工学交通运输毕业论文 对硬岩地层地铁车站结构设计的认识与思考

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1、湖南师范大学本科毕业论文考籍号：XXXXXXXXX姓名：XXX专业：工学交通运输论文题目：对硬岩地层地铁车站结构设计的认识与思考指导老师：XXX二〇一一年十二月十日摘要：结合青岛地铁试验段工程的设计与施工，分析了硬岩地层暗挖车站的埋深、结构型式、施工方法等问题，并对青岛地铁下一步的设计提出了建议。关键词岩石力学，硬岩，暗挖，大跨，结构，设计1引言偏离道路，布置在地势较高的一侧，以求将地铁埋置于较深的稳定地层中，而又不增加出入口的提升高度。青纺医院站的站位就是基于这一思路布置在青岛地铁青纺医院站是国内第一座在硬岩地层四流南路的东

2、侧，与四流南路基本平行(见图1［1］)。中采用暗挖建成的地铁车站，是作为一项试验段工站位处地面大部分被房屋和城市道路所覆盖，地面程修建的，试验的目的主要是探索暗挖车站结构如建筑主要为2～6层的办公楼或居民楼，路面下有通何在保证安全的前提下，充分利用青岛地区花岗岩信电缆、电力电缆、自来水管、污水管道等市政设地层的自承能力，以节省工程造价。作为这项工程施。站位处地层较简单，表层多覆盖有薄层人工填的设计者，笔者曾在设计阶段进行过一些探讨。如土，下部基岩为燕山期崂山阶段第C次侵入的中-今工程完工了，设计得到了验证，但也有值得改进粗粒花

3、岗岩。岩体因受外营力作用，自上而下形成之处。笔者结合施工情况，对青岛花岗岩地层地铁了厚度不大的3个风化带：强风化带呈砂状-角砾车站的结构设计谈几点认识。状，强度低，平均厚度1.86m；中风化带岩体呈碎块-块状，属次坚石，平均厚度2.39m，岩石纵波波速平均值Vpm=3553m/s，岩体纵波波速平均值Vpm=2808m/s，抗压强度为31～56MPa，平均值36.1青岛市坐落于由花岗岩形成的低山丘陵区，属MPa；微风化带呈块状，完整性好，属坚石，厚度构造剥蚀地貌。青岛地铁南北线一期工程线路一般1.0～2.0m，未风化带的新鲜花岗

4、岩呈整体-块状，微-未风化花岗岩岩石纵波波速平均值Vpm=4770m/s，岩体纵波波速平均值Vpm=3718m/s，抗压强度为36～105MPa，平均值84MPa。区内未见明显断裂，但有多条节理带，节理闭合或微张，以扭性为主，节理宽度＜5m。地下水主要储存于风化带和节理裂隙带内，富水性弱。车站主要穿越花岗岩的微-未风化带，局部地段穿越节理裂隙带。图1试验段青纺医院站平面位置示意图2关于埋深问题在城市密集的建筑物下采用暗挖法修建地铁车站，埋深是值得研究的首要问题。埋置深，结构顶部岩石覆盖厚，施工对地面建筑物的影响小，安全度高，围

5、岩条件相对好，可减少结构的支护工程量，节省造价。埋置浅可减少出入口的提升高度，方便乘降，有利于吸引客流，同时也可减少车站自动扶梯的设置数量，节约地铁的长期运营费用。合理的埋深应使安全与效益均能兼顾。关于车站的埋深问题曾有几种意见。最初的意见认为，埋深应使车站拱顶的岩石厚度在扣除人工填土和强风化层后，满足一倍的开挖洞径(即覆跨比hp/D=1)才是安全的。但这样将使车站埋得很深，给使用带来不便。为此，同济大学对青岛地铁的埋深曾进行过专题研究，其结论认为车站的覆跨比可由1减为0.5，使得车站埋深大大减少了。具体设计时，笔者注意到了专

6、题研究的成果，但没有简单地照搬。我们认为暗挖车站安全而又经济的埋深应该是使其满足深埋条件的最低限，使车站埋深在保障安全的前提下达到最浅。因此，确定深埋条件的最低限，就成了确定车站合理埋深的关键。在确定这个限值时，为确保结论的可靠性，笔者采用了多种计算方法并参考了一般工程经验。满足深埋条件的覆跨比计算结果见表1。局部地段通过节理带时，采用注浆加固措施改善围岩条件，提高围岩等级。节理带宽度较小，通表1青岛地铁试验段暗挖车站深埋条件覆跨比计算表注：D为洞室跨度，取18m；h为洞室高度，取14m；W=1+i(D-5)，i=0.1；f为

7、普氏系数，取6；s为铁路围岩分类，取5和4分别计算；n为水工围岩分类，取3；f=50°。过加固后，对车站的埋深条件不起控制作用。在进行了上述分析后，针对青岛地铁试验段工程，我们大胆地突破了专题报告的推荐意见，选取了一个中等偏上的覆跨比：hp/D=0.35，并据此采用有限单元法对车站结构进行施工模拟分析[1～4](见图2)。计算采用各地层参数见表2。计算结果为：洞室开挖产生的围岩塑性滑移区范围未涉及地表，围岩松动圈深度2.0m，拱顶下沉量为13mm，地面下沉量为12mm，均在允许范围以内。表2围岩物理力学指标图2有限元施工模拟分

8、析结果地表下沉发生在有楼房荷载的情况下，而在地表为自由面且基岩裸露时，几乎测不到沉降。若为土体或沥青路面，会有一定的隆起(据分析，隆起是因洞室开挖爆破的冲击作用引起了地面抬升，由于土体和沥青路面自身的阻尼作用使抬升不能马上恢复造成的，并非洞室开挖引起地面变形)。实测的围岩松动