北京交通大学毕业设计地铁车站设计模版
毕业设计（论文）
中文题目： 北京地铁车站方案及结构设计
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word/media/image3.gif英文题目：Beijing Subway Programme And Structural
word/media/image3.gif Design
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word/media/image5.gif 2014 年 月
题 目：
适合专业：
指导教师（签名）： 提交日期： 2014 年 6月 9日
学院：土木建筑工程 专业：土木工程 学生姓名： 学号：
题 目：
学院： 土建学院 专业：土木工程 学生姓名：学号：
指导教师签名： 审核日期： 年 月 日
目 录
中文摘要 1
Abstract 2
第1章 绪论 4
第2章 车站建筑 5
2.1设计原则及主要技术标准 5
2.1.1 设计原则 5
2.1.2 主要技术标准 6
2.1.3 建筑等级、火灾危险等级、耐火等级 7
2.1.4 抗震设计等级、人防设计等级 7
2.1.5 车站结构的设计使用年限 7
2.2 车站总平面 7
2.2.1 车站总平面布置原则 7
2.2.2 车站总平面布置 7
2.3 车站规模 8
2.3.1 客流及客流分析 8
2.3.2 站台长度、宽度及站台形式 8
2.3.3 车站布置内容、规模指标及车站技术参数统计 10
2.4 车站建筑设计 12
2.4.1 车站型式 12
2.4.2 站厅层 12
2.4.3 站台层 12
2.5 换乘车站的换乘方式 13
2.6 车站附属设施 13
2.6.1 出入口及通道 13
2.6.2 风亭、风道与冷却塔 14
2.6.3 楼梯、自动扶梯与电梯 14
2.6.4 售检票设施 17
2.6.5 无障碍设计 17
2.7 车站装修 18
2.7.1装修范围 18
2.7.2 装修的设计标准与原则 18
2.7.3 装修设计构思 18
2.7.4 路引与标志 18
2.7.5 广告布置 19
2.8车站防灾设计 19
2.8.1 人防与防灾防烟分区 19
2.8.2 紧急疏散 19
2.8.3 防洪、防涝与防淹 20
第3章 车站结构 21
3.1 设计原则及主要技术标准 21
3.1.1 设计原则 21
3.1.2 主要设计标准 22
3.1.3 采用或参照的主要设计规范 23
3.2结构方案比选 24
3.2.1 施工方案比选 24
3.2.2基坑围护结构比选 25
3.3 荷载及其荷载组合 25
3.3.1荷载（作用）类型 25
3.3.2 荷载（作用）组合 27
3.4 结构计算 27
3.4.1 主体结构尺寸的拟定 27
3.4.2 荷载计算及荷载组合 28
3.4.3 计算模型 33
3.4.4 结构内力计算 33
3.4.5 配筋计算 48
第4章 车站施工方法 75
4.1 施工方法 75
4.1.1 工程概况 75
4.1.2 施工方法比选 75
4.1.3施工原则和防水标准 76
4.1.4 施工图示 78
4.2 施工注意事项 79
第5章 监控量测 82
5.1 监控量测的依据 82
5.2现场监控量测目的及项目 82
5.3重点监测部位 83
5.4地表、建筑物、管线等的控制标准 84
第6章 基坑颗粒流模拟 85
6.1 PFC2D理论背景 85
6.2 颗粒流方法的基本假定 86
6.3 颗粒流方法的特点 86
6.4 模拟土样的参数选取 87
6.5计算模型设定 87
6.6 模拟过程及结果 88
6.6.1 模拟过程描述 88
6.6.2结论 98
参考文献 99
致 谢 101
声 明 103
附件：外文翻译 105
附 录 118
中文摘要
本设计根据站址环境和地质概况，按照地铁设计规范和混凝土结构设计规范等，本着经济合理、安全实用的原则，对北京地铁某站进行建筑设计、结构设计等。
论文重点研究的问题：1）车站总平面布置及平、纵断面设计；2）施工阶段和使用阶段结构各工况内力计算及配筋设计；3）施工方案设计。
设计的主要思路：1）根据周边环境、经济、远期规划和施工方法确定总体平面布置及车站规模。2）建筑设计中以“适用、经济、美观、环保”作为设计原则。3）根据地面的交通状况和地下土层环境，选用明挖法施工。4）拟定车站主体结构尺寸，根据给定的设计地质及参数计算水土压力，根据地铁设计规范计算其它荷载和进行荷载组合，选择施工阶段、使用阶段、地震阶段的基本组合，采用荷载—结构模型，运用弹性地基梁的理论使用Midas分析软件对各阶段分别进行内力计算，根据计算出来的最大内力，按照混凝土结构设计规范对主体结构进行配筋计算；5)对常用的几种施工方案进行方案比选，进行车站主体的详细施工设计
关键词：建筑设计；施工阶段内力；使用阶段内力；结构设计；MIDAS结构计算；明挖法；
Abstract
According to the environment and geology situation as well as the code for design of metro and the code for design of concrete structures etc, this thesis accomplishes the architecture design, structure design and settlement analysis of PingAnLi subway station in BeiJing in the principle of economy, reasonability, safety and practicality.
The main problems settled by this thesis are as follows: 1) the overall arrangement and the plane arrangement of the station; 2) the calculations of the loading combinations in every work condition, and the design of the distributed steel; 3) the schematic design of the construction.
The main thought of the design can be concluded as follows: 1) the plane form and the scale of the station is confirmed according to the surroundings, business request, long-term program, and construction method; 2) the architecture design is done according to the principle of “applicability, economy, good-looking, environment protection”; 3) the open cut method is adopted according to the ground traffic case and the underground soil environment; 4) study out the sizes of the major structure of the station, calculate water pressure and soil pressure according to geology and given parameters, work out the other loads by the code for design of metro and do combinations of the loads, choose the basic combination of the using stage, construction stage，and the earthquake using stage. adopt load- structure model, calculate the internal force of the structure in these stage by using of Midas software with the method of plane elastic foundation beam,meanwhile, do calculation about steels collocating of the principal structure according to the biggest internal force calculated and the code for design of concrete structures; 5) compare some construction methods and design the way of construction particularly;
Key words：architecture design、structure design、internal force in the constructing stage and the using stage、the procedure of MIDAS、The open cut method
第1章 绪论
本设计根据站址环境和地质概况，按照地铁设计规范和混凝土结构设计规范等，本着经济合理、安全实用的原则，对北京地铁某站进行建筑设计、结构设计、结构配筋及检算等。
论文主要设计内容：
1、车站总平面布置及平、纵断面设计；
2、施工阶段和使用阶段结构各工况内力计算及配筋设计；
3、施工方案设计。
设计的主要思路：
1、根据周边环境、经济、远期规划和施工方法确定总体平面布置及车站规模。
2、建筑设计中以“适用、经济、美观、环保”作为设计原则。
3、根据地面的交通状况和地下土层环境，选用明挖法施工。
4、拟定车站主体结构尺寸，根据给定的设计地质及参数计算水土压力，根据地铁设计规范计算其它荷载和进行荷载组合，选择施工阶段、使用阶段、地震阶段的基本组合，采用荷载—结构模型，运用弹性地基梁的理论使用Midas分析软件对各阶段分别进行内力计算，根据计算出来的最大内力，按照混凝土结构设计规范对主体结构进行配筋计算。
5、对常用的几种施工方案进行方案比选，进行车站主体的详细施工设计。
第2章 车站建筑
2.1设计原则及主要技术标准
2.1.1 设计原则
1、 车站设计遵循“以人为本，百年大计，安全可靠，经济适用，保护环境”的设计总则。
2、 车站设计符合国家“适用、经济、美观”的建筑方针，更好地体现时代精神和地方特色。
3、 车站设计符合城市总体规划要求，满足地铁交通功能的要求，最大限度地吸引乘客，满足乘客的乘降、集散和换乘的要求。
4、 车站设计在满足功能的前提下，妥善处理与城市交通、地面建筑、地下管线、地下构筑物之间的关系，减少拆迁和管线改移，减少对建筑、交通和市民的影响。
5、车站的规模及通过能力按远期超高峰小时设计客流量确定，远期超高峰设计小时客流量为该站预测远期高峰小时客流量（或客流控制时期的高峰小时客流量）乘以1.1～1.4超高峰系数。
6、 车站的设计规模还应满足事故发生时乘客紧急疏散的需要。车站的紧急疏散能力，应保证在远期高峰小时客流量时将一列车乘客及站台上候车乘客、站内工作人员在6min内疏散完毕。
7、 车站设计应合理组织客流，保证乘客方便进出站，安全顺畅；车站的集散厅、站台、出入口、楼梯和通道、自动扶梯、售检票机(口)等各部位的通过能力应相互匹配。
8、 车站设计，应尽量压缩车站规模，采取最合理的结构形式，减少初期投资，便于运营管理，减少运营费用，以提高经济效益。
9、 车站建筑设计，应简洁、明快、易于识别，并应体现现代交通建筑的特点，同时还应与周围的城市景观相协调。地铁车站出入口布置尽可能与地上规划建筑结合。
10、 车站设计应符合有关规范、规定，满足客流、行车组织与运营管理及各专业工艺要求。
11、 车站设计充分考虑防灾的相关措施，在灾害条件下保证人员的安全疏散。
12、 车站设计按五级人防设防，按8度地震烈度考虑车站主体及出入口风亭设计均应符合相应的规范要求。
2.1.2 主要技术标准
1、 车站规模等级为乙级。
2、 站厅层
(1) 公共区地坪装修面至吊顶净高3200mm；公共区装修面层至任何悬挂障碍物不小于2400mm；办公用房吊顶净高不小于2400mm；通道用房吊顶净高不小于2400mm。
(2) 站厅层公地坪装修面厚度：公共区为200mm，设备区为200mm。
3、 站台层
(1) 岛式站台宽度不小于8000mm；岛式站台的侧站台宽度不小于2500mm。
(2) 站台有效长度120m。
(3) 有效站台宽度12000mm。
(4) 有效装修面层厚度100mm。
(5) 站台层吊顶公共区净高3000mm。
(6) 站台装修面至轨顶面高1020mm。
(7) 有效站台边缘到线路中心1600mm。
(8) 线路中心至侧墙净距1900mm。
(9) 轨顶至结构底板顶面不小于560mm。
4、 通道、出入口
宽度不小于2500mm，净高不小于2400mm，与自动扶梯或楼梯相连的通道宽度，必须与其通过能力相匹配。
2.1.3 建筑等级、火灾危险等级、耐火等级
本车站建筑设计等级为一级，火灾危险等级为一级，耐火等级为一级。
2.1.4 抗震设计等级、人防设计等级
本车站结构抗震等级为二级，抗震满足车站8度抗震设防烈度要求；人防等级为五级，满足人防设计要求。
2.1.5 车站结构的设计使用年限
本车站主要构件及支护结构构件的设计使用年限为100年，其他内部构件的设计使用年限为50年。
2.2 车站总平面
2.2.1 车站总平面布置原则
(1) 车站平面形式应根据线路特征、营业要求、地上和地下环境及施工方法等条件确定。
(2) 车站出入口与风亭的位置，应根据周边环境及城市规划要求进行合理布置。出入口位置应有利于客流吸引和疏散；风亭位置在满足功能要求的前提下，尚应满足规划、环保和城市景观的要求。
2.2.2 车站总平面布置
根据线路规划、站址环境、市政条件、客流吸引等因素,某站布设于现状某西大街北侧，在赵登禹路以东，新街口南大街以西，站位位置及北侧多为1～3层民房及店铺。本车站设计为地下两层岛式车站，结构形式为两层矩形框架，站台宽度13m，车站规模208.6×22.6m，车站顶板埋深约6m,车站地板埋深约22m。有效站台长度120m；上层为站厅层，为办公、设备和乘客公用区，站台层为乘车区。
为了有利于便捷的吸纳周边的客流，体现地铁设计“以人为本”的原则，车站共设4个出入口。1号出入口利用道路南侧临街商铺前的停车场布置；2、3号出入口设置于道路北侧地块内，3号出入口设置残疾人电梯；4号出入口位于道路南侧临街商铺前的人行步道上。
车站设置了2组风亭和一座冷却塔。1号风亭、2号风亭及冷却塔均设置于道路北侧西北象限和东北象限内。
具体布置见车站总平面布置图。
2.3 车站规模
2.3.1 客流及客流分析
1、客流预测
预测单向高峰小时客流量：初期（2013年）14000人次/小时，近期（2018年）16000人次/小时，远期（2032年）19500人次/小时；
2、车辆及编组
车辆采用地铁A型车，3动3拖编组。
3、确定行车密度
地铁线路必须为全封闭形式，并采用高密度、短编组组织运行。远期设计行车最大通过能力宜采用每小时40对列车，但不应少于30对列车。本车站客流量较大，故采用40对列车。
2.3.2 站台长度、宽度及站台形式
1、站台形式
综合考虑车站环境、地质条件、施工方法等因素，车站站台形式采用岛式站台。
2、站台有效长度、站台总长度
站台有效长度是供乘客上、下车的有效长度，也是列车停站位置。站台有效长度应采用远期列车编组长度加停车误差的计算公式确定，即
式中： S－单节车厢长度，地铁A型车计算长度19.42m。
n－远期列车编组数，远期列车采用3动车+3拖车编组，n=6。
△－停车误差，一般采用停车不准确距离为1～2m，取2m。
站台有效长度word/media/image7_1.png
word/media/image8_1.png，取120m。
站台总长度是根据站台层房间布置的位置及需要由站台进入房门的位置而定，是指每侧站台的总长度，其需综合考虑站台有效长度、站内管理和设备用方面面积等因素确定。
3、车站站台宽度
车站站台宽度由远期预测客流量、列车编组长度、结构横断面形式、站台型式、楼梯及自动扶梯位置和车站所处位置等因素确定。本设计采用岛式站台，楼梯和自动扶梯沿站台中间纵向布置，两侧布设侧站台。
岛式站台宽度计算公式如下：
word/media/image9_1.png （2.1）
其中 word/media/image10_1.png （2.2）
word/media/image11_1.png （2.3）
b取公式（2.2）、（2.3）中的较大者。
式中： b—侧站台宽度（m）；
n—横向柱数，取word/media/image12_1.png；
z—横向柱宽（m），0.8m；
t－每组人行梯与自动扶梯宽度之和（m），t=6.0m。
—远期每列车高峰小时单侧上车设计客流量（换乘车站应含换乘客流量）；
—站台人流密度0.33～0.75
，取
word/media/image16_1.png；
—站台有效长度（m），
word/media/image18_1.png；
word/media/image19_1.png—站台安全防护宽度取0.4m。
按技术要求：
word/media/image20_1.png，设计的远期行车密度为40对/小时
则 word/media/image21_1.png,取
word/media/image22_1.png。
站台总宽：
取
4、车站埋深
车站上层覆土厚度6米，车站底板埋深约为22米。
5、车站外包尺寸
车站全长208.6m，车站总宽 22.6m，车站设计起讫里程为SK8+260.936～SK8+469.536，有效站台中心里程为SK8+379.336。
2.3.3 车站布置内容、规模指标及车站技术参数统计
车站两侧端头厅根据功能共划分成三个区：中间为公共区，两端为设备与管理区。残疾人专用电梯布置在3号出入口。车站西端头厅设备与管理用房区主要布置了环控机房、环控电控室、通信设备室、信号设备室、综合控制室、照明配电室等，东端头厅设备与管理用房区主要布置了环控机房、环控电控室、照明配电室等；站台层共分成三个分区：两端为设备用房区，中间为站台区。西端设备用房区布置了男女厕所、污水泵房、废水泵房、车站用品库、照明配电室等，东端设备区布置了电瓶间、照明配电室等。
车站布置内容及规模指标详见下表
表2.1 车站房屋面积统计表
车站技术参数统计如下表
表2.2 车站技术参数统计表
2.4 车站建筑设计
2.4.1 车站型式
本站为两层双柱，三跨，岛式站台。车站断面为矩形，采用钢管混凝土柱，设有4个出入口，5个疏散通道，2个风亭。
2.4.2 站厅层
站厅层位于地下一层，由两部分组成，中间部分为公共区，东西两端为设备管理用房区，公共区由栏杆及进出站闸机分隔成两部分，中部为付费区，设有站台层通往站厅层的两部自动扶梯和2部楼梯；付费区外侧为“U”型的非付费区，非付费区兼做过街功能。站厅层的主要管理设备用房设在西端，主要有车站控制室、环控电控室、环控机房等用房，东端则布置部分环控机房和部分设备管理用房,详见站厅层平面图。
2.4.3 站台层
站台层位于地下二层，13.0m宽岛式站台，有效站台长度为120m。站台层设2部上行自动扶梯和2部楼梯至站厅层，站台层的东西两端均设有一部供车站工作人员使用的楼梯，以方便使用和疏散。由站厅到站台的残疾人电梯设在站台东部，站台层的东西两端为设备区，东端设有电瓶间、照明配电室等用房，西端设有照明配电室、厕所、污水泵房、排水泵房等用房,详见站台层平面图。
2.5 换乘车站的换乘方式
在车站的东部端头设有通向地铁4号线某站的换乘通道，连接两站的站台层。
2.6 车站附属设施
车站附属设施需满足客流的日常状况下的通道能力的需要，还需要满足防灾的疏散要求。按远期高峰小时预测，最高超高峰客流量按 人计。
2.6.1 出入口及通道
(1) 出入口及通道宽度计算
通道总宽度：1m宽通道双向混行每小时通过人数为4000人，
出入口总宽度：1m宽通道双向混行每小时通过人数为3200人，
word/media/image27_1.png
(2) 出入口及通道宽度确定
出入口及通道的数量由车站规模、站位选择、城市规划、地形地貌、环境条件及预测远期高峰小时客流量等因素综合确定，综合考虑福民站的实际情况，本车站设置4个出入口，3个换乘通道，5个疏散口。4号出入口设置东西朝向两个进站口，出入口按5m设计，均能满足通过能力要求和疏散要求。
2.6.2 风亭、风道与冷却塔
在车站两端各设一个风道及风亭，按照系统的统一布置要求进行设置，风亭及冷却塔于周围建筑物的间距均满足防火要求。
2.6.3 楼梯、自动扶梯与电梯
1、 楼梯、自动扶梯宽度计算
(1) 楼梯需求宽度计算
本站单侧客流为25350人次/小时，楼梯的最大通过能力为4200人/m∙h
楼梯总宽度：
(2) 自动扶梯需求宽度计算
本站单侧客流为25350人次/小时，自动扶梯最大通过能力为9600人/m∙h
自动扶梯总宽度：word/media/image29_1.png
2、 出入口部的楼梯、自动扶梯及电梯设置
考虑某站实际情况，四出入口同时布设一部3m的楼梯和一部1m的自动扶梯，结合远期客流预测情况，西南出入口布设一部垂直电梯。
楼梯宽度的检核：
楼梯的通过能力为：word/media/image30_1.png (2-3)
式中：word/media/image31_1.png－自动扶梯台数；
word/media/image32_1.png－自动扶梯每小时输送能力8100人/小时/米（自动扶梯性能为宽1m，梯速为
，倾角为30度）
－自动扶梯的利用率，选用0.8；
－楼梯宽数；
word/media/image36_1.png－楼梯双向混行通过能力，取3200人/小时/米；
－楼梯的利用率，选用0.7；
将数据代入公式可得：
word/media/image38_1.png人次/小时
该数值大于车站的远期设计客流量50700人次/小时，故自动扶梯和楼梯设置满足客流量要求。
3、 站厅层至站台层楼梯、自动扶梯及电梯的设置
依据客流要求，楼梯宽度及自动扶梯需求宽度计算结果,站厅层至站台设置2部上行自动扶梯和2部1m宽上行楼梯，另设2部3m楼梯作为下行楼梯,垂直电梯设在非付费区。
楼梯宽度的检核：
楼梯的上行通过能力为： （2-4）
式中：word/media/image40_1.png－自动扶梯台数；
word/media/image41_1.png－自动扶梯每小时输送能力8100人/小时/米（自动扶梯性能为宽1m，梯速为
word/media/image42_1.png，倾角为
word/media/image43_1.png）
word/media/image44_1.png－自动扶梯的利用率，选用0.8；
－楼梯宽数；
－楼梯单向上行通过能力，取3700人/小时/米；
word/media/image47_1.png－楼梯的利用率，选用0.7；
将数据代入公式可得：
人次/小时
该数值大于车站的远期单侧设计客流量24700人次/小时，故自动扶梯和楼梯设置满足客流量要求。
楼梯的下行通过能力为：word/media/image49_1.png （2-5）
式中：
word/media/image50_1.png－楼梯宽数；
word/media/image51_1.png－楼梯单向下行通过能力，取4200人/小时/米；
word/media/image52_1.png－楼梯的利用率，选用0.7；
将数据代入公式可得：
word/media/image53_1.png人次/小时
该数值大于车站的远期单侧设计客流量24700人次/小时，故自动扶梯和楼梯设置满足客流量要求。
4、 防灾疏散时的楼梯宽度计算
车站站出入口、楼梯和通道的通过能力，应满足火灾状态下，6分钟将一列车word/media/image54_1.png人和站台候车人员、车站工作人员疏散至安全地点进行计算，以站台-站厅楼、扶梯为疏散控制点。
楼梯疏散宽度按下式计算：
（2-5）
式中：
Q1—1列车乘客数，1268人。
Q2—站台上候车乘客和站台上工作人员，高峰小时进站客流量为25350 人/小时，站台层工作人员数为10，Q2=25350/40+10=644人。
A1-自动扶梯通过能力，135人/min(8100人/小时)。
A2-人行楼梯通过能力,62人/min(3700人/小时)。
N-1m宽自动扶梯台数，N=2。
B-人行楼梯总宽度，B=6m。
则
楼梯满足防灾要求。
2.6.4 售检票设施
1、售票
根据经济条件和车站实际情况，售票方式采用自动售票机售票。
自动售票机数量计算公式为： （2-6）
式中，word/media/image58_1.png－使用售票机的人数或上行和下行上车的高峰小时客流总量
－超高峰小时系数，选用1.1～1.4
word/media/image60_1.png －自动售票机每台每小时售票能力，取
word/media/image61_1.png
故word/media/image62_1.png，取
word/media/image63_1.png（不考虑储值票的情况）
2、 进出站检票口设置
进站检票口数量计算公式为：word/media/image64_1.png
式中，－高峰小时进站客流量
－超高峰小时系数，选用1.1～1.4
－检票机每台每小时检票能力，取
故word/media/image69_1.png，取
2.6.5 无障碍设计
为方便残疾人乘坐本线地铁，本站在进入车站的3号出入口设置残疾人专用电梯，方便残疾人到达站台。同时在车站装修设计时，在残疾人乘客流线上，还要设计盲人导向带，具体要求应符合无障碍设计的有关规范。
2.7 车站装修
2.7.1装修范围
车站的主体部分和附属部分。
2.7.2 装修的设计标准与原则
(1) 以安全、适用、经济、美观为总原则，并应充分体现城市交通快捷、秩序、通畅、易识别的特点，力求以简洁、明快、朴实、经济、不追求豪华，并以最大限度的体现古都风貌为目标
(2) 在统一的要求下，体现本站的特点，采用适宜的手法，最大限度地改善地下封闭空间地沉闷和压抑感。
(3) 选用不燃、无毒、放射性指标满足国家环保要求，经济、耐久、便于设备管理和清洗地性能，地面材料应防滑、耐久、耐磨、耐腐蚀。
(4) 按功能的需要，在设备、管理及公共部位采用具有吸音、防潮功能地装饰材料。
2.7.3 装修设计构思
站内装修，以金属条板（吊顶），塑铝板（墙面）和花岗岩（地面）作主材，通过运用少量且明快的色彩（红色、银灰色）、简单且流畅的线条（横线条、纵线条）、重复且有韵律感的造型、局部特殊点缀的设计手法，创造出高效、快捷、实用的现代交通建筑空间。
2.7.4 路引与标志
(1) 站台、站厅等公共区必须设置足够的、明显而引人注目的路引与标志，引导乘客以最快捷的路线流动。
(2) 路引与标志必须按照本工程制定的统一标准和规格执行。
(3) 路引与标志必须大小适度，高度及宽度应符合乘客的视觉要求，造型应美观、新颖。
2.7.5 广告布置
广告布置主要设置在站、厅、站台和通道的两侧墙上，在装修设计时统一考虑，其广告牌的尺寸、灯光，应与建筑总体要求相协调；照明广告，广告牌在不同部位应统一化、规格化，使之即有广告效果又不影响地铁的使用。
2.8车站防灾设计
2.8.1 人防与防灾防烟分区
(1) 车站分为3个防火分区，即车站站厅、站台公共部分为一个防火分区，站厅两端的设备、管理用房、设备层各划分一个防火分区。每个防火分区面积均小于1500平方米，采用防火墙隔开，防火墙上的门均采用甲级防火门，开启方向为疏散方向。
(2) 车站站厅和站台公共部分及站厅两端的设备、管理用房划分防烟分区，按防烟分区不跨越防火分区且面积不大于750平方米。车站两端设备技术用房、行车管理用房与非付费区之间的隔墙采用隔墙到顶的方式，其防火门上方隔墙起挡烟作用。在公共区，采用吊顶上方设挡烟板分隔，通道口设置挡烟垂壁。
2.8.2 紧急疏散
车站楼、扶梯的数量及布置应满足紧急疏散要求；车站通道、出入口处及附近区域，不得设置和堆放任何有碍乘客紧急疏散的设备及物品，以保证疏散通道的畅通。
2.8.3 防洪、防涝与防淹
地下车站出入口的地面标高高出室外地面0.45 m，满足防洪要求；地面风亭开口底距地面的高度不小于2 m，满足了防淹要求。
第3章 车站结构
3.1 设计原则及主要技术标准
3.1.1 设计原则
1、地下车站的结构设计应满足施工工艺、行车运营、城市规划、环境保护、抗震、防水、防灾、防火、防迷流、防腐蚀及人民防空等对结构的要求，同时做到结构安全、技术先进、经济合理与确保质量的要求。
2、根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件及城市总体规划要求，结合周围地面既有建筑物、地下构筑物、管线及道路交通状况，通过对技术、经济、环保及使用功能等方面的综合比较，合理选择施工方法和结构型式。
3、地下车站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。应根据构件特点进行承载力（包括失稳）计算以及抗倾覆、滑移、抗浮、疲劳、变形、抗裂或裂缝开展宽度验算；并满足耐久性规定。
4、地下车站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。
5、地下车站的结构设计应以地质勘察资料为依据，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。
6、结构设计应减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，并应考虑城市规划引起周围环境的改变（包括未来换乘线路的实施）对地铁车站的作用。
7、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。
8、地下车站结构按抗震设防烈度8度进行抗震验算，应根据设计烈度、场地条件、结构类型和埋深等因素选用能较好反映其临震工作状况的分析方法，并采取必要的构造措施，提高结构和接头处的整体抗震能力。
9、结构防水设计中遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”以及“防水与结构设计并重和统一考虑”的原则。
10、地下结构须具有战时防护功能并做好平战转换功能。在规定的设防部位，结构设计按5级人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护设施。
11、车站结构所有的受力构件，尚应满足现行的《建筑设计防火规范》的有关规定。
3.1.2 主要设计标准
1、 地下车站结构构件设计使用年限
（1）、 主要构件的设计使用年限为100年，包括构成主体框架的结构各层楼板、侧墙、框架梁、框架柱等；
（2）、 支护结构构件作为永久构件的一部分。在考虑刚度、强度折减的基础上，其设计使用年限为100年；
（3）、 其它内部构件的设计使用年限为50年，包括自成结构体系的站台板、楼梯及其梁、柱、墙等。
（4）、 以上构件相应结构可靠度理论的设计基准期均采用50年。
2、 地下车站结构中非支护结构构件的安全等级为一级，支护结构构件的安全等级为三级。按荷载效应基本组合进行承载能力计算时，非支护结构构件重要性系数取γ0＝1.1，支护结构构件重要性系数取γ0＝0.9。
3、 地下车站结构的地震作用应符合8度抗震设防烈度的要求，设计基本地震加速度值取0.2g。车站结构的抗震设防分类均为乙类，混凝土结构抗震等级为二级。主体结构、人行通道应按提高一度抗震设防烈度的要求采取抗震措施，风道结构仍按8度抗震设防烈度的要求采取抗震措施。
4、 地下结构人防等级为5级，防化等级为丁级，防护单元内的使用要求为“一般人防工程且有密闭或防水要求”。
5、 地下铁道结构中露天或迎土面混凝土构件的环境类别为二类a，内部混凝土构件的环境类别为一类，两者均视为一般环境条件。
6、 非预应力钢筋混凝土构件（不包括支护构件）正截面的裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝。防水混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.2mm，内部非防水混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。
7、 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word/media/image71_1.png；当考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数
word/media/image72_1.png。
8、 地下车站及人行通道均按一级防水等级要求设计，车站的风道、风井等部位均按二级防水等级要求设计。
9、 地下铁道结构中主要构件的耐火等级为一级。
3.1.3 采用或参照的主要设计规范
1、《地铁设计规范》（GB50517－2003）
2、《铁路隧道设计规范》（TB10003－2001）
3、《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）
4、《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）
5、《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）
6、《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）
7、《钢结构设计规范》（GBJ17-88）
8、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
9、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
3.2结构方案比选
3.2.1 施工方案比选
目前我国采用的地铁车站施工方法主要有明挖法、暗挖法、盖挖法等，其优缺点比较见表3.1。
表3.1 地铁车站施工方法一览表
根据某站的工程地质条件、地下水位、场地条件、地下管线情况以及周边交通情况等综合考虑，某站拟采用明挖法施工，主体结构形式采用两层三跨的矩形框架。
3.2.2基坑围护结构比选
目前我国基坑支护的主要形式及适用条件见表3.2某。站基坑属于狭长型基坑，根据《建筑基坑技术规程》规定，确定该基坑侧壁的安全等级为一级，综合考虑车站工程地质、水文、场地、施工机械化等因素，拟采用钻孔灌注桩，作为基坑支护结构。
表3.2 基坑围护结构形式
3.3 荷载及其荷载组合
3.3.1荷载（作用）类型
根据本站的结构类型，按《地铁设计规范》（GB50517－2003）及所列荷载，按永久荷载、可变荷载、偶然荷载（地震荷载、人防荷载）进行分类，确定结构整体或构件可能出现的荷载（作用）。决定荷载的数值时，应考虑施工和使用过程中发生的变化。
某站结构设计中涉及的主要荷载，见表3.3。
表3.3 主要荷载取值表
3.3.2 荷载（作用）组合
(1) 施工阶段：主要荷载组合见表3.4。
(2) 使用阶段：主要荷载组合见表3.4（括号内为荷载有利情况）。
用使用阶段的荷载组合加载计算内力，保守设计认为二衬承担全部土压力和水压力，不考虑钻孔灌注桩的承载能力。
表3.4 施工阶段和使用阶段荷载组合表
3.4 结构计算
3.4.1 主体结构尺寸的拟定
1.尺寸拟定原则
（1）结构的净空尺寸除满足地铁限界和其他使用及施工工艺的要求外，并应考虑测量误差、施工误差、结构永久变形的影响。
（2）结构设计应满足结构在施工阶段对结构强度、刚度和稳定性的要求。
（3）结构设计应满足结构在正常使用阶段及特殊使用阶段（地震、人防）对结构强度、刚度和稳定性的要求。
（4）主体结构的安全等级为一级，构件的重要性系数为1.1（特殊使用阶段取1.0）。
（5）结构的计算简图应模拟结构的实际受力情形，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）结构构件的设计按承载能力极限状态及正常使用极限状态分别进行荷载效用组合，并取各自最不利组合进行结构构件的设计。
（7）按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的情况下，结构裂缝宽度应满足0.2～0.3mm的要求。
2.尺寸的拟定
本站主体结构主要尺寸如下：
车站标准断面总宽22.6m
顶板厚0.8m（最薄处）
中板厚0.4m
底板厚1.2m（最薄处）
侧墙厚0.8m
中柱采用直径0.8m的混凝土钢筋柱，纵向间距为6.0m
顶纵梁截面尺寸为：宽1.2m，高2.2m
底纵梁截面尺寸为：宽1.2m，高2.4m
3.4.2 荷载计算及荷载组合
1.本设计采用的荷载及荷载组合
考虑的荷载如表3.5：
表3.5 车站结构主要荷载表
说明：地面超载和地面车辆荷载由于较小，它们引起的侧向水平荷载较小，在本设计中不予考虑。
2.压力荷载计算
（1）、土的物理力学参数
土的物理力学性质指标见下表:
表3.6 土的物理力学性质指标表
（2）、地层柱状图
地层柱状图见图3.1。
word/media/image74_1.png图3.1 地层柱状图
(3)、土压力计算
垂直压力按实际土柱重量；水平压力施工阶段按朗肯主动土压力公式计算，使用阶段按静止土压力计算，砂土地层水土分算。竖向土压力按公式(3-1)进行计算，侧向土压力按公式(3-2)和(3-3)进行计算。
word/media/image75_1.png (3-1)
word/media/image76_1.png (3-2)
(3-3)
—各层土主动土压力系数，近似认为在砂性土中，可由内摩擦角ф（º）来确定，
，见表3.4.3；
—各层土重度；
word/media/image81_1.png—各层土厚。
表3.7 主动土压力系数表
word/media/image84_1.png—各层土静止土压力系数，可由泊松比
word/media/image85_1.png来确定，
word/media/image86_1.png，见表3.8；
word/media/image87_1.png—各层土重度；
word/media/image88_1.png—各层土厚。
表3.8 静止土压力系数表
a、竖向土压力计算
施工阶段结构顶板竖向土压力为顶板浇注好后的回填土土柱重，
即
使用阶段
word/media/image92_1.png
b、侧向土压力计算
已知：
1）侧向静止土压力计算
word/media/image94_1.png=
word/media/image95_1.png
word/media/image96_1.png=
word/media/image97_1.png
=
=
word/media/image101_1.png
=
word/media/image103_1.png
=
word/media/image105_1.png
word/media/image106_1.png=
word/media/image107_1.png
word/media/image108_1.png=
2）侧向主动土压力计算
=
word/media/image112_1.png=
word/media/image114_1.png=
word/media/image115_1.png
word/media/image116_1.png=
word/media/image117_1.png
word/media/image118_1.png=
=
=
word/media/image123_1.png
=
word/media/image125_1.png
(4)其他荷载
a、列车活荷载
列车按六节编组，轴重14t，折算等效静载20kpa。（轨道铺设在隧道底板上，车辆荷载略去不计）
b、地面车辆荷载折算等效均布荷载取20kpa。
c、人群荷载取4kpa。
d、地面超载取20kpa。
3.4.3 计算模型
车站主体结构计算模型采用荷载—结构模型中的“径向反力法”，作用的地层压力由计算出的荷载表示，而地层抵抗变形的被动反作用力则由Winkler(温克尔)地基模拟。并且认为当结构在外荷载作用下向地层发生位移时，地层会提供沿结构的径向弹性反力，但不考虑地层对结构的切向摩擦力作用，在计算模型中，结构外侧用全环径向弹簧单元模拟地层反力(仅考虑弹簧受压而不考虑其受拉作用)。
结构设计采用MIDAS-GTS有限元程序进行建模，主体结构采用梁单元模拟，主体结构外围边界条件为与地基系数有关的曲面弹簧,取纵向1m进行计算。
柱按等效刚度等效成车站总长范围内的连续墙。
由word/media/image126_1.png
得：word/media/image127_1.png
3.4.4 结构内力计算
1.单元划分
地铁车站框架结构的内力计算极为复杂，通常用有限元的思想进行划分单元，然后通过计算机程序进行计算。用MIDAS-GTS将车站纵向1m划分成的三维单元实体如图3.2所示：
图3.2 纵向1m三维单元实体图
2.荷载计算
（1）施工阶段荷载组合（基本组合）
p1=(100.3×1.35+20×1.4)×1.1=179.7455 kN/m
p2=10×1.4×1.1=15.4 kN/m （施工荷载）
p3=58.947×1.35×1.1=87.5363 kN/m
p41=119.8124×1.35×1.1=177.9214 kN/m
p42=151.5993×1.35×1.1=225.1250 kN/m
p51=228.3149×1.35×1.1=339.0476 kN/m
p52=62.6025×1.35×1.1=92.9647 kN/m
p61=72.4485×1.35×1.1=107.5860 kN/m
p62=183.2522×1.35×1.1=272.1295 kN/m
p71=187.7822×1.35×1.1=278.8566 kN/m
考虑荷载组合，施工阶段的荷载计算结果见图3.3。
图3.3计算荷载图
（2）正常使用阶段荷载组合（基本组合）
p1=(100.3×1.35+20×1.4)×1.1=179.7455 kN/m
p装修=20×0.2=4 kN/m,p人群=4 kN/m，p设备=8 kN/m（站厅层）
p2=(12×1.35+4×1.4) ×1.1=23.98 kN/m（站厅层荷载）
p3=86.616×1.1×1.35=128.6248 kN/m
p41=176.0508×1.1×1.35=261.4354 kN/m
p42=119.81235×1.1×1.35=177.9213 kN/m
p51=180.4424×1.1×1.35=267.9570 kN/m
p52=121.5224×1.1×1.35=180.4608 kN/m
p61=140.6354×1.1×1.35=208.8436 kN/m
p62=183.2522×1.1×1.35=272.1295 kN/m
p7=187.7822×1.1×1.35=278.8566 kN/m
考虑荷载组合，使用阶段的荷载计算结果见图3.4。
图3.4 计算荷载图
（3）地震使用阶段：
该状态不与地面超载组合，并不验算裂缝宽度，水压力按抗浮设防水位考虑。
本工程处于抗震设防烈度8度区，地震综合影响系数，地震动峰值加速度
word/media/image132_1.png，则垂直方向地震系数
，水平方向
word/media/image134_1.png，地震角：水上
，水下
word/media/image136_1.png。
(a)土体重度调整为：
站顶上方素填土：word/media/image137_1.png
侧墙粉质粘土③1：word/media/image138_1.png
侧墙圆砾卵石⑤：word/media/image139_1.png
侧墙粉质粘土⑥：
侧墙卵石圆砾⑦：
(b) 水平地震荷载包括3部分：
——主体构件由于自身的质量产生的水平惯性力；
word/media/image143_1.png——站顶上方土柱的水平惯性力；
——由于内摩擦角发生变化使得侧向土压力的改变量；
1) word/media/image145_1.png计算
顶板：
中板：word/media/image147_1.png
底板：word/media/image148_1.png
侧墙：word/media/image149_1.png
中柱：word/media/image150_1.png
2)计算
3)word/media/image154_1.png 计算：
已知：；
word/media/image156_1.png；
word/media/image157_1.png
第一层土：
word/media/image158_1.png
word/media/image159_1.png
word/media/image160_1.png
第二层土：
word/media/image165_1.png
word/media/image167_1.png
word/media/image168_1.png
word/media/image169_1.png
第三层土：
word/media/image170_1.png
word/media/image173_1.png
word/media/image174_1.png
第四层土：
word/media/image179_1.png
word/media/image181_1.png
(c) 垂向地震荷载包括2部分：
word/media/image182_1.png——主体构件由于自身的质量产生的垂向惯性力；
word/media/image183_1.png——站顶上方土柱的垂向惯性力；
1) word/media/image184_1.png计算
顶板：
中板：
侧墙
立柱：
底板：
2) word/media/image190_1.png计算
word/media/image192_1.png
（d）地震阶段荷载组合（基本组合）
p1= (100.3×1.2+1.3×0.67+1.3×3.35)×1.1=138.1446 kN/m
p2=（12×1.2+0.33×1.3）×1.1=16.3119 kN/m
p3= (1×1.3)×1.1=1.43 kN/m
p9=0.429×1.3×1.1=0.6135 kN/m
p10=1×1.3×1.1=1.43 kN/m
左侧土压力：
p4=（58.947×1.2+7.03×1.3）×1.1=87.8629 kN/m
p51=（119.8124×1.2+15.74×1.3）×1.1=180.6606 kN/m
p52=（151.5993×1.2+6.07×1.3）×1.1=208.7912 kN/m
p61=（228.3149×1.2+9.42×1.3）×1.1=314.8463 kN/m
p62=（62.6025×1.2+17.79×1.3）×1.1=108.075 kN/m
p71=（72.4485×1.2+20.74×1.3）×1.1=125.2902 kN/m
p72=（183.2522×1.2+10.98×1.3）×1.1=257.5943 kN/m
p81=（187.7822×1.2+11.27×1.3）×1.1=263.9886 kN/m
右侧土压力：
p4=（58.947×1.2+6.43×1.3）×1.1=87.00 kN/m
p51=（119.8124×1.2+14.39×1.3）×1.1=178.73 kN/m
p52=（151.5993×1.2+5.40×1.3）×1.1=207.83 kN/m
p61=（228.3149×1.2+8.37×1.3）×1.1=313.34 kN/m
p62=（62.6025×1.2+16.39×1.3）×1.1=106.07 kN/m
p71=（72.4485×1.2+19.12×1.3）×1.1=122.97 kN/m
p72=（183.2522×1.2+9.76×1.3）×1.1=255.85 kN/m
p81=（187.7822×1.2+10.01×1.3）×1.1=262.19 kN/m
考虑荷载组合，地震阶段的荷载计算结果见图3.5。
word/media/image193_1.png图3.5 地震使用阶段荷载计算图
3.各阶段内力计算结果
1）施工阶段
(a) 用MIDAS-GTS建模并分析工况得到施工阶段结构内力图如下：
图3.6结构弯距图（单位:word/media/image195_1.png）
图3.7结构轴力图（单位：）
图3.8结构剪力图（单位：word/media/image199_1.png）
(b) 施工阶段结构内力最大值见表3.9
表3.9 结构内力最大值列表
2）正常使用阶段
(a)用MIDAS-GTS建模并分析工况得到正常使用阶段结构内力图如下：
图3.9结构弯距图（单位：word/media/image201_1.png）
图3.10结构轴力图（单位：word/media/image203_1.png）
图3.11 结构剪力图（单位：word/media/image205_1.png）
(b) 正常使用阶段结构内力最大值见表3.10
表3.10 结构内力最大值列表
3）地震阶段
(a)用MIDAS-GTS建模并分析工况得到地震阶段结构内力图如下：
图3.12 结构弯距图（单位：）
图3.13 结构轴力图（单位：）
图3.14 结构剪力图（单位：）
(b) 结构内力最大值见表3.11
表3.11 结构内力最大值列表
4 .比较各阶段结构内力最大值见表3.12
表3.12 各阶段结构内力最大值列表
3.4.5 配筋计算
根据弯距图和轴力图，按各构件截面的最大正负弯距和最大轴力对每个单元进行配筋（除柱外，其余纵向均取1m配筋），构件范围的每个单元配筋相同。
1.顶板配筋计算（取顶板的厚度最小单元配筋）
（1）纵向受力钢筋设计：
顶板材料如下：
混凝土采用C30，word/media/image212_1.png，
word/media/image213_1.png，查表得：
word/media/image214_1.png，
word/media/image215_1.png，
word/media/image216_1.png。
钢筋采用Ⅱ级筋HRB335，
顶板最大正弯距
顶板最大负弯距
顶板最大轴力
顶板属压弯构件，但弯距相对较大，按受弯构件和压弯构件两种情况进行计算，取最不利进行配筋。
（1.1）按受弯构件进行配筋及算
a、下侧最大正弯距word/media/image221_1.png。
顶板的混凝土保护层厚度取，则
word/media/image223_1.png
则 word/media/image224_1.png
word/media/image225_1.png，可以。
word/media/image226_1.png
选用，则
。
验算适用条件：
①、，可以。
②、，
同时word/media/image232_1.png，可以。
b、上侧最大负弯距
顶板的混凝土保护层厚度取word/media/image234_1.png，则
word/media/image235_1.png
则： word/media/image236_1.png
word/media/image237_1.png，可以。
选用，则
word/media/image241_1.png。
验算适用条件：
①、，可以。
②、word/media/image243_1.png，
同时，可以。
c、 抗压强度检算：
word/media/image245_1.png
d、 最小配筋率验算：
word/media/image246_1.png ，满足要求。
（1.2）、按偏心受压构件进行配筋计算
a、判断大小偏心
word/media/image247_1.png
word/media/image248_1.png
由于，则
，可先按大偏心受压情况计算。
由于取的是一个计算单元配筋，所以计算长度word/media/image252_1.png很小，约为1m，
，故
word/media/image254_1.png。
word/media/image255_1.png
word/media/image256_1.png，取
word/media/image257_1.png
b、word/media/image258_1.png
c、，
故取。
则：
选用
word/media/image263_1.png，则
d、最小配筋率验算：
word/media/image265_1.png，满足要求。
比较（1.1），（1.2）可知，按受弯构件配筋偏于安全，故按受弯构件配筋。
（2）、箍筋设计：
取word/media/image266_1.png,采用双箍箍筋。
word/media/image267_1.png
故按构造要求配置箍筋即可，选用word/media/image268_1.png。
最小配箍率。
需配双肢箍肢数为：，取
。
（3）、构造钢筋设计：
由于顶板高度较大，按构造要求需在中部设置构造钢筋，选用word/media/image272_1.png。
为将荷载均匀传布给主受力钢筋，沿垂直与板主受力钢筋的方向上布置分布钢筋，设两层在主受力筋的内侧，选用word/media/image273_1.png。
具体布置见顶板钢筋布置图。
（4）、裂缝验算：
顶板按受弯构件配筋，下侧配置，
，上侧配置
，
word/media/image277_1.png。混凝土为C30，钢筋为HRB335,查表的混凝土强度标准值
，
word/media/image279_1.png。验算保护层厚度取
word/media/image280_1.png。
受力特征系数word/media/image281_1.png，内力臂长度系数
word/media/image282_1.png。
按有效混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：
word/media/image283_1.png
拉应力
应变不均匀系数
则最大裂缝宽度为：
满足要求。
2.中板配筋计算（取中板的厚度最小单元配筋）
（1）、纵向受力钢筋设计：
中板材料如下：
混凝土采用C30，word/media/image288_1.png，
，查表得：
word/media/image290_1.png，
word/media/image291_1.png，
word/media/image292_1.png，
word/media/image293_1.png
钢筋采用Ⅱ级筋HRB335，
中板最大正弯距
中板最大负弯距
中板最大轴力 word/media/image297_1.png
中板最大剪力
a、 由内力图可知，中板的轴力相对较大，弯矩很小，可按偏心受压进行计算:
word/media/image299_1.png，
word/media/image301_1.png
word/media/image302_1.png，则
word/media/image303_1.png，可先按大偏心受压情况计算。由于取的是一个计算单元配筋，所以计算长度
word/media/image304_1.png很小，约为1m，
，故
。
word/media/image308_1.png，
取
word/media/image310_1.png，取
word/media/image311_1.png
word/media/image312_1.png
则word/media/image313_1.png
故只需要按构造配筋，按最小配筋计算为：
word/media/image314_1.png，
word/media/image315_1.png，
选用，
，
即上下侧均采用，
word/media/image319_1.png的纵筋。
b、 抗压强度检算：
中板的抗压强度满足要求。
（2）、箍筋设计：
word/media/image321_1.png
故按构造配箍筋，选用word/media/image322_1.png。
最小配箍率word/media/image323_1.png。
需配双肢箍肢数为：word/media/image324_1.png，取
word/media/image325_1.png。
（3）、构造钢筋设计：
为将荷载均匀传布给主受力钢筋，沿垂直与板主受力钢筋的方向上布置分布钢筋，设两层在主受力筋的内侧，选用。
由于楼板高度不大，不需设置构造钢筋。
具体布置见中楼板钢筋布置图。
（4）、 裂缝验算：
中板按偏心受压构件配筋，上下侧各配置，
。混凝土为C30，钢筋为HRB335,查表的混凝土强度标准值
，
word/media/image330_1.png。验算保护层厚度取
。
受力特征系数word/media/image332_1.png，内力臂长度系数
word/media/image333_1.png。
按有效混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：
word/media/image334_1.png，故构件最大裂缝宽度小允许值，不必再进行验算。
3.底板配筋计算
（1）、纵向受力钢筋设计：
a、底板材料如下：
混凝土采用C30，word/media/image335_1.png，
，查表得：
，
，
word/media/image339_1.png,
,
word/media/image341_1.png
钢筋采用Ⅱ级筋HRB335，
底板最大正弯距word/media/image343_1.png
底板最大负弯距word/media/image344_1.png
底板最大轴力 word/media/image345_1.png
底板属压弯构件，按压弯构件进行配筋计算。
word/media/image346_1.png，
由于，则
word/media/image350_1.png，可先按大偏心受压情况计算。由于取的是一个计算单元配筋，所以计算长度
很小，约为1m，
word/media/image352_1.png，故
。
word/media/image354_1.png
word/media/image355_1.png，取
word/media/image356_1.png
b、 word/media/image357_1.png
c、 ，
故取。
则：
选用word/media/image361_1.png，则
d、 最小配筋率验算：
word/media/image363_1.png，满足要求。
e、 抗压强度检算：
word/media/image364_1.png强度符合要求。
（2）、箍筋设计：
word/media/image365_1.png
该值大于底板各截面剪力中的最大值，故按构造要求配置箍筋即可，选用word/media/image366_1.png。
最小配箍率word/media/image367_1.png。
需配双肢箍肢数为：，取
。
（3）、构造钢筋设计：
由于底板高度较大，按构造要求需在中部设置构造钢筋，选用。
为将荷载均匀传布给主受力钢筋，沿垂直与底板主受力钢筋的方向上布置分布钢筋，设两层在主受力筋的内侧，选用。
具体布置见底板钢筋布置图。
（4）、 裂缝验算：
底板按受弯构件配筋，下侧配置选配word/media/image372_1.png，
，上侧选用
，
word/media/image375_1.png。混凝土为C30，钢筋为HRB335,查表的混凝土强度标准值
，
word/media/image377_1.png。验算保护层厚度取
word/media/image378_1.png。
受力特征系数word/media/image379_1.png，内力臂长度系数
word/media/image380_1.png。
按有效混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：
拉应力
应变不均匀系数
则最大裂缝宽度为：
满足要求。
4.侧墙配筋计算
（1）、纵向受力钢筋设计：
侧墙材料如下：
混凝土采用C30，word/media/image386_1.png，
，查表得：
word/media/image388_1.png，
word/media/image389_1.png，
word/media/image390_1.png
钢筋采用Ⅱ级筋，word/media/image391_1.png
侧墙最大正弯距
侧墙最大负弯距
侧墙最大轴力
侧墙属压弯构件，但弯距相对较大，按受弯构件和压弯构件两种情况进行计算，取最不利进行配筋。
（1.1）、按受弯构件进行配筋计算
a、外侧最大负弯距，弯矩较大，采用双层配筋。
外侧墙的混凝土保护层厚度取，则
word/media/image397_1.png
则：
word/media/image399_1.png，可以。
word/media/image400_1.png
word/media/image401_1.png
选用双层word/media/image402_1.png，则
。
验算适用条件：
①、，可以。
②、，
同时word/media/image406_1.png，可以。
b、 内侧最大正弯距
侧墙的混凝土保护层厚度取word/media/image408_1.png，则
word/media/image409_1.png
则 word/media/image410_1.png
word/media/image411_1.png，可以。
word/media/image412_1.png
word/media/image413_1.png
选用，则
。
验算适用条件：
①、，可以。
②、word/media/image417_1.png，同时
，可以。
c、 抗压强度检算：
word/media/image419_1.png
抗压强度符合要求。
d、 最小配筋率验算：
word/media/image420_1.png ，满足要求。
（1.2）、按偏心受压构件进行配筋计算
a、 判断大小偏心
word/media/image421_1.png
word/media/image422_1.png
word/media/image423_1.png
由于word/media/image424_1.png，则
，可先按大偏心受压情况计算。由于取的是一个计算单元配筋，所以计算长度
很小，约为1m，
，故
word/media/image428_1.png。
word/media/image430_1.png，取
word/media/image431_1.png
b、 word/media/image432_1.png
c、word/media/image433_1.png，
取。
则:
选用，则
。
最小配筋率验算：
，满足要求。
比较（1.1），（1.2）可知，按受弯构件配筋偏于安全，故按受弯构件配筋。
（2）、箍筋设计：
word/media/image439_1.png
该值小于侧墙各截面剪力中的最大值，须按计算配置箍筋。
word/media/image441_1.png
所需配置箍筋量较大，考虑在剪力很大的部位设置word/media/image442_1.png弯起钢筋。
word/media/image443_1.png
word/media/image444_1.png
选用的四肢箍筋。
最小配筋率验算：
，满足要求。
（3）、构造钢筋设计：
由于侧墙高度较大，按构造要求需在中部设置构造钢筋，选用word/media/image448_1.png。
为将荷载均匀传布给主受力钢筋，沿垂直与侧墙主受力钢筋的方向上布置分布钢筋，设两层在主受力筋的内侧，选用。
具体布置见侧墙钢筋布置图。
（4）、 裂缝验算：
按受弯构件配筋,外侧配置双层word/media/image450_1.png，
word/media/image451_1.png，内侧配置
word/media/image452_1.png，
word/media/image453_1.png。混凝土为C30，钢筋为HRB335,查表的混凝土强度标准值
word/media/image454_1.png，
word/media/image455_1.png。验算保护层厚度取
。
受力特征系数，内力臂长度系数
。
按有效混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：
word/media/image459_1.png
拉应力
应变不均匀系数word/media/image461_1.png
则最大裂缝宽度为：
word/media/image462_1.png
word/media/image463_1.png
满足要求。
5.中柱配筋计算
（1）、轴向受力钢筋设计：
中柱材料如下：
混凝土采用C40，混凝土强度设计word/media/image464_1.png，
word/media/image465_1.png，查表得：
，
，
钢筋采用Ⅲ级筋HRB400，
在MIDAS建模的时候，中柱按等效刚度原则等效成车站总长范围内的连续墙，每延米连续墙受到的竖向压力为word/media/image470_1.png，实际柱间距为
,直径为
word/media/image472_1.png，所以每根柱受到的轴向压力为:
word/media/image473_1.png
中柱最大正弯矩
中柱最大负弯矩word/media/image475_1.png
中柱最大轴力 word/media/image476_1.png
可以看出，相对于中柱的轴向压力，中柱受到的弯矩较小，可按轴心受压构件计算。
（1.1）、 按轴心受压构件计算配筋
站台层中柱受到的轴向压力较大，站厅层和站台层都按站台层的轴力计算配筋。
站台层柱高度word/media/image477_1.png，直径
word/media/image478_1.png，保护层厚度取
word/media/image479_1.png
（1.1.1）、求稳定性系数
取计算长度
，查表内插得
（1.1.2）、计算轴向钢筋截面面积
word/media/image484_1.png
（1.1.3）、选筋
选用9C30, ,则纵筋的配筋率为：
word/media/image486_1.png
word/media/image487_1.png,且截面单侧配筋率也大于
word/media/image488_1.png，故满足要求。
（1.1.4）、普通构造箍筋设计
为了防止纵筋压曲，改善构件延性，并与纵筋形成钢筋骨架，便于施工。按规范设置A10@200的普通箍筋。
具体布置见中柱钢筋布置图。
(2) 、裂缝验算：
柱子按轴心受压构件配筋，选用word/media/image489_1.png，
。混凝土为C30，钢筋为HRB400,查表的混凝土强度标准值
，
。验算保护层厚度取
。
受力特征系数，内力臂长度系数
word/media/image495_1.png。
按有效混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：
，故构件最大裂缝宽度小允许值，不必再进行验算。
6.顶、底纵梁配筋计算
（1）、顶、底纵梁内力计算模型
由于顶、底纵梁沿车站纵向长度很大，我们计算内力时采取简化计算，在车站纵向长度方向取3跨，梁和柱视为铰接，柱距为6m，纵梁承受均布荷载。这样计算偏于保守。
顶、底纵梁内力计算简图如下：
word/media/image497_1.png
图3.15 顶、底纵梁计算简图
（2）顶、底纵梁内力计算
a、 顶纵梁内力计算
顶纵梁所受的竖向荷载，以顶纵梁两侧顶板各取一半的长度范围内的荷载加在顶纵梁的中轴线上，包括地面超载，地面车辆荷载，竖向土压力，竖向水压力等竖向均布荷载和结构自重。
计算如下：
word/media/image498_1.png
用MIDAS-GTS建模并分析工况得到顶梁内力图如下（以下侧受拉为正）：
图3.16 顶纵梁弯矩图
图3.17顶纵梁剪力图
b、 底纵梁内力计算
底纵梁所受的竖向荷载，以底纵梁两侧的拱段各取一半长度范围内的荷载加在底纵梁的中轴线上，包括弹性地基作用在结构上的弹性抗力和结构自重。弹性抗力取作用范围内的最大值按均布荷载加载。
计算如下：
用MIDAS-GTS建模并分析工况得到底梁内力图如下（以下侧受拉为正）：
图3.18 底纵梁弯矩图
图3.4.17 底纵梁剪力图
（3）、顶纵梁配筋计算
（3.1）、纵向受力钢筋设计：
（3.1.1）、顶纵梁材料如下：
混凝土采用C30，word/media/image504_1.png，
，查表得：
word/media/image506_1.png，
，
word/media/image508_1.png。
钢筋采用Ⅱ级筋，word/media/image509_1.png。
顶纵梁最大正弯距word/media/image510_1.png
顶纵梁最大负弯距word/media/image511_1.png
顶纵梁最大剪力
顶纵梁属受弯构件，按受弯构件进行配筋计算。
（3.1.2）、下侧最大正弯距
顶纵梁的混凝土保护层厚度取，则
word/media/image515_1.png
则 ：
word/media/image517_1.png，可以。
word/media/image518_1.png
word/media/image519_1.png
选用word/media/image520_1.png，则
word/media/image521_1.png。
验算适用条件：
①、，可以。
②、，
同时，可以。
（3.1.3）、上侧最大负弯距。
顶纵梁的混凝土保护层厚度取word/media/image526_1.png，则
则： word/media/image528_1.png
word/media/image529_1.png，可以。
word/media/image530_1.png
word/media/image531_1.png
选用，则
。
验算适用条件：
①、，可以。
②、，
同时，可以。
（3.2）、箍筋设计：
（3.2.1）、验算是否需要计算配置箍筋
word/media/image537_1.png,故需要进行配箍计算。
（3.2.2）、只配箍筋而不配弯起钢筋
计算公式如下：
代入数据，取等号计算：
word/media/image539_1.png
则：word/media/image540_1.png
选用word/media/image541_1.png，
则：word/media/image542_1.png，取
word/media/image543_1.png
配箍率为：
最小配箍率，可以。
（3.3）、构造钢筋设计：
由于顶纵梁高度较大，按构造要求需在中部设置构造钢筋，选用word/media/image546_1.png，并设置复合箍筋。
具体布置见顶纵梁钢筋布置图。
（3.4）、裂缝验算：
顶梁按受弯构件配筋，下侧配置，
word/media/image548_1.png，上侧配置
，
word/media/image550_1.png。混凝土为C30，钢筋为HRB335,查表的混凝土强度标准值
word/media/image551_1.png，
word/media/image552_1.png。验算保护层厚度取
word/media/image553_1.png。
受力特征系数，内力臂长度系数
。
按有效混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：
拉应力word/media/image557_1.png
应变不均匀系数
则最大裂缝宽度为：
word/media/image559_1.png
word/media/image560_1.png
满足要求。
（4）、底纵梁配筋计算
（4.1）、纵向受力钢筋设计
（4.1.1）、底纵梁材料如下：
混凝土采用C30，word/media/image561_1.png，
word/media/image562_1.png，查表得：
word/media/image563_1.png，
word/media/image564_1.png，
。
钢筋采用Ⅱ级筋，。
底纵梁最大正弯距
底纵梁最大负弯距word/media/image568_1.png
底纵梁最大剪力
底纵梁属受弯构件，按受弯构件进行配筋计算。
（4.1.2）、上侧最大负弯距word/media/image570_1.png，底纵梁的混凝土保护层厚度取
word/media/image571_1.png，则
word/media/image572_1.png
则 word/media/image573_1.png
word/media/image574_1.png，可以。
word/media/image575_1.png
word/media/image576_1.png
选用word/media/image577_1.png，则
word/media/image578_1.png。
验算适用条件：
①、，可以。
②、，
同时，
（4.1.3）、下侧最大大正弯距word/media/image582_1.png
底纵梁的混凝土保护层厚度取，则
word/media/image584_1.png
则 word/media/image585_1.png
word/media/image586_1.png，可以。
word/media/image587_1.png
选用双层，则
。
验算适用条件：
①、，可以。
②、，
同时word/media/image593_1.png，可以。
（4.2）、箍筋设计：
（4.2.1）、验算是否需要计算配置箍筋
,故需要进行配箍计算。
（4.2.2）、所需配置箍筋量较大，考虑在剪力很大的部位设置word/media/image595_1.png弯起钢筋。
word/media/image596_1.png
word/media/image597_1.png
选用word/media/image598_1.png的六肢箍筋。
配箍率
，满足要求。
（4.2.3）、构造钢筋设计：
由于底纵梁高度较大，按构造要求需在中部设置构造钢筋，选用，并设置复合箍筋。
具体布置见底纵梁钢筋布置图。
（4.2.4）、 裂缝验算：
底梁按受弯构件配筋，下侧配置双层word/media/image602_1.png，
，上侧配置
word/media/image604_1.png，
。混凝土为C30，钢筋为HRB335,查表的混凝土强度标准值
word/media/image606_1.png，
word/media/image607_1.png。验算保护层厚度取
word/media/image608_1.png。
受力特征系数word/media/image609_1.png，内力臂长度系数
。
按有效混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：
拉应力
应变不均匀系数word/media/image613_1.png
则最大裂缝宽度为：
word/media/image615_1.png
满足要求。
第4章 车站施工方法
4.1 施工方法
4.1.1 工程概况
某站为岛式车站，站台宽度13m，有效站台长度120m,车站全长208.6m，宽22.6m，高15.9m；车站上层覆土厚5.9m，结构底板埋深22m。根据某站的地质条件及周边环境情况，车站主体结构采用明挖法施工，出入口和风道均采用暗挖法施工。
4.1.2 施工方法比选
(1) 开挖方法的比选
目前我国采用的地铁车站施工方法主要有明挖法、新奥法、暗挖法、盖挖法等，其优缺点比较见表4.1。根据某站的工程地质条件、地下水位、场地条件、地下管线情况等等，拟采用明挖法施工，主体结构形式采用两层三跨的矩形框架。
地铁车站施工方法对比见下表：
表4.1 地铁车站施工方法一览表
(2) 基坑围护结构比选
目前我国基坑支护的主要形式及适用条件见表4.2某。站基坑属于狭长型基坑，根据《建筑基坑技术规程》规定，确定该基坑侧壁的安全等级为一级，综合考虑车站工程地质、水文、场地、施工机械化等因素，本工程采用钻孔灌注桩加钢管内支撑的围护方案。
表4.2 基坑围护结构形式
4.1.3施工原则和防水标准
1、施工原则
(1) 结构防水施工遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”以及“防水与结构设计并重和统一考虑”的原则。
(2) 确立钢筋混凝土结构自防水体系，即以结构自防水为主，以结构外防水为辅，主要处理好施工缝(包括后浇带)、变形缝等防水节点。
2、防水标准
a、地下车站及人行通道均按一级防水等级要求设计，车站和通道结构不允许出现渗水部位，结构表面不得有湿渍。
b、车站的风道、风井等部位均按二级防水等级要求设计，结构不允许有漏水，结构表面可有少量、偶见的湿渍，总湿渍面积不大于总防水面积的6/1000，单个湿渍的最大面积不大于word/media/image616_1.png。
3、结构防水措施
(1) 车站结构外防水采用全包型防水，在初期支护与二次衬砌之间设置全包防水层，防水层采用2.0mm厚防水板；铺设防水层前需在喷射混凝土初衬表面铺设缓冲层，缓冲层采用单位质量不小于400g/m2的土工布；防水层铺设完成后应采取必要的保护措施；结构自防水采用抗渗等级为S10的混凝土，混凝土外加剂采用HEA系列防水剂，掺量为8～12%。
(2) 铺设防水层的初期支护表面不得有明水流，否则应对喷射混凝土初衬背后进行注浆堵漏处理；底板喷射混凝土基面上不得有积水存在；
(3) 在二衬模筑混凝土中预埋注浆管，注浆管固定在防水层表面，便于后续注浆堵漏处理；用水灰比为1：0.4～0.5的水泥浆，水泥浆中添加2～3%的微膨胀剂，注浆压力根据实际情况确定，但不得小于0.2Mpa。
(4) 车站顶拱部位的模筑混凝土不易浇筑密实，为避免在此部位产生积水，应对顶拱结构背后（防水层和二衬模筑混凝土之间）进行二次注浆处理；注浆材料：水泥净浆+XPM砼外加剂，配比根据现场试验确定；
(5) 车站与区间、车站与风道、车站与出入口的连接部位设置变形缝，应在变形缝处沿隧道环向设置封闭的背贴式止水带，利用背贴式止水带将车站和其它通道的防水区域分隔开，形成各自独立的防水区域。
(6) 车站截面变化部位的防水层应由截面较大的一侧向截面较小的一侧铺设。外防水层无法直接过渡连接时，可采用背贴式止水带的方法形成封闭区。
4.1.4 施工图示
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。
具体施工步序如下图所示。
word/media/image617_1.png
word/media/image618_1.png
word/media/image619_1.png
4.2 施工注意事项
(1) 底板和边墙混凝土浇注前，一定要对基面渗漏水处进行封堵处理，做到基面平顺、干净，严禁带明水灌注混凝土。
(2) 车站结构构件体积较大，混凝土应采用低水化热水泥、掺加外加剂、优质粉煤灰等措施，降低水化热。严格控制混凝土一次灌注量和分段灌注长度，防止混凝土收缩开裂。
(3) 混凝土养护应严格按有关规范、规程的规定进行。新老混凝土连接面上的养护剂需清除干净，不允许在无覆盖的情况下直接在混凝土表面浇水养护。
(4) 不同强度等级、不同抗渗等级混凝土浇筑时，应先浇筑高强度、抗渗混凝土。
(5) 钢筋连接应采用焊接，钢筋接头位置应相互错开，且在35d范围内的接头数不应大于50%。钢筋焊接接头应满足《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2001）、《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-96）的规定。通长钢筋的接头位置，应根据各层梁、板的受力方向，正确判定各截面的受力状态，选择在内力较小处。在施工缝处应按规范规定留足钢筋的搭接长度。
(6) 梁、柱节点及钢筋较密集处，施工时务必采取必要措施加强混凝土振捣，确保混凝土的浇注及振捣质量，保证混凝土内实外光。
(7) 施工缝的布置是确保工程质量的关键，宜布置在纵向柱距1/4～1/3跨附近，同时缝的位置应避开通道、楼梯孔，以保证过梁、扶（楼）梯梁的刚度。施工缝的型式及防水要求按防水设计图施工，应特别注意在施工缝处受力钢筋需留够规定的钢筋连接长度，并应相互错开，保证在同一截面上钢筋的接头不超过钢筋面积的50%。在浇注新混凝土前，应将旧混凝土表面按规范要求凿毛，并用高压水冲洗干净，保持接缝基面湿润。
(8) 在钢筋绑扎前应设置具有一定强度的垫块和蹬筋，防止钢筋网挠度过大，确保受力钢筋的保护层厚度。
(9) 所有配筋图中的钢筋长度均需现场实际放样，并满足构造要求。
(10) 车站各层板的高程、坡度以及立柱、墙、通道平面位置应建筑施工图及相关图纸核对无误后方可施工。
(11) 模板支撑的设置应充分考虑顶板的结构厚度大、梁截面高等因素，采取必要的加强措施。顶板回填时，如需要采用大型机械碾压，顶板也应采取必要的支撑加强措施。
(12) 车站顶板混凝土达到强度后，应及时铺设防水层、保护层，覆土回填，避免顶板长期受强烈日光曝晒。回填土施工应执行《地下铁道工程施工及验收规范》中的相关规定。
(13) 施工过程中, 严禁在基坑周围5m范围内堆放重物及停放大型机具。
(14) 施工过程中应做好各项施工记录，以备查验；一切应急措施，包括材料、设备等必须切实到位。
第5章 监控量测
5.1 监控量测的依据
（1） 某站工程施工图设计
（2） 《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）
（3） 《地下铁道设计规范》（GB50299-1999）
（4） 《建筑变形测量规范》（JGJ/T8-9）
（5） 《工程测量规范》GB50026-93
（6） 《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）
5.2现场监控量测目的及项目
现场监控量测是监视围岩稳定、判断隧洞支护结构设计是否合理、施工方法是否正确的重要手段，也是保证安全施工、提高经济效益的重要条件，应贯穿施工的全过程。
通过量测数据的分析处理，掌握围岩稳定性的变化规律，修改或确认支护结构设计参数。
1、监测项目、监测方法及监测目的如下表：
表5.1监 测 项 目 表
表5.2监控量测管理基准值
5.3重点监测部位
施工对既有地铁环线的影响是整个监测工作的重中之重；为不影响环线地铁的正常运营，现场监测应采用远程监测与水准测量相结合的方法，当车站开挖影响范围至既有区间隧道时，利用远程监测系统每2小时对轨道监测一次；每天深夜（列车停运时）采用水准测量对轨道进行监测，两者结合来监测轨道的变位情况。
5.4地表、建筑物、管线等的控制标准
监控量测控制标准值是根据有关规范、规程及类似工程经验制定的。控制标准的70%为警戒值，应加强监测频率。当监测数据达到或超
参考文献
[21]贺少辉．地下工程[M]．北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2008.3.
[22]施仲衡，张弥．地下铁道设计与施工[M]. 西安：陕西科学技术出版社，2006.
[23]CN-GB.地铁设计规范[S]2003.
[24]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.
[25]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).
[26]高志宏.浅谈明挖法地铁车站的设计分析方法[J].甘肃科技,2010,26(9):118-120,184.DOI:10.3969/j.issn.1000-0952.2010.09.044.
[27]李化.地铁车站明盖挖结合施工基坑稳定性研究[D].北京交通大学,2010.DOI:10.7666/d.y1780350.
[28]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.
[29]吴华忠,刘明高.隧道浅埋段盖挖法的应用与施工[J].公路,2006,(7):195-198.DOI:10.3969/j.issn.0451-0712.2006.07.050.
[30]李围,何川.地铁车站施工方法综述[J].西部探矿工程,2004,16(7):109-112.DOI:10.3969/j.issn.1004-5716.2004.07.052.
[31]油新华.地铁车站施工方法的综合决策[J].现代城市轨道交通,2006,(6):57-59.DOI:10.3969/j.issn.1672-7533.2006.06.020.
[32]金磊,彭建,柳昆等.城市地铁车站分类理论及方法研究[J].地下空间与工程学报,2010,06(z1):1339-1342,1375.DOI:10.3969/j.issn.1673-0836.2010.z1.004.
[33]武振国,常翔,叶飞等.盾构隧道结构设计模型综述[J].隧道建设,2008,28(2):182-185.
[34]沈正春,吴涛.略论明挖法地铁车站结构设计[J].城市建设理论研究,2013,(21).
[35]陶刚.明挖法施工技术及其在地铁车站基坑中应用[J].科学时代,2013,(21).
[36]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.
[37]王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J].隧道建设,2006,26(5):1-4.DOI:10.3969/j.issn.1672-741X.2006.05.001.
[38]施仲衡.浅埋暗挖法设计理论论述[J].现代隧道技术,2005,42(2):37-39,64.DOI:10.3969/j.issn.1009-6582.2005.02.007.
[39]吴法兵.浅谈地铁车站的浅埋暗挖法施工[J].科技资讯,2009,(21):80-80.DOI:10.3969/j.issn.1672-3791.2009.21.073.
[40]赵俊妍.浅谈地铁地下结构施工方法[J].知识经济,2012,(1):104-104.
[41]饶后.在地铁施工中盖挖法技术的应用[J].轻工设计,2011,(6):140-140.
[42]朱建伟.盖挖法在地铁车站施工中的应用前景分析[J].城市建设理论研究,2014,(5).
[43]萧岩,汪波,王光明等.盖挖法和盖挖法施工[J].市政技术,2004,22(6):359-370.DOI:10.3969/j.issn.1009-7767.2004.06.009.
[44]易欢欢.浅谈地铁车站暗挖法施工技术[J].科技创新与应用,2013,(32):219-219.
[45]王向红.浅析地铁区间隧道施工的明暗挖法的优势及施工方法[J].商品与质量•建筑与发展,2013,(4):64-65.
[46]李青.浅谈新奥法施工技术的相关问题[J].科技风,2010,(16):157.DOI:10.3969/j.issn.1671-7341.2010.16.142.
[47]梁宁慧,刘新荣,曹学山等.中国城市地铁建设的现状和发展战略[J].重庆建筑大学学报,2008,30(6):81-85.DOI:10.3969/j.issn.1674-4764.2008.06.017.
[48]曹小曙,林强.世界城市地铁发展历程与规律[J].地理学报,2008,63(12):1257-1267.DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.2008.12.003.
[49]张国碧,李家稳,郭建波等.我国地铁的发展现状及展望[J].山西建筑,2010,36(33):13-15.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2010.33.008.
[50]黄宏伟.城市隧道与地下工程的发展与展望[J].地下空间,2001,21(4):311-317.DOI:10.3969/j.issn.1673-0836.2001.04.011.
[51]世界地铁交通发展简史[J].城市公共交通,2006,(3):38-39.
[52]ОльгаШКУРЕНКО,李有观.世界地铁概况[J].国外铁道车辆,2009,46(3):5-8.DOI:10.3969/j.issn.1002-7610.2009.03.002.
附件：外文翻译
原文请见论文最后附录。
1.3 隧道类型的研究
1.3.1 隧道类型简介
目前正在应用的隧道主要类型及其研究方法：
•盖挖隧道（第5章），即开挖一条明沟，并在沟里构建混凝土隧道管片结构，之后用土覆盖回填。这种隧道管片也可以在其他适当的地方制作或采用预制管片节段。
•钻挖隧道（第6~11章），这种类型的隧道不需要开挖地表，经常要根据开挖地段的地质情况进行标注。有时，一个隧道会穿越两种不同的地质层，因而会经常采用一种被称为复合面的复杂结构（第8章）。
•岩质隧道（第6章），通过钻爆法开挖，常使用机械挖掘机在软岩区段开挖，或者使用岩质隧道掘进机（TBM）。在一些特殊情况下，会采用连续开挖法（SEM）。
•软弱地层隧道（第7章），使用加压盾构机开挖（主要平衡地层和泥浆压力）或者使用矿山法，也被称作连续开挖法（SEM）（第9章）。
•沉管式隧道，由巨大的预制混凝土管片或在陆地上构建的钢管混凝土组件构成。用拖船运到预定位置，沉放到事先在水下的沟壕并和之前的组件连接起来，最后覆土回填。
•顶压框隧道（第12章），是用预制的箱式结构水平的支撑，并通过沙土减少表面的摩擦力。这种隧道经常用于开挖较浅又不允许上表面被破坏的工程情况。例如在公路或铁路路堤的下方。
在线路研究之后，初步的道路隧道类型可以依据土地情况进行选择，如图1-10所示。
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图1-10
隧道类型的选择取决于其几何形状的配置、地质情况、穿越的形式和环境的要求。例如：沉管隧道非常适合穿越水底的隧道。然而，环境及控制要求可能使这种方法变得造价昂贵或不切实际。因此，在计划阶段应尽快完成隧道类型的学习和为特殊工程选择最合适的隧道类型是至关重要的。
1.3.2 计划阶段
基本的线路隧道设计步骤是：
•规定功能要求，包括耐久性设计要求；
•对地质、地质技术、水文地质资料进行必要的调查和分析；
•进行环境、文化、制度上的研究以评估他们是怎样影响隧道设计和建造；
•进行隧道类型研究以确定最合适的施工方法；
•建立设计标准，完成各种隧道元素的设计，始终合适的地质条件和衬垫系统对隧道的设计是重要的。考虑到地质条件和被提议的建筑方法。完成初步和最终阶段的设计。当出现一系列的设计问题时，应该做临时的检查；
•确立隧道线形、轮廓和横截面形式；
•确定潜在的失败模式，包括建筑项目，长期令人不满的工程进度和不符合环境要求。获得任何必要的数据并分析这些失败的原因。
•完成风险分析并确定减缓措施并在设计中执行这些措施；
•准备工程文件包括建筑计划、说明书、进度表、预算和地质报告（GBR）。
1.3.3 隧道横截面
隧道横截面几何形状必须满足交通线、安全通道的要求。为通风设备、照明系统、交通控制系统、消防系统预留空间等。横截面的形状也受施工方法的影响，例如，用TBM开挖隧道将挖出圆形轮廓。盖挖法将开挖出矩形断面。衬砌形式也相应地变化。圆形截面的地下人防系统应为通风管道或风扇、照明系统、交通控制系统、信号系统、监控电视等预留出足够的空间。对于矩形截面，这些系统可以架在高空，如果上部空间有限可以颠倒或毗邻交通线。在早期设计阶段重视隧道横截面定线的细节以允许简单的检查和维修，不仅对机械和电器设备而且对隧道结构自身都是重要的。
隧道衬砌结构取决于隧道的类型，隧道横截面的几何形状和施工方法。例如，盖挖隧道的矩形断面采用现场模筑混凝土衬砌；对于SEM隧道，衬砌结构常选用格栅拱加喷射混凝土；对于软弱地层隧道的TBM法，常选用预制衬砌管片；有时候，开挖时的支护系统可以用作最后的衬砌结构，如逆挖法施工的隧道。
第2章提供了关于横截面形状的详细讨论。
1.3.4 地下水控制
业主、使用者、运营者最基本的考虑就是建造一个不透水的隧道。一个不透水的隧道能提供一个安全舒适的环境并能有效减少运营和维护的开支。过去几十年在隧道建设技术上的进展，尤其是在防水领域的进展促使了严格遵守渗透标准的实现，提升了建设一个不透水隧道的能力。
所依据的标准从国际隧道协会（ITA）、新加坡陆路交通管理局（LTA）、新加坡公共事业局（PUB）、香港轨道交通铁路局（MTRC）和德国城市委员会获得。标准也被美国及其他国家的高速公路、隧道交通工程所使用（包括华盛顿、三藩市、亚特兰大、波士顿、巴尔的摩、布法罗、墨尔本（澳大利亚）、泰恩威尔郡（英国）、安特卫普（比利时）。）下面是ITA推荐的地下渗透标准：
允许的渗透速度
隧 道 ≤ 0.002加仑/平方英尺/天
地下公共空间 ≤ 0.001加仑/平方英尺/天
另外，在一个位置不滴水或无明显渗透也是被允许的。
隧道防水系统是用来防止地下水流入地下开口空间的，它包括结合在一起的多种材料和元素。防水系统的设计依赖于对地质和水文地质状况、结构几何布局和施工方法的理解。一个防水系统应该是考虑了建筑介质、建筑决定性条件和它们维护运营基本原则的综合系统。
这里有两种基本的防水系统类型：排水（敞开）和不排水（封闭）系统。图6-40和6-41分别显示了排水（敞开）和不排水（封闭）系统，这些系统适用多种防水材料。开口防水系统：地下水流入一个隧道排水体系。像典型的，隧道地下室配备了一个防水体系，形成一个像降落伞似的防护系统可以将水排入洞室周边的腔洞，然后流入位于隧道边墙和底拱的储水系统排走。开口系统一般适用于渗透性较低的岩质隧道。这种防水系统安装在初次衬砌和二次衬砌之间，开口防水系统一般允许更经济的二次衬砌，并且这种设计使流体静力学荷载大大降低和限制。
封闭防水系统经常被称为槽形系统，隧道周边完全封闭，旨在将地下水完全地阻止在防水系统之外，因此它不具备储水系统，二次衬砌也必须设计得能够承受完全的静水压力。这种系统经常应用在渗透性较强的沙土层，地下水不渗入隧道是至关重要的，否则将造成地下水位降低，甚至地表沉陷。
对于预制衬砌管片，管片经常配置有垫层来密封管片之间的接缝，这样就会形成一个不透水的隧道。对于位于地下水位以下的盖挖隧道和沉管隧道，最好采用防水膜将结构全封防水。
防水系统应该尽早的安装，在这个过程中应制定渗透标准。在第10章隧道衬砌中将对这个问题进行详细讨论。
1.3.5 隧道入口
入口和通风竖井应该布置得能够满足环境和空气质量的要求，还要适应隧道的几何形状。入口要沿着两反向交通线中间分隔墙延伸，以减少从出口到入口的污染物再循环。如果可行，入口方向的布置要避免司机的视线被日出日落的光线所遮蔽。入口处还需要特殊的照明设备去消除“黑洞效应”。入口还应位于隧道合适地被覆盖的埋深位置。这取决于建筑种类、横截面形状和隧道几何形状。例如，在盖挖隧道中，入口应尽可能靠近地表以使隧道顶部为通行预留足够的空间。另一方面，TBM开挖的隧道中，入口应布置在能够建造TBM发射井的地方。在山岭隧道中，在构造允许的情况下，入口应尽可能布置得靠近山坡斜表面。
1.3.6 消防安全系统
word/media/image621.gif隧道最重要的就是保证消防事故中的安全问题，隧道失火的悲惨结果（例如瑞士1999年朗峰隧道和2001年的圣哥达隧道失火事故）不仅造成严重的生命和财产损失，而且引发了对于公路隧道消防系统的巨大忧患。据报道， 2001年10月的圣哥达隧道火灾（图1-11），造成了11人死亡，在短短几分钟内达到了1832℉（1000℃），15分钟内浓烟和可燃物将火灾传播了超过1.5英里（2.5千米）。
为达成计划的目的，要了解公路隧道的火灾安全隐患并考虑它们对隧道横纵面、紧急出口、通风设备、隧道几何构造、优先通道和概念性预算的影响。美国国家防火协会（NFPA）关于公路隧道、桥梁和其他限制进入的高速公路的标准—502，为公路隧道提供了下列火灾防护和安全设备：
•建筑防护基本原理
•火灾检测
•通讯系统
•交通管控
•防火设备（如：储水管、消防栓、供水系统、便携灭火器、固定水基灭火系统等）
•排水系统
•紧急出口
•电瓶车
•紧急应对计划
2005年，美国联邦公路局、国家公路与运输协会和国家联合高速公路研究项目发起了向欧洲隧道的设备、系统和程序的学习和研究。这次学习总结了9个关于安装启用的推荐规范，包括涵盖了人为因素的隧道紧急处理研究；改进隧道设计标准以使司机在事故中能正确应对；发明逃生通道中更有效的视觉、听觉、触觉标识；在隧道安全的视察和维修中使用危险应对手册。
附录A展示了这次学习的执行摘要，关于这次学习的报道可以在美国联邦公路局的网站http://International.fhwa.dot.gov/uts/uts.pdf中查看。（美国联邦公路局，2006）
1.3.6.1 紧急出口
隧道中为人们提供的避难所应该有规律的间隔分布，在整个隧道中应该具备功能多样、清除标识的逃生通道。如图1-12所示，出口应该清楚的标明，通向逃生通道的入口间隔不应超过1000步（300米）并且遵循美国国家防火协会最新的标准—502。紧急出口应该布置在有安全保障的位置。紧急人行通道最窄也不能小于3.6英尺，而且要避免受到临近交通的影响。指向最近逃生出口的方向和距离引导标识应该以合理的间隔和视距安装在紧急通道上方。紧急逃生通道应该提供足够的照明水平并连接紧急电力系统。
对于双线隧道，相邻管道的联络通道应该能够作为安息所。联络通道应该达到2小时防火等级，应该具备自闭合防火门。联络通道的间隔不要超过656英尺（200米）并且两边都要有不窄于3.6英尺的紧急人行道。
图1-13 紧急壁龛
1.3.6.3 紧急通风、照明、通讯系统
紧急通风系统应该能够控制浓烟并为疏散的人群提供新鲜的空气，支持紧急响应器。紧急通风系统一般是以高速运转的标准通风系统，其脚本应该不断更新，风扇的运转应依据火灾的位置和疏散的方向确定，风扇应该与紧急电源相连以保证最基本的电力供应。
紧急照明系统、火情监测系统、火灾警戒线和消火栓应该在隧道中提供。在某些设施中应该应用泡沫或雨淋灭火系统等火情抑制措施。火灾沿着电缆管线的危险可以用一些措施消除，如：在防火管片里安置分割开的电缆管线，铺设电缆镶铸式管道，在合适的地方使用防火管道和其他一些预防性措施。重要的设备应该使用耐火管线，所用的各种材料不能释放有毒或有害气体，如氯气。消防用水应该防止被冻结，火警铃按钮应该临近每个联络通道，紧急服务应能保证火灾中隧道的安全。
隧道里应该提供应急电话并且与应急电源所连接。当应急电话打出的时候，控制中心和营救人员可见的信号灯应该准确进行呼救者定位，联络通道的门和紧急出口处都应安置应急电话。通讯系统应能给予旅途的人们可能的帮助和可接受指令以保证营救方案调整的实施。在不正常运行或紧急情况下，系统应快速而可靠的响起警示铃。
警察、火情和其他紧急服务职员的无线电广播应覆盖整个隧道。警察、火情和其他紧急服务职员在隧道和联络通道中使用移动式无线电通信设备是非常必要的，无线电广播系统之间不应相互干扰，并且与应急电源相连以使彼此正常交流，提供手机信号也是非常必要的。
1.3.7 隧道排水系统
排水系统要有好的排水设计。在入口和低凹处经常安置油池泵系统，纵贯隧道的路面防水系统应该具备泄水湾和排水管，排水系统应设计得能够应对表面防水以防止任何地下水渗入隧道。隧道的其他区域例如通风管道和潜在的泄漏位置应该规定防水要求。在安全规章中不允许出现由于规定不适而造成的冰块积聚的规定。
1.4 运营及财政规划
1.4.1 潜在的筹资渠道和现金流动需求
国家、联邦和当地的基金是修建公路隧道传统的主要资金来源。然而，最近一些私人企业和公私合营企业正在成为更具吸引力的资金来源。例如，迈阿密港隧道是通过公私合营企业来筹集资金的。在美国和其他国家，不同的地方使用不同的财务报表，通行费是发动过路者帮助偿还债务和运营费的常见形式。尤其当公路是私人投资修建时，在一些案例中，常发行债券为工程筹资。
在资金筹划时，应该着重考虑整个工程现金流动的安全。在进行现金流动分析评估时，会增加花费。还有其他各种增加花费的目录。有时候可能超过建筑本身的花费或项目正常的花费，一些因素如该地区的工作负荷、材料的获取、劳动者技能水平、专业设备等都应考虑在内。贷款的偿还和工程花费也应被考虑。当运营和维修的花费也考虑到的时候，偿还常常会经过很多年才完成。
1.4.2 概念上的花费分析
在概念水平上，花费分析常依据隧道典型区段的每一度量单元花费来确定。历史花费数据要随着通货膨胀和位置更新，这常在快速检验里应用。然而，在数据不准确或某些特殊情况未知的情况下，这些数据的使用要收到严重警告。另外，修建隧道是一项专业的工作，涉及重要的劳动力成员。劳动者的经验和生产率对适当减少隧道花费是至关重要的。更多的是，隧道是线形建筑，它的花费严重取决于施工进度，换句话说就是依赖于劳动力、地质情况、设备适应性、承包商的管理和工作人员的经验。由于隧道高度依赖劳动力花费，一些问题如施工速度、日程表、换班次数、工会要求、当地规程如允许的工作时间、环境因素如噪声和振动等等都应在预算时考虑。最好在计划阶段准备一个最低预算，借鉴该地区其他相似工程的经验对于预估劳动力和施工进度是很有帮助的。在概念分析时，工程初期会有很大一笔临时花费。随着设计的进展和风险的确定和处理，临时花费将随着设计的详细程度而逐渐减少。软花费例如工程、项目和建设管理、保险、业主花费、三方花费、道路占用费等都应被计入内。预算应该随着设计的一步步详细而渐渐详细。第14章将对这一主题进行详细讨论。
1.4.3 项目交付方式
一般有两种交付方式在过去的地下工程中使用，获得了不同程度的成功，他们是：
•设计—招标—建筑 模式
•设计—建造 模式
这两种支付方式的合同形式也是非常广泛的，常见的是固定价格的方式。尽管对于隧道来说，单价方式更为合适。其他的合同形式有：
•固定总价
•基于单价报价
•基于质量的评审方法
•最佳及最终报价
•成本加固定费用
传统的项目交付方式是设计—招标—建造模式。在这种方式中，由业主投资设计并成立一个组织去处理计划的定义、合法性、土地纠纷问题。它指定一个工程师顾问并签订一份职业服务合同；工程师顾问需要站在业主的利益上完成某些设计、采购、建设监管和合同管理。工程师会获得一些费用作为报酬。业主在固定价格竞标后签订建设合同，低廉的价格是竞标时一个重要的考虑因素。这种合同形式是简单的、直接的为人们所熟知的。然而，在这个过程中，要让合同中要承担高额风险的一方了解到主要的工程风险。业主要有效地支付承包商承担风险的费用，不管最后风险是否真的发生过。
这种方式有它自己的不足，尤其是在大型基础设施工程中。同时，这种合同形式也有它自己的优点。工程参与者之间的竞争关系、潜在的超额花费和工期延误是决不允许出现的。和传统的合同形式相比，它对于处理事件中争论不休的责任问题和处理物理工作过程中的损伤事故有很大潜力。业主、业主代理和合同方分别承担不同的商业风险和潜在的商业目的冲突。
在设计—建造模式中，这个项目会授予一个设计—建造团队。他们负责项目的设计和修建，业主代理工程师经常会依据确定业主需要的基础设计来拟竞标文案。合同形式如固定总价、单位计价、成本加费用，形式多样。中标公司然后准备最终设计（与工程咨询和业主代理工程师合作完成）和项目蓝图。这个过程应协调好地下设备拥有者各方的利益关系，以免延误工期和处理情况发生变化时的争论，避免可能的耗时费财的诉讼。
设计—建造模式的采购要根据工程目标和业主主观意向。下面是一些采购选项的例子：
•竞争收购（低价格）
•竞争收购高责任标准（花费和资格证书）
•竞争收购与替代建议
•价格和其他因素
•经过“最佳和最终报价”之后的价格
•基于质量的选择
•供应商谈判
业主和承包方的风险分配与竞标有直接的关系。因此，一个公平合法的风险分配机制对于承包商有足够的预备资金去处理不可预知的情况是非常重要的。例如：如果一些确定的测验检测到了由于预期地质状况发生改变而造成的不可预见的情况就要由业主来提供资金来处理。尽管这种情况通常是承包方的责任或他们不能执行安全规定造成的。合理公平的进行风险分配将会有效减少竞标价格。与此类似的是，业主的准备基金将仅在某些状况发生时使用，会大大减少整个工程成本。
第14章建筑工程将对这个问题进一步讨论。
设计—建造模式有一个优势就是可以根据承包商的施工方法、设计者的设计和建造者的工作量身定做一个合同。这在某些未知风险出现的时候是非常有用的，当风险超过这个划分就要业主来承担。一些不期望出现的状况如：岩土的表现、岩石坚硬程度、地下水位、极端的风和电荷。岩土基线报告对于定义预期地质状况是非常有用的。
大多数要求都和不可预见的地下状况有关。因此，美国的地下工程企业尝试利用各种现场条件条款（DSC）来提供可行的方案，使用岩土基线报告（GBR）和岩土数据报告（GDR）来达到最佳预期。DSC和GBR对于补充风险分配合同是非常重要的。第4章将讨论岩土基线报告。承包商选定过程将在第14章建筑工程进一步讨论。
建立一个筛选方案挑选出一些合格的竞标商是非常重要的。公平的风险分配合同也有利于工程安全、按时、高质量、低花费的完成。
1.4.4 运营和管理计划
运营可以划分为三个主要领域：交通系统管控、鸣钟设施（如果有的话）和紧急服务。不是所有隧道都这样划分。职员的分配依据设备大小、位置和需要。对于24小时运营的职员需要三次轮岗和周末休息；周末和夜班需要有足够的职员去处理可能发生的紧急情况。
隧道的日常维护通常需要一个专业操作团队，隧道的清洁和道路养护对于安全运营是必不可少的。特殊隧道清洁设备经常被使用。机械、电气、通讯、通风、监视和控制设备要保持在良好的工作状态，决不允许有缺陷设备的使用。日常的维护和24小时的检测是必不可少的，因为一旦通风、照明、水泵等系统出现毛病是需要立即解决的。更重要的是车辆故障和火灾是需要立即响应的。
一般来说，大多数工作是可以在正常工作时间完成的，包括机械和电气维修交通管控等等。然而，当维护工作涉及到道路的封闭时，如照明装置的更换、路面维修、隧道情况就需要部分或全部关闭隧道。这通常在周末或夜间进行。
详细的运营和管理问题不是本手册的讨论范围。
1.5 风险分析和管理
风险分析和管理对地下工程来说是必要的。在项目起步阶段应尽早建立一个风险登记册。它明确记录各种潜在的风险、它们发生的原因和可能造成的后果。风险处理计划应该建立来应对各种风险，依靠计划、设计和操作规程来消除风险和削减后果。对于不可避免的风险，规程必须能够控制它们并减轻后果。一个各方协调的管理计划应该是定期更新与设计、执行和完成隧道相关的各种风险内容的。计划内应包括所有与设计、采购、建设相关的可能风险，同时也应该包括与安全和健康、公众和环境相关的风险。
主要的风险类型有：工程事故、公众影响、工期延误、环境破坏、未达到计划的运营和管理目标、技术上的困难、不可预见的地质状况和不断增加的花费。第14章建筑工程将对这一主题进行详细讨论。
附 录
附录一：外文原文
1.3 TUNNEL TYPE STUDIES
1.3.1 General Description of Various Tunnel Types
The principal types and methods of tunnel construction that are in use are:
• Cut-and-cover tunnels (Chapter 5) are built by excavating a trench, constructing the concrete structure in the trench, and covering it with soil. The tunnelsmay be constructed in place or by using precast sections
• Bored or mined tunnels (Chapters 6 through 11), built without excavating the ground surface. These tunnels are usually labeled according to the type of material being excavated. Sometimes a tunnel passes through the boundary between different types of material; this often results in a difficult construction known as mixed face (Chapter 8).
• Rock tunnels (Chapter 6) are excavated through the rock by drilled and blasting, by mechanized excavators in softer rock, or byusing rock tunnel boring machines (TBM). In certain conditions, Sequential Excavation Method (SEM) is used (Chapter 9).
• Soft ground tunnels (Chapter 7) are excavated in soil using a shield or pressurized face TBM (principally earth pressure balance or slurry types), or by mining methods, known as either the sequential excavation method (SEM) (Chapter 9).
• Immersed tunnels (Chapter 11), are made from verylarge precast concrete or concrete-filled steel elements that are fabricated in the dry, floated tothe site, placed in a prepared trench below water, and connected to the previous elements, and then covered up with backfill.
• Jacked box tunnels (Chapter 12) are prefabricated boxstructures jacked horizontally through the soil using methods to reduce surface friction; jacked tunnels are often used where they are very shallow but the surface must not be disturbed, for example beneath runways or railroads embankments.
Preliminary road tunnel type selection for conceptual study after the route studies can be dictated by the general ground condition as illustrated in Figure 1-10.
Figure 1-10 Preliminary Road Tunnel Type Selection Process
The selection of a tunnel type depends on the geometrical configurations, the ground conditions, the type of crossing, and environmental requirements. For example, an immersed tunnel may be most suitable for crossing a water body, however, environmental and regulatory requirements might make this method very expensive or infeasible. Therefore, it is important toperform the tunnel type study as early as possible in the planning process and select the most suitable tunnel type for the particular project requirements.
1.3.2 Design Process
The basic process used in the design of a road tunnel is:
• Define the functional requirements, including design life and durability requirements;
• Carry out the necessary investigations and analyses of the geologic, geotechnical and geohydrological data
• Conduct environmental, cultural, and institutional studies to assess how they impact the design and construction of the tunnel;
• Perform tunnel type studies to determine the most appropriate method of tunneling.
• Establish design criteria and perform the design ofthe various tunnel elements. Appropriate initial and final ground support and lining systems are criticalfor the tunnel design, considering both ground conditions and the proposed method of construction. Perform the design in Preliminary and Final design phases. Interim reviews should be made if indicated by ongoing design issues.
• Establish tunnel alignment,profile and cross-section
• Determine potential modes of failure, including construction events, unsatisfactory long-term performance, and failure to meet environmental requirements. Obtain any necessary data and analyze these modes of failure;
• Perform risk analysis and identify mitigation measures and implement those measures in the design
• Prepare project documents including construction plans, specifications, schedules, estimates, and geotechnical baseline report (GBR).
1.3.3 Tunnel Cross-Section
The tunnel cross section geometrical configuration mustsatisfy the required traffic lanes, shoulders or safety walks, suitable spaces for ventilation, lights, traffic control system, fire/life safety systems, etc. The cross section is also dictated by the method of tunnel construction. For example, bored tunnels using TBM will result in circular configuration, while cut and cover construction will result in rectangular configuration. The structural systems will also varyaccordingly. The available spaces in a circular cross section can be used to house tunnel systems, such as the ventilation duct or fans, lighting, traffic control
systems and signs, close circuit TV, and the like. For rectangular sections the various systems can be placed overhead, invert or adjacent to the traffic lanes if overhead space is limited. It is essential at early design stages to pay attention to detail in laying out the tunnel cross-section to permit easy inspection and maintenance not only of mechanicaland electrical equipment, but also of the tunnel structure itself.
The tunnel structural systems depend on the type of tunnel, the geometrical configuration of the cross section, and method of construction. For example, in cut and cover tunnels of rectangular cross section, cast in place concrete is often the selected structuralsystem, while for SEM/NATM tunnel, the structural system could be lattice girders and shotcrete. For softground tunnels using TBM, the structural system is often a precast segmental one pass lining. Sometimes,the excavation support system can be used as the final tunnel structural system such as the case in top down construction.
Chapter 2 provides detailed discussions for the geometrical configurations.
1.3.4 Groundwater Control
Building a dry tunnel is a primary concerns of the owner, user, and operator alike. A dry tunnel provides a safer and friendlier environment and significantly reduces operation and maintenance costs. Advancements in tunneling technology in the last few decades in general and in the waterproofing field in particular have facilitated the implementation of strictwater infiltration criteria and the ability to build dry tunnels.
Based on criteria obtained from the International Tunneling Association (ITA), Singapore’s Land Transport Authority (LTA), Singapore’s Public Utilities Board (PUB), Hong Kong’s Mass Transit Rail Corporation (MTRC) and the German Cities Committee, as well as criteria used by various projects in the US and abroad for both highway and transit tunnels (e.g. Washington DC, San Francisco, Atlanta, Boston, Baltimore, Buffalo, Melbourne (Australia), Tyne & Wear (UK) and Antwerp (Belgium), the following ITA ground water infiltration criteria are recommended;
Allowable Infiltration
Tunnels ≤0.002 gal/sq. ft/day
Underground public space ≤0.001 gal/sq. ft/day
In addition no dripping or visible leakage from a single location shall be permitted.
Tunnel waterproofing systems are used to prevent groundwater inflow into an underground opening. They consist of a combination of various materials and elements. The design of a waterproofing system is based on the understanding of the ground and geohydrological conditions, geometry and layout of the structure and construction methods to be used. A waterproofing system should always be an integrated system that takes into account intermediate construction stages, final conditions of structures and their
ultimate usage including maintenance and operations.
There are two basic types of waterproofing systems: drained (open) and undrained (closed). Figures 6-40 and 6-41 illustrate drained (open) and undrained system (closed) tunnels, respectively. Various waterproofing materials are available for these systems. Open waterproofing systems allow groundwater inflow into a tunnel drainage system. Typically, the tunnel vault area is equipped with a waterproofing system forming an umbrella-like protection that drains the water seeping towards the cavity around the
arch into a drainage system that is located at the bottom of the tunnel sidewalls and in the tunnel invert. The open system is commonly used in rock tunnels where water infiltration rates are low. Groundwater inflow is typically localized to distinct locations such as joints and fractures and the overall permeability is such that a groundwater draw-down in soil layersoverlying the rock mass will not be affected. This system is commonly installed between an initial tunnelsupport (initial lining) and the secondary or final support (permanent lining). The open waterproofing system generally allows for a more economical secondary lining and invert design as the hydrostatic load is greatly reduced or eliminated.
Closed waterproofing systems (closed system), often referred to as tanked systems, extend around the entire tunnel perimeter and aim at excluding the groundwater from flowing into the tunnel drainage system completely. Thus no groundwater drainage isprovided. The secondary linings therefore have to be designed for full hydrostatic water pressures. These systems are often applied in permeable soils where groundwater discharge into the tunnels would be significant and would otherwise cause a lowering of the groundwater table and possibly cause surface settlements.
For precast segmental lining, the segments are usually equipped with gaskets toseal the joints between segments and thus provide a watertight tunnel. For cut and cover tunnels under the groundwater table and for immersed tunnels, waterproofing membranes encapsulating the structures are recommended. The waterproofing system should be addressed as early as possible and design criteria for water infiltration should be established during the process. Thisissue is further discussed in Chapter 10- Tunnel Linings.
1.3.5 Tunnel Portals
Portals and ventilation shafts should be located suchthat they satisfy environmental and air quality requirements as well as the geometrical configuration of the tunnel. At portals, it may be necessary to extend the dividing wall between traffic traveling in opposite directions to reduce recirculation of pollutants from the exit tunnel into the entry tunnel. If possible, Portals should be oriented to avoid drivers being blinded by the rising or setting sun. Special lighting requirements at the portal are needed to address the “black hole” effect (Chapter 2). The portal should be located at a point where the depth of the
tunnel is suitably covered. This depends on the type of construction, the crossing configuration, and the geometry of the tunnel. For example, in a cut and cover tunnel, the portal can beas close to the surface as the roof of the tunnel can be placed with sufficient clearance for traffic. On the other hand, in TBM mined tunnels, the portal will be placed at a location where there is sufficient ground cover to start the TBM. In
mountain tunnels the portal can be as close to the face of the mountain as practically constructible.
1.3.6 Fire-Life Safety Systems
Safety in the event of a fire is of paramount importance in a tunnel. The catastrophic consequences of the tunnel fires (e.g., the Mont Blanc tunnel, 1999 and the Swiss St. Gotthard tunnel, 2001) not only resulted in loss of life, severe property damages, but also great concerns of the lack of fire-life safety protection in road tunnels. During the Gotthard Tunnel October 2001 fire (Figure 1-11) that claimed 11 deaths, the
temperature reportedly reached 1,832oF (1,000oC) in few minutes, and thick smoke and combustible product propagated over 1.5 mile(2.5km) within 15 minutes.
Figure 1-11 Gotthard Tunnel Fire in October 2001 (FHWA 2006)
For planning purposes, it is important to understand the fire-life safety issues of a road tunnel and consider their impacts on the alignments, tunnel cross section, emergency exits, ventilation provisions, geometrical configuration, right-of-way, and conceptual cost estimates, National Fire Protection Association (NFPA) 502 – Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways provides the following fire protection and life safety requirements for road tunnels:
• Protection of Structural Elements
• Fire Detection
• Communication Systems
• Traffic Control
• Fire Protection (i.e., standpipe, fire hydrants, water supply, portable fire extinguisher, fixed waterbase fire-fighting systems, etc.)
• Tunnel Drainage System
• Emergency Egress
• Electric, and
• Emergency response plan.
In 2005, the FHWA, AASHTO, and the National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) sponsored a scanning study of equipment, systems and procedures used in European tunnels. The study concluded with nine (9) recommendations for implementation include conducting research on tunnel emergency management that includes human factors; developing tunnel design criteria that promote optimal driver performance during incidents; developing more effective visual, audible, and tactile signs
for escape routes; and using a risk-management approach to tunnel safety inspection and maintenance. Appendix A presents the executive summary of the scan study. The scan study report is available entirety on the FHWA web site at http://International.fhwa.dot.gov/uts/uts.pdf(FHWA, 2006).
1.3.6.1 Emergency Egress
Emergency egress for persons using the tunnel to a place ofrefuge should be provided at regular intervals. Throughout the tunnel, functional, clearly-marked escape routes should be provided for use in an emergency. As shown in Figure 1-12, exits should be clearly marked, and the spacing of exits into escape routes should not exceed 1000 feet (300 m) and should comply with the latest NFPA 502 - Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways. Emergency exits should be provided to safe, secure locations.
Figure 1-12 Emergency Exit (FHWA, 2006)
The emergency egress walkways should be a minimum of 3.6 ft wide and should be protected from oncoming traffic. Signage indicating both direction and distance to the nearest escape door should be mounted above the emergency walkways at reasonable intervals (100 to 150 ft) and be visible in an emergency. The emergency escape routes should be provided with adequate lighting level and connected to the emergency power system.
Where tunnels are provided in twin tubes, cross passages to the adjacent tube can be considered safe haven. The cross passage should be of at least two-hour fire rating construction, should be equipped with self closing fire rated doors that open in both directions or sliding doors, and the cross passages should be located not more than 656 ft (200m) apart. An emergency walkway” at least 3.6 feet (1.12 m) wide should
be provided on each side of the cross-passageways.
In long tunnels, sometimes breakdown emergency alcoves (local widening) for vehicles are provided. See Figure 1-13. Some European tunnels also provide at intervals an emergency turn-around for vehicles into the adjacent roadway duct which turn-aroundwould normally be closed by doors.
Figure 1-13 Emergency Alcove
1.3.6.2 Emergency Ventilation, Lighting and Communication
An emergency ventilation system should be provided to control smoke and to provide fresh air for the evacuation of passengers and for support to the emergency responders. The emergency ventilation system is often the normal ventilation system operated at higher speeds. Emergency ventilation scenarios should be developed and the operation of the fans would be based on the location of the fire and the direction of the tunnel evacuation. The fans should be connected toan emergency power source in case of failure of the primary power.
Emergency tunnel lighting, fire detection, fire lines, and hydrants should be provided. In certain installations, fire suppression measures such as foam or deluge system have been used. The risk of fire spreading through power cable ducts should be eliminated by dividing cable ducts into fireproof sections, placing cables in cast-in ducts, using fireproof cables where applicable, and other preventative measures. Vital installations should be supplied with fire-resistant cables. Materials used should not release toxic or aggressive gases such as chlorine. Water for fire-fighting should be protected against frost. Fire alarm buttons should be provided adjacent to every cross-passage. Emergency services should be able to approach a tunnel fire in safety. Emergency telephones should be provided in the tunnelsand connected to the emergency power supply. When such a telephone is used, the location of the caller should be identified both at the control center and by a warning light visible to rescuing personnel. Telephones should be provided at cross-passage doors and emergency exits. Communication systems should give the traveling public the possibility of summoning help and receiving instructions, and should ensure coordinated rescue. Systems should raise the alarm quickly and reliably when unusual operating conditions or emergency situations arise.
Radio coverage for police, fire and other emergency services and staff should extend throughout the tunnel. It is necessary for police, fire and emergency services to use their mobile radios within tunnels and cross-passages. Radio systems should not interfere with each other and should be connected to the emergency power supply to communicate with each other. It is also recommended that mobile telephone coverage be provided.
1.3.7 Tunnel Drainage
Good design anticipates drainage needs. Usually sump-pump systems are provided at the portals and at low points. Roadway drainage throughout the tunnelusing drain inlets and drainage pipes should be provided. The drainage system should be designed to deal with surface drainage as well as any groundwater infiltration into the tunnel. Other areas of the tunnels, such as ventilation ducts and potential locations for leakage, should have provision for drainage. Accumulation of ice due to inadequate drainage provisions must be avoided for safe passage.
1.4 OPERATIONAL AND FINANCIAL PLANNING
1.4.1 Potential Funding Sources and Cash Flow Requirements
Traditionally State, Federal, and Local funds are the main funding sources for road tunnels. However, recently private enterprises and public-private partnership (PPP) are becoming more attractive potential sources for funding road tunnel projects. For example, the Port of Miami Tunnel has been developed using the PPP approach. Various forms of financing have been applied in various locations in the US and the World. Tolls are often levied on users to help repay construction costs, and to pay operating costs, especially when the roads are financed by private sources. In some cases, bond issues havebeen used to raise funding for the project.
In developing the funding strategy, it is important to consider and secure the cash flow required to complete the project. In assessing the cash flow analysis, escalation to the year of expenditure should be used. Various indices of escalation rates are available. It is recommended that escalation rates comparable to this type of construction and for the area of the project should be used. Factors such as work load in the area, availability of materials, availability of skilled labor, specialty equipment, and the like, should be taken into consideration. Repayment of loans and the cost of the money should be considered. They may continue for a substantial number of years while the operation and maintenance costs of the tunnel also have to be covered.
1.4.2 Conceptual Level Cost Analysis
At the conceptual level, cost analyses are often based upon the costs per unit measurement for a typical section of tunnel. The historical cost data updated for inflation and location is also commonly used as a quick check. However, such data should be used with extreme caution since in most cases, the exact content of such data and any special circumstances are not known. In addition, construction of tunnels is a specialty work and involves a significant labor component. Labor experience and productivity are critical for proper estimating of a tunnel construction cost. Furthermore, the tunnel being a linear structure, its cost is highly dependent on the advance rate of construction, which in turn is dependent on the labor force, the geological conditions, the suitability of equipment, the contractor’s means and methods, and the experience of the workers. Since tunneling is highly dependent on the labor cost, issues such as advance rates, construction schedule, number of shifts, labor union requirements, local regulations such as permissible time of work, environmental factors suchas noise and vibrations, and the like should be taken into considerations when construction cost estimatesare made. It is recommended, even at the planning phase, to prepare a bottom up construction cost estimate using estimate materials, labor, and equipment. The use of experience from other similar projects in the area is usually done for predicting labor force and the advance rates. At the conceptual level, substantial contingencies may be required at the early stages of a project. As the design advances and the risks identified and dealt with, contingencies would be reduced gradually as the level of detail and design increases.Soft costs such as engineering, program and construction management, insurance, owner cost, third party cost, right of way costs, and the like should be considered. The cost estimate should progressivelybecome more detailed as the design is advanced. More detailed discussions on this subject are presented in Chapter 14.
1.4.3 Project Delivery Methods
Generally, two categories of delivery methods have beenused in the past for underground construction, with various levels of success. They are:
• Design-Bid-Build
• Design-Build
The contractual terms of these two delivery methods vary widely. The most common is the fixed price approach, although for tunneling, the unit prices approachis the most suitable. Other contract terms used include:
• Fixed Price lump sum
• Low bid based on unit prices
• Quality based selection
• Best and Final Offer (BAFO)
• Cost plus fixed fee
The traditional project delivery model is the design-bid-build. In this method, the client finances the project and develops an organization to deal withproject definition, legal, commercial, and land access/acquisition issues. It appoints a consulting engineer under a professional services contract to act on its behalf to undertake certain design, procurement, construction supervision, and contract administration activities, in return for which the consulting engineer is paid a fee. The client places construction hilst this type of contract has its advantages, its shortfalls particularly on large infrastructure projects a design-build process, the project is awarded to a design-build entity that design and construct the he procurement options of the design-build approach vary based on the project goals and the owners’ Competitive bid (low price) sponsibility standards (cost and qualifications) cluding “Best and Final Offer” he allocation of risk between the owner and the contractor will have a direct relationship to the esign-build has the advantage that the design can be tailored to fit the requirements of the contractor‘s contracts following a competitive tendering process for a fixed price, with the selection are often based on low bid. This type of contract is simple, straight forward and familiar to public owners. However, in this
process the majority of construction risk is passed to the contractor who often uses higher contingency factors to cover the potential construction risks. The client effectively pays the contractor for taking on the risk, irrespective of whether the risk actually transpires.
Whilst this type of contract has its advantages, its shortfalls particularly on large infrastructure projectscould be significant. Adversarial relationships between project participants, potential cost overruns, and delays to project schedules are by no means unusual.With the traditional contract forms, there is significant potential for protracted disputes over responsibility for events, to the detriment of the progress of the physical works. The client, its agents, and the contractors are subject to different commercial risks and potentially conflicting commercial objectives.
In a design-build process, the project is awarded to a design-build entity that design and construct theproject. The owner’s engineer usually prepares bidding documents based on a preliminary-level design identifying the owner’s requirements. Contract terms vary from fixed price to unit prices, to cost plus fee. For tunneling projects, the geotechnical and environmental investigations should be advanced to a higher level of completion to provide better information and understanding of the construction risks. The selected contractor then prepares the final design (usually with consultation with the owner’s engineer) and constructs the project. This process is gaining interest among owners of underground facilities in order to reduce the overall time required to complete the project, avoid dealing with disputes over changed conditions, and avoid potential lengthy and costly litigations.
The procurement options of the design-build approach vary based on the project goals and the owners’objectives. Examples of the procurement options include:
• Competitive bid (low price)
• Competitive bid with high responsibility standards (cost and qualifications)
• Competitive bids with alternative proposals
• Price and other factors
• Price after discussion including “Best and Final Offer”
• Quality based selection
• Sole source negotiation
Tallocation of risk between the owner and the contractor will have a direct relationship to thecontractor contingency as part of the contractor’s bid. Therefore, it is important to identify a risk sharing mechanism that is fair and equitable and that will result in a reasonable contingency by the contractor and sufficient reserve fund to be provided by the owner to address unforeseen conditions. For example unforeseen conditions due to changes in the anticipated ground conditionsare paid for by the owner if certain tests are met, while the means and methods are generally the contractor’s responsibility and his inability to perform under prescribed conditions are risks to be absorbed by the contractor. With proper contracting form and equitable allocation of risks between the owner and the contractor, the contractor contingency, which is part of its bid price, will bereduced. Similarly, the owner’s reserve fund will be used only if certain conditions are encountered, resulting in an overall lesser cost to the owner. This is further discussed in Chapter 14 Construction Engineering.
Design-build has the advantage that the design can be tailored to fit the requirements of the contractor‘smeans and methods since both, the designer and the constructor work through one contract. This can be particularly useful when some of the unknown risks are included in the contractor’s price without major penalties that could occur if the design is inadequate. Risk sharing is especially useful if anticipated conditions can be defined within certain limits and the client takes the risk if the limits are exceeded. Examples of conditions that might not be expected include soil behavior, the hardness of rock, flood levels, extreme winds and currents. Considerable use is currently made of Geotechnical Baseline Reports to define anticipated ground conditions in this way.
Most claims in tunnel construction are related to unforeseen ground conditions. Therefore, the underground construction industry in the US tried to provide a viable trigger by means of the Differing Site Condition (DSC) clause, culminating in the use of the Geotechnical Baseline Report (GBR) and Geotechnical Data Report (GDR). Itis important from a risk-sharing perspective that the contractual language in the DSC and the GBR are complementary. Chapter 4 discusses Geotechnical Baseline Reports. The contractor qualifications process isfurther discussed in Chapter 14-Construction Engineering
It is important to establish a selection process by which only qualified contractors can bid on tunneling projects, with fair contracts that would allocate risks equitably between the owner and the contractor, in order to have safe, on time, and high quality underground projects at fair costs.
1.4.4 Operation and Maintenance Cost Planning
Operations are divided into three main areas, traffic and systems control, toll facility (if any), and emergency services, not all of which may be provided for any particular tunnel. The staff needed in these areas would vary according to the size of the facility, the location, and the needs. For 24-hour operation, staff would be needed for three shifts and weekends; weekend and night shifts would require sufficient staff to deal with traffic and emergency situations.
The day-to-day maintenance of the tunnel generally requires a dedicated operating unit. Tunnel cleaning and roadway maintenance are important and essential for safe operation of the tunnel. Special tunnel cleaning equipment are usually employed. Mechanical, electrical, communication, ventilation, monitoring, and control equipment for the tunnel must be kept operational and in good working order, since faulty equipment could compromise public safety. Regular maintenance and 24-hour monitoring is essential, since failure of equipment such as ventilation, lights and pumps is unacceptable and must be corrected immediately. Furthermore, vehicle breakdownsand fires in the tunnel need immediate response.
Generally most work can be carried out during normal working hours including mechanical and electrical repair, traffic control, and the like. However, whenthe maintenance work involves traffic lane closure, such as changing lighting fixtures, roadway repairs, and tunnel washing, partial or full closure of the tunnel may be required. This is usually done at night or weekends.
Detailed discussions for the operation and maintenance issues are beyond the scope of this manual.
1.5 RISK ANALYSIS AND MANAGEMENT
Risk analysis and management is essential for any underground project. A risk register should be established as early as possible in the project development. The risk register would identify potential risks, their probability of occurrence and their consequences. A risk management plan should be established to deal with the various risks either byeliminating them or reducing their consequences by planning, design, or by operational provisions. For risks that cannot be mitigated, provisions must be made to reduce their consequences and to manage them. An integrated risk management plan should be regularly updated to identify all risks associated with the design, execution and completion of the tunnel.
The plan should include all reasonable risks associated with design, procurement and construction. It should also include risks related to health and safety, the public and to the environment.
Major risk categories include construction failures, public impact, schedule delay, environmental commitments, failure of the intended operation and maintenance, technological challenges, unforeseen geotechnical conditions, and cost escalation. This subject is discussed in detail in Chapter 14 Construction Engineering.
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a2e4edc6ba4ae45c3b3567ec102de2bd9705decd.html
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