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1、第1章 绪论1.1 课题研究的目的、意义1.1.1 课题研究的目的地铁已经成为现代城市轨道交通中最重要的交通工具之一，承担着越来越重要的任务。地铁具有运量大、速度快、时间准、污染少、安全舒适与城市道路无平面交叉的优点。发展城市快轨交通不但能有力地解决城市交通问题，并且能促进城市建设、 繁荣城市经济、和加速实现城市现代化。我国的地铁建设才刚刚开始，国内仅有一些大型城市建设了地铁，而且数量较少。在未来的建设中，我国地铁建设中面临的主要问题是地域广阔，地质情况类别较多，几乎各种地质情况都会遇到，并且涉及到建设地铁时周边既有建筑，既有地铁车站，既有管线，且与地面交通情况的配合。对于这些问题就对地铁车站
2、的设计与施工提出了更高的要求，要选择合适的施工方法，优化施工组织，使地铁车站的施工及其组织更加合理。风道作为地铁车站施工中的重要组成部分，选用合适的施工方法和合理的施工组织，选用合适的施工方法使施工更加安全、高效，选用合理的施工组织使风道施工与地铁车站其他部分的施工时间及顺序更加合理。1.1.2 课题研究的意义地下铁道投资大，施工期长，运营费用较高，线路固定而难于调整，属于永久性的大型工程。车站是地铁系统中的重中之重，所以对车站的设计与施工需要更加仔细。风道作为地铁车站中的重要组成部分，不但在正常使用过程中需要保证车站中的通风、空气质量等等，而且在施工中风道通常作为车站主体及区间施工的施工通道
3、，所以研究风道在设计与施工中的安全性、合理性是十分重要的。1.2 国内外研究现状(1) 世界各国的地下铁道发展到今天，在技术上已有很大进步,主要表现在：增加快车线路,提高车速；美国旧金山的地下铁道最高车速每小时达128000米，居世界首位，平均运行速度（包括启动、制动和停站时间在内）每小时达72000米;列车运行、供电、售票、检票等实现自动化；车厢用铝合金材料制造，以减轻自重；在区间隧道、车站、车辆上广泛采用消声材料，以降低噪声。(2)现代地下铁道车站建设的发展趋势是修建大型多层式综合联运站。如上层为地面火车站、公共汽车站、停车场、商场等；地下层同地下街、地下车库等连成一体，便于乘客购物和换乘
4、，有效地利用城市空间。(3)现在国内外的研究现状主要研究的是结构荷载的不确定性、计算模型的改进、计算方法、钢轨磨耗的影响、振动和噪声的猜测方法及各种减振减噪措施的进一步开展等。(4)现代国内外地铁内发生火灾时人员伤亡绝大部分系烟熏所致，所以在现在的地铁车站及区间的施工中，把风道系统防排烟的设计作为一个重点来对待。1.3 论文研究的主要内容根据初步设计资料所提供的参数，查询各类规范，结合北京地铁7号线双井站的自身的特点，选择所需参数和资料，弄清相关图纸，计算车站风道所承受的各种荷载以及结构内力，结构选型、衬砌形式、支护和衬砌设计，计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算，
5、验算结构强度计算；并用ansys软件建立模型进行验算。所采用的方法是应用风道设计及相关规范确定，采用荷载-结构模型，取基本组合和抗震偶然组合进行计算，应用土力学计算地层压力，按照规范确定其它荷载取值，应用结构力学计算结构内力，用结构矩阵输出计算结果和分析数据，应用混凝土结构设计原理进行配筋计算，用CAD绘制地质纵剖面图、二次衬砌结构横、纵剖面图，用ansys软件建立计算模型对结构进行加载并输出相关数据及图形，按照要求初步编制施工组织设计，选择合适施工方法：包括整体施工方法确定、主要施工工艺方法、施工组织、指导性施工进度、施工监控量测等。本文以北京地铁7号线双井站的设计施工为例，计算浅埋地下车站
6、的风道结构荷载，用“荷载结构”模型对其进行设计，利用有限元软件ANSYS对地铁风道进行内力计算，并对风道结构的施工方法进行介绍，经过比选，选用“PBA”法进行施工。第2章 工程概况2.1 工程位置及工程范围2.1.1 工程位置双井站位于北京市朝阳区，紧邻北京市CBD核心区。车站位于广渠门外大街、广渠路与东三环中路交叉口东侧， 7号线车站在此处与既有10号线双井站换乘，10号线线路为南北走向、7号线线路沿广渠路东西走向，10号线为2008年通车运营。广渠路的规划红线宽60m，主路宽35m，双向8车道，路口渠划后为双向10车道。双井站西北角象限由西向东依次为国美、世纪联华商场、富力城等商业建筑，
7、其中富力城地下商业与既有10号线车站出入口相通。西南象限为金世纪大酒店及全聚德等饭店、东北象限为乐成国际（达义地产），6层、14层住宅楼及拆迁空地。东南象限为公众停车场，13、18层住宅楼。站位周边规划已经基本形成，多以高层建筑为主。 2.1.2 工程范围北京地铁双井站包括车站设计起点里程右K12+947.6至车站设计终点里程右K13+175.6范围，其中包含施工竖井、主体结构、换乘厅、换乘通道、风道、出入口附属部分等结构工程。2.1.3 工程特点(1) 双井车站所处地理位置周边环境复杂、地下构筑物（管线）较多。(2) 车站及区间埋深大，地下水位高，地质条件较差。(3) 车站暗挖规模大、附属结
8、构多、断面形式变化多。2.1.4 工期要求(1)计划开工日期：2009年12月(2)计划竣工日期：2014年12月(3)计划合同工期：5年2.2 北京地铁双井站设计概况2.2.1 工程设计概况双井站采用地下两层双柱三跨的形式，采用暗挖法施工。车站主体长度228米，标准段宽23.1米，总高16.25米，结构底板埋深约31.5m，顶板覆土厚约13.3m。路口道路下方管线众多，其中横跨车站的控制管线为：五条DN300雨水管（管底埋深2.55m）。沿车站方向的控制管线：26002900电力管沟（沟内底埋深8m）、59002650热力管沟（沟内底埋深6.47m）、DN500燃气管（管顶埋深2m）、2根D
9、N600给水（管顶埋深1.3m）、DN1000（管顶埋深1.1m）、DN1000与600污水管（管底埋深5.35m）、DN900雨水管（管底埋深2.55m）车站中心里程右K13+031.600，为两层三跨岛式车站，岛式站台宽度14m, 车站在广渠路南北两侧以及东三环路东共设四个出入口、一个紧急疏散出口、两组风亭，增加两个换乘厅。车站西侧区间采用暗挖法施工，车站东侧区间采用盾构法施工。1号风道位于车站主体西南端，现状为停车场。该风道下穿热力、电力以及既有十号线风道及东南出入口，该段通道采用暗挖施工，其余部分与南侧换乘厅合建明挖施工。风道埋深约31.0m，总长40m，标准段宽度为9.6m，挑高段高
10、19.9m，双层单跨，覆土约15.1m左右，采用“PBA法”施工，采用1000钻孔灌注桩。1号风道垂直下穿26002900电力管沟，管沟厚度不详，沟内底埋深8m，管底与通道结构净距6.2m，1号风道垂直下穿59002650热力管沟，管子厚度不详，沟内底埋深6.5m，管底与通道结构净距7.7m。2.2.2 工程地质概况双井站地形呈西高东低，自然地面标高在37.037.8m之间。底板埋深约为32m，采用暗挖法施工，车站开挖深度范围内主要包括以下土层：粉细砂3层、中粗砂4层、圆砾卵石层、中粗砂1层、粉细砂2层、粉质粘土层、中粗砂1层及粉细砂2层。 本次勘察揭露地层最大深度为70m，根据钻探资料及室内
11、土工试验结果，按地层沉积年代、成因类型，将本工程沿线勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、第四纪全新世冲洪积层（Q4al+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q31al+pl ）三大层。根据本地区规范规定，北京平原地区地基土的标准冻结深度为0.80m。1号风道地层由上至下依次为：(1)人工填土层(Qml)1杂填土：杂色，稍湿，松散中密，含沥青、砖渣、灰渣、石子、砾石，连续分布，厚度为1m，层底标高为36.62m。粉土填土：褐黄色黄褐色，稍湿，松散中密，含白灰、草根、砖渣，呈中压缩性，连续分布，厚度约0.7m，底层标高为35.92m。(2)第四纪全新世冲洪积层(Q4al+pl)粉土：褐黄色灰色
12、，湿很湿，中密密实，含云母、氧化铁，呈中低压缩性，厚度为2.5m，连续分布,层底标高为33.42m。3粉细砂：褐黄色，饱和，中密，属低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土薄层，厚度为2.1m。层底标高31.32m。1粉质粘土：褐黄色灰色，软塑硬塑，含云母、氧化铁、少量有机质，属中高压缩性，连续分布，底层标高为29.62m。3粉细砂：褐黄色灰色，饱和，中密密实，含云母、氧化铁、局部夹粉土薄层，一般属低压缩性，厚度为4.4m，连续分布，底层标高为25.22m。(3)第四纪晚更新世冲洪积层(Q3al+pl)圆砾：杂色，密实，饱和，低压缩性，一般粒径530mm，最大粒径不小于80mm，粒径在220mm的
13、含量大于60%，褐黄色中粗砂充填，透镜体分布，厚度为2.6m，底层标高为22.62m。2粉细砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母氧化铁，透镜体分布，厚度1.5m，底层标高为21.12m。1中粗砂层：褐黄色，饱和，密实，含云母，氧化铁，一般属低压塑性，厚度为1.3m，分布情况为连续分布，底层标高为19.82m。粉质粘土层：褐黄色，软塑硬塑，含氧化铁、云母，属中低压塑性，呈连续分布，厚度为6.7m，底层标高为13.12m。2粉细砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，连续分布，厚度为2.0m，底层标高为11.12m。1中粗砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，连续分布
14、，厚度为6.5m，底层标高为4.62m。粉质粘土：粉质粘土，褐黄色，软塑硬塑，中低压缩性，含氧化铁，有机质，局部夹细砂透镜体，连续分布，厚度为4m，底层标高为0.62m。3细中砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，透镜体分布，厚度为0.4m，底层标高为0.22m。1粘土：褐黄色棕黄色，软塑硬塑，中低压缩性，含氧化铁，有机质，连续分布，厚度为1.6m，底层标高为-1.38m。3细中砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，少量砾石，透镜体分布，厚度为0.6m，底层标高为-1.98m。1粘土：褐黄色棕黄色，软塑硬塑，中低压缩性，含氧化铁，有机质，连续分布，厚度为1.4m，底层标高为-
15、3.38m。2粉细砂：褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母，氧化铁，厚度为3m，底层标高为-6.38m。2.2.3 地层物理力学指标表2-1 地层物理力学指标见表名称比重（Gs）天然密度(g/cm3)干密度d(g/cm3)抗剪强度(天然快剪）地基土的基本承载力(KPa)压缩摸量Es(MPa)渗透系数(m/d)C(kPa）()P。-100P。-200Qml杂填层1-1.650-1080100粉质填土2.021.73252660805.77.4Q4al+pl粉土2.691.981.65202716022014.416.30.50.1粉细砂3-2.050-301602200.55粉质粘土12.721.961.5527161401806.57.60.010.1粉细砂3-2.022202502040Q3al+pl卵石圆砾-2.1530035060100粉细砂2-2.08
