、防火、防腐蚀及施工等对结构的要求，同时做到结构安全、技术先进、经济合理。⑵结构在施工及使用期间应具有足够的强度、刚度、稳定性及耐久性。应按施工阶段和正常使用阶段进行结构强度、刚度和稳定性计算。对于钢筋混凝土结构，应进行裂缝宽度验算。⑶结构的净空尺寸应满足地下铁道建筑限界及各种设备使用功能的要求、施工工艺的要求，并考虑施工误差、结构变形和位移等因素给出必要的富裕量。⑷结构设计应减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，应考虑城市规划要求（包括未来地铁线的实施）对地铁结构的作用。⑸换乘车站分期修建时，近期车站设计应统筹考虑两站施工方法协调、结构连接、预留接口及措施等，尽量作到远期施工简便、综合工程投资节省，将远期车站的施工风险和对既有地铁正常运营影响减到最小。⑹选择车站施工方法时应充分考虑并尽量减小施工期间对地面交通、房屋第十二章结构工程重庆市轨道交通一号线（朝天门—大学城）工程可行性研究报告2006年12月12-2北京城建设计研究总院有限责任公司拆迁、管线改移的不利影响。⑺结构设计应根据施工方法、结构或构件类型、使用环境条件及荷载特性等，选用与其特点相适应的结构设计规范和设计方法。结合工程监测进行信息化设计。⑻结构设计时应根据沿线不同建（构）筑物（含地下管线）的变形允许数值和基坑安全等级，确定基坑的变形控制等级及最大允许变形量，提出安全、经济、技术合理的基坑支护措施，严格控制基坑开挖引起的地表沉降等变形，预防地面变形对周围建（构）筑物造成的危害。⑼结构计算模式应符合结构的实际工作状况与边界条件、反映结构与地层的相互作用关系，应考虑将支护结构作为永久结构的一部分。⑽应根据现行《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》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处理。⑾地下结构设计中应包括对环境保护的设计，应充分考虑施工及运营过程中对周围环境（重要建筑物、城市交通干道及地下管线、地下水流网）的影响。12.1.3设计标准⑴车站主要结构构件的设计使用年限为100年。⑵车站结构主要构件的安全等级为一级。⑶地下结构抗震设防分类为乙类，隧道结构按6度地震烈度进行抗震验算，按7度地震烈度采取抗震构造措施，抗震等级为三级。⑷地下结构须具有战时防护功能及平战转换功能。在规定的设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护设施。⑸地下结构设计按最不利情况进行抗浮稳定验算。在不考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数Kf≥1.05；当考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数Kf≥1.15。⑹钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度允许值应根据结构类型、使用要求、所处环境条件等因素确定。结构设计时，按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合影响的最大裂缝宽度允许值：结构背水面≤0.3mm；结构迎水面≤0.2mm。12.1.4地质条件与隧道埋深12.1.4.1工程地质及水文地质概述重庆地区80%以上的地貌形态为构造剥蚀丘陵区（84%），其它少数地区为河谷侵蚀、堆积阶地区(占1%)和构造剥蚀、溶蚀低山区（占15%），地形、地势变化频繁，地面坡度大。轨道交通一号线沿线基岩大片出露，第四系覆盖层厚度小，覆盖少，一般在3～10m左右。沿线的岩层以砂岩和泥岩为主，约占岩层的93%；白云岩和灰岩为辅，约占岩层的7%。岩体的完整性好，构造影响轻微，节理裂隙不发育，围岩类别为Ⅴ类（长石砂岩）或Ⅳ类（砂质泥岩）。第四系覆盖层厚度小，含水微弱，广泛分布的泥岩为相对隔水层，故地下水较贫乏。详细的工程地质及水文地质说明详见第三章—工程地质及水文地质。12.1.4.2关于围岩分级《重庆轨道交通一号线可行性研究工程地质勘察报告》沿用的是1985年发布的旧版《铁路隧道设计规范》的“围岩分类”的概念。自国标《工程岩体分级标准》GB50218-94从1995年7月1日实行以后，《铁路隧道设计规范》历经多次修订，已不再沿用“围岩分类”的概念，取而代之的与国标保持一致的“围岩级别”的概念，将原Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ类围岩分别修改为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩，新旧版规范间的对应关系如下表：重庆市轨道交通一号线（朝天门—大学城）工程可行性研究报告第十二章结构工程北京城建设计研究总院有限责任公司12-32006年12月新旧版规范围岩分级的对应关系表12.1.4《工程岩体分级标准》94版ⅠⅡⅢⅣⅤ—《铁路隧道设计规范》2002版ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ《铁路隧道设计规范》85版ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ12.1.4.3隧道埋深一号线沿线地面海拔高程分布范围在200～500m左右，相对高差达300m。地铁线路受车站分布及线路坡度限制，车站及区间隧道的埋深及埋深的变化也较大。地下车站的埋深直接关系到车站的服务水平、客流吸引、运营成本和结构设计的荷载取值，并影响施工方法和支护形式。地铁隧道的埋深可分为深埋和浅埋两种，深埋和浅埋具有各自的优缺点。浅埋车站隧道埋深小，方便乘客进出站，利于吸引客流。同时，浅埋车站的自动扶梯数量、提升高度以及通风竖井的深度也不大，土建工程量和自动扶梯购置量相应较低。由于自动扶梯的数量及提升高度小，大大降低了车站的动力消耗。通风竖井深度较小，使风道的通风阻力下降，减小电能消耗，从而可以降低工程运营费用；但浅埋隧道围岩条件复杂，隧道承受的荷载增加，给结构设计、安全施工和地面建筑的稳定带来许多难题。深埋车站可以简化支护结构，增加施工安全度，减少衬砌厚度，降低工程造价，隧道施工对周边环境影响小；其缺点是不便于乘客进出站，运营费用较高。根据本线具体的地形和地质特点，车站埋深的确定原则为，在基本满足深埋隧道的前提下（覆跨比大于0.5～1.0），在有条件的地方尽可能使车站埋深变浅，以获得从功能、经济、施工、造价等各方面均较优的车站方案。如大坪站、石油路站、歇台子站、烈士墓站和沙坪坝站，车站埋深为10～23m左右。在地形高差变化较大的地方，受线路最大纵坡的限制，车站埋深较大，无法进行一步提高。如鹅岭站、七星岗站、高庙村站和马家岩站，车站埋深为32～40m左右。12.1.5地下车站施工方法与结构型式地下车站是整个地铁系统的重要组成部分，车站施工方法的选择，受沿线工程地质、水文地质条件以及所处环境、地面建筑物、地下构筑物、河道交通、道路交通等因素的影响和制约，方案的选择不仅要满足地铁工程本身的使用功能，同时也要满足合理开发利用地上、地下有效空间的要求，并考虑由于施工给周围环境带来的不良影响。对应不同的施工方法，结构型式往往不同。轨道交通一号线东起朝天门，向西至大学城，线路全长36.09km，共设23座车站，其中地下车站共15座，地下车站采用的施工方法主要有明挖法和矿山法（钻爆法）两类。12.1.5.1明挖法明挖法一般适用于地面覆土浅、有条件敞口开挖，且有足够施工场地的情况。当车站站位设在现状道路范围外，或站位设在现状道路内，但交通允许暂时中断或有条件临时改道，使地面交通客流有条件疏散，就可考虑采用明挖法进行车站施工。明挖法是地下车站诸多施工方法中较为经济，且技术安全可靠的一种施工方法。在条件允许的情况下，应优先选用明挖法施工。明挖法主要施工步序为：施作基坑围护结构，由上向下开挖基坑，待开挖至基坑底设计标高后，再由下向上浇筑主体与内部结构，然后回填土方，恢复路面。第十二章结构工程重庆市轨道交通一号线（朝天门—大学城）工程可行性研究报告2006年12月12-4北京城建设计研究总院有限责任公司明挖法施工具有以下优点：⑴土建造价相对较低、施工快捷；⑵适合多种不同的地质条件，可以有效的减少线路的埋深；⑶施工工艺简单、技术成熟、施工安全、工期短、施工质量易保证；⑷防水方法简单、质量可靠。明挖法的缺点：⑴施工时对周边环境和交通影响大。⑵引起大量拆迁。⑶工程综合造价较深埋条件下矿山法高。12.1.5.2矿山法在地面无条件明挖或车站埋置深度较大的情况下，可采用矿山法。矿山法施工全部作业均在地下进行，因此对地面交通和人员出行影响较小，但与明挖法相比，施工难度较大，工期较长。在重庆的岩石地层中，暗挖地下结构一般采用钻爆法进行开挖。钻爆法的基本工序为：钻孔、装药、放炮散烟、出碴、初期支护、施做二衬。隧道的开挖方法一般有全断面法和分步开挖法。分步开挖法又分为台阶法、导洞法、CD法、CRD法和双侧壁法等。隧道开挖方法应根据具体的围岩条件、断面大小、支护方法等综合确定。对于围岩级别为I～Ⅲ级小断面隧道(如出入口隧道、单洞单线隧道，开挖跨度在7m以内)，可采用全断面开挖；对于中等断面隧道（如单洞双线隧道、分离岛式车站隧道等）以及围岩分级为Ⅲ级以上的小断面隧道，可采用上下台阶分部开挖；当地质条件复杂，或隧道断面较大时（如暗挖车站隧道、区间喇叭口隧道等），可采用导洞法分部开挖（如弧形导洞法、品形导洞法等），即先掘进一定深度的小断面导洞，然后进行开帮或挑顶，再采用光面爆破，将断面扩大至设计断面。这样，可以减少超挖，断面较圆滑规则，易于安装锚杆和钢丝网，减少喷射混凝土数量和围岩的松动。具体操作时应选择合理的装药结构、装药量和爆破方式，保护好围岩。当车站隧道处于浅埋状态，周边建构筑物保护等级较高时，也可采用双侧壁法进行断面开挖及支护，这样，拱墙二衬可以采用模板台车施工，结构封闭速度较快，施工缝少，对围岩的稳定及隧道防水均较有利。地下车站为大跨度、大空间地下结构，应采用分步开挖形成隧道及初期支护和二次衬砌。根据地质条件的好坏、断面的大小等因素，分别选用不同的分步开挖方法，以控制地面沉降，保证施工安全。（1）上导坑先拱后墙法对于单层暗挖车站及埋深较深、围岩较好的双层暗挖车站，由于覆跨比相对较大，暗挖施工条件较好，推荐采用上导坑先拱后墙法施工。其施工步序如下：a、开挖隧道上半断面中心导坑，并施作初期支护；b、开挖隧道上半断面两侧导坑，并施作初期支护；c、上半断面形成后，浇注拱部二次衬砌；d、开挖隧道下半断面中心导坑；e、跳槽开挖隧道下半断面两侧导坑，并施作边墙初期支护；f、浇注底板混凝土；g、浇注边墙混凝土；h、施作内部结构。该工法在重庆以往类似隧道有较多应用，对于围岩较好的隧道来说，施工重庆市轨道交通一号线（朝天门—大学城）工程可行性研究报告第十二章结构工程北京城建设计研究总院有限责任公司12-52006年12月作业空间较开阔，施工进度快，而且只要合理控制施工步长，并对