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上海地铁2号线华夏东路站的主基坑支护结构及主体结构设计
1 绪论
1.1 设计背景
作为全国最大的工商业和港口城市之一，上海在经济快速发展的同时，也面临着建筑密集、人口集中、道路狭窄等因素造成的地面交通拥挤和阻塞的问题。实践证明，要想从根本上改善上海市区交通的超负荷状态，必须在改造地面道路的同时，积极发展大容量的快速轨道交通系统，尽快形成立体化的客运交通网络。
目前，上海已经建成了比较完善的轨道交通网络。其中，轨道交通2号线正是其中一条重要干线，该线的东延伸段全线位于浦东新区，西起龙阳路站，东至浦东国际机场，全长30.8km，沿途经过了张江高科技园区、唐镇新市镇和川沙新市镇等主要发展区域，共设12座车站，其中有九座地下站、两座高架站、一座地面站，而此次拟设计的华夏东路站是其中的一座地下二层侧式站台车站。
本次毕业设计将结合华夏东路站站址的工程条件和环境条件，进行车站结构设计，在满足车站建筑和功能的前提下，获得经济合理的主体结构。在此过程中，要完成背景资料的收集、设计原则及设计规范的确定、支护结构设计、防水和永久结构设计等内容，这将使自己更加熟悉地铁车站结构设计全过程，培养综合应用理论基础和专业技能解决问题的能力。
1.2 文献综述
1.2.1 地铁车站施工方法综述
目前国内外修建地铁车站的施工方法有明挖法、新奥法、盾构法和这三种方法的组合及变化形式。
（1）明挖法与盖挖法
明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，它适用于浅埋车站，有宽阔的施工场地，可修建的空间比较大。明挖法施工主要分为围护结构施工、站内土方开挖、车站主体结构施作和回填上覆土和恢复管线四个部分。
盖挖法是利用围护结构和支撑体系，在较繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路面交通，在其下进行车站施工工法。按结构施工的顺序分盖挖逆作法和盖挖顺作法两种。
（2）新奥法
新奥法即矿山法，是当代隧道施工设计应用最广泛的方法。其施工思路是在监控量测的基础上，及时更改喷射混凝土的厚度，锚杆、钢支持和钢丝网的参数以及二次衬砌等支护措施，来保持开挖洞室的稳定，从而保证施工的安全。其优点是对地面的影响小、造价低，适用于坚硬岩土介质、底下水位底，但是进度慢、劳动强度大和风险也大。
（3）浅埋暗挖法
浅埋暗挖法是按照“新奥法”原理进行设计和施工，以加固、处理软弱地层为前提，采用足够刚性的复合衬砌（由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成）为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法，其施工原则是：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。与明挖法相比，浅埋暗挖法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作，减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响，对城市交通的干扰小。
（4）暗挖与盖挖相结合的施工方法
暗挖与盖挖相结合的施工方法是一种新技术，是我国在使用暗挖法和盖挖法施工的基础上，经过研究总结而提出的具有盖挖法和暗挖法各自优点的一种新的施工方法。其关键是将地铁车站视为由桩、梁和拱组成的地下结构。
（5）盾构综合法修建地铁车站
该施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通，再在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站；或直接利用大直径盾构机或连体盾构机修建地铁车站。配合盾构法修建地铁车站的优点是可充分有效地利用盾构设备，达到进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期，从总体上较大幅度地降低工程造价的目的。
1.2.2 地铁车站设计计算方法综述
（1）围护结构设计计算方法
目前基坑开挖中可采用的围护结构种类较多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、施工速度、结构防水性能、地面环境条件、工程造价等进行选择，特别要考虑城市施工这一特点，经综合比较后确定。围护结构的主要类型有：地下连续墙、排桩、钢筋混凝土搅拌墙、钢板桩围护体、钢筋混凝土板桩围护墙、水泥土重力式围护墙等。我们目前采用地下连续墙，与其他方式相比，它具有挡土、防水防渗及承重等多种功能，且施工时振动小、噪声低、对邻近建筑物或构筑物影响小等。计算时可根据地连墙选取的相应厚度进行计算。
（2）主体结构设计计算方法
主体结构设计的主要任务是确定主体结构材料和尺寸满足使用阶段的耐久性要求。地下结构内力计算方法有荷载结构模型、连续介质模型、约束—收敛法等，目前设计中较多采用荷载结构模型，即地层对结构的作用简化为外荷载。根据对主体结构梁、板等的模拟方法不同，主体结构可分别采用空间梁系、空间板系、空间梁板系以及横断面设计法等，前三者可较好地模拟各结构构件受力的实际情况，但计算复杂，因此目前设计中较多的是横断面计算法，即沿车站纵向截取单位长度的横断面结构，将墙、板假设成单位长度的梁或板单元，将框架柱按刚度或面积换算成单位长度的厚度，底板与地基间采用弹性假定，用竖向基床系数与底板单元长度的积作为地基弹簧刚度，用荷载—结构模型按有限元法进行内力计算，根据不同的荷载组合得到结构的内力包络图；对于纵梁，则是根据通常的板梁柱传力方式，由板传给梁，形成梁的荷载，柱作为梁的支点，根据多跨连续梁结构进行梁的内力计算。
1.2.3 地下车站防水设计综述
车站防水施工原则为“以防为主、因地制宜、综合治理”，只有在漏水量小于规范的要求、疏排水不会引起周围地层下降的前提下，允许对进入主体结构的少量渗水进行疏排。同时，确立钢筋混凝土结构自防水体系，即以结构自防水为根本，加强钢筋混凝土的抗裂、防渗能力，改善钢筋混凝土结构的工作环境，进一步提高其耐久性；同时以诱导缝、施工缝、变形缝等为防水重点，辅以附加防水层加强防水效果。
结合上海市地铁一号线的施工经验，二号线的华夏东路地铁站可以采用顶板作为外防水，结构侧墙和底板用疏水、泄水的方法将地下水导入工程排水系统的综合防排水体系。同时，车站结构壳体设置温度伸缩缝，以避免结构出现裂缝；还要注意地下连续墙幅间接缝防水。另外，重视下水道污水和工业废水泄漏招致的化学腐蚀。
1.2.4 相关文献综述
张庆贺、朱合华的《土木工程专业毕业设计指南·隧道及地下工程分册》[2]是专门为土木工程专业应届毕业生进行隧道及地下工程毕业设计而编写的，同时也兼顾了在职的工程技术人员的实际需要。其主要内容包括：毕业设计的选题、专业基础理论知识；国内外隧道及地下工程发展的历史、现状、方针政策及前景；隧道及地下工程设计、施工的原理和方法，常见地下工程各种施工工艺的适用范围、存在问题及发展方向；毕业设计的内容、步骤和要求等。是进行地铁车站设计时重要的文献资料。
彭俊生、罗永坤的《结构概念分析与SAP2000应用》[3]是在本科“结构力学Ⅰ、Ⅱ”与“结构分析程序设计”的基础上对内容进行的总结与深化，并将狭义结构力学层面向广义结构力学层面和现代结构力学层面进行拓展。通过结构概念分析，可以帮助人们分清主次、抓住关键，从而对结构变形和内力等有总体的概念和定性分析的能力；通过SAP2000的应用，可以对发生的变形现象等进行数据和计算结果上的说明，从而使人们有做出迅速、科学判断的能力。华夏东路站使用阶段将应用SAP2000进行内力分析，这也是我们设计过程中对各种工况进行分析时必不可少的内容。
施仲衡的《地下铁道设计与施工》[4]将地下铁道中各系统的成功经验归纳总结，涉及面非常广。其主要内容有：地下铁道路网规划与线路设计、地下铁道建筑、地下铁道结构与构造、地下铁道施工、地下铁道设备等。地下铁道建设涉及众多技术领域，包括线网规划、线路设计、土建工程、建筑造型和装修、车辆及机电运营设备等系统，要做好地下铁道建设工作，不但要掌握各个系统的专门知识，而且还要能对各个系统进行全面协调。本书为地铁车站结构设计提供了宏观视角。
上海市建设委员会科学技术委员会发布的《上海大型市政工程设计与施工丛书·地铁一号线工程》[5]系统地介绍了上海地铁一号线这项建设的各项专业技术和设施的概貌。其中车站部分的介绍有助于此次设计的完成，这部分内容围绕车站建筑设计和装修、车站结构设计、车站施工、车站防水四方面展开，对设计原则、设计标准、设计内容、施工方法和注意事项等进行了详细叙述。
何宗华的《城市轻轨交通工程设计指南》[6]是“七五”国家重点科技攻关项目“城市轻轨客运交通系统成套技术”专题中的一项综合技术软件成果。其主要内容包括：轻轨交通建设前期工作，轻轨交通综合技术标准，线路工程，轨道结构，高架结构工程，浅埋隧道与地下车站，车站建筑，供电系统，通信与信号，车辆及设备综合维修基地，系统防灾及噪声防治等。 《城市轻轨交通工程设计指南》适用于城市修建轨道交通的部门做前期工作时查阅，是我们在城市轻轨交通设计工作时的主要参考资料。
许勇等人的《基坑稳定性研究及其设计优化》[7]以上海某地下两层地铁车站为例，对影响基坑稳定性的主要因素进行了综合分析，探讨了如何在基坑安全、工程造价及施工工期之间找到一个平衡点，使基坑工程的设计更加合理，得出了围护墙入土深度、坑底地基加固、最下道支撑位置等因素对基坑抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性等的一般影响结论。
刘建航的《基坑工程手册》[9]系统地总结了国内外基坑工程的经验，全面提出了基坑工程的设计理论和施工规律，充分反映了我国基坑工程设计与施工的当前水平的发展趋势。本手册在(第一版)的基础上，跟踪基坑工程国内外最新的进展，全部由来自设计施工第一线的经验丰富的专家重新撰写，系统地总结了国内外基坑工程的实践经验，全面地阐述了基坑工程的基本计算理论、设计方法、施工工艺、施工管理技术以及相关的信息，内容覆盖各种地质条件和全国各区域，充分反映了国内外基坑工程技术和施工的当前水平和发展趋势，以满足基坑工程设计和施工的需要。本手册共34章，由绪论、总体方案设计、设计计算理论、设计施工方法、相关技术和区域工程进展六部分构成。各章还附有经典工程实例介绍。《基坑工程手册》是从事岩土工程特别是基坑工程的设计施工管理人员必备的参考用书。
张庆贺等人的《地铁与轻轨》[10]，既可用作从事地铁与轻轨工程勘察设计、施工、监理等研究的工具书，也可用作岩土工程、工民建等专业师生的参考书。其主要内容有：大中城市公共交通的困境及城市轨道交通发展的历史现状和前景；轨道工程特点及地铁隧道和车站的限界；地铁和轻轨车站区间隧道建筑装饰设计原理方法；各种类型的地铁轻轨车站与隧道结构材料选择、荷载计算，内力分析，断面设计；地铁轻轨车站、隧道施工组织设计编制，施工方法、施工工艺，施工过程中经济、进度、质量、安全管理控制方法等。该书是进行地铁与轻轨交通的结构设计的重要资料。
董建国等人的《土力学与地基基础》[11]是土建类专业的基础教科书，也是基坑设计必备的教材。书的主要内容分两部分：第一部分主要介绍土力学的相关知识，如土的物理性质及工程分类、粘性土的物理化学性质、土中应力计算等；第二部分主要介绍地基基础的内容，如工程地质勘察、天然地基浅基础设计的基本原理、基础结构设计与计算、桩基础等。这对本车站的基坑设计有重大参考价值。
藤智明的《钢筋混凝土基本构件》[12]是结构工程、工业与民用建筑等专业的教材，可用作钢筋混凝土构件设计的参考。作者认为，构件的受力性能、受力分析是设计的基础，因此全书按照“性能—分析—设计”的过程来阐述。本书的主要内容包括：混凝土的强度和变形规律；钢筋混凝土梁的试验研究分析，着重阐明了梁的受弯性能、配筋率对梁的受力阶段及破坏特征的影响；结构设计方法；受弯构件的正截面强度计算等。这本书将有助于我们设计时的主体结构配筋及计算等。
1.3 设计目的
通过对2号线延伸段华夏东路地铁车站结构的设计，明确一般地铁车站结构设计的规范，并对车站结构设计的一般流程实现如下掌握：明确设计依据及设计原则，在综合工程概况的基础上完成主基坑支护结构设计和车站主体结构设计，进而完成车站围护结构配筋。
1 绪论
1.1 设计背景
作为全国最大的工商业和港口城市之一，上海在经济快速发展的同时，也面临着建筑密集、人口集中、道路狭窄等因素造成的地面交通拥挤和阻塞的问题。实践证明，要想从根本上改善上海市区交通的超负荷状态，必须在改造地面道路的同时，积极发展大容量的快速轨道交通系统，尽快形成立体化的客运交通网络。
目前，上海已经建成了比较完善的轨道交通网络。其中，轨道交通2号线正是其中一条重要干线，该线的东延伸段全线位于浦东新区，西起龙阳路站，东至浦东国际机场，全长30.8km，沿途经过了张江高科技园区、唐镇新市镇和川沙新市镇等主要发展区域，共设12座车站，其中有九座地下站、两座高架站、一座地面站，而此次拟设计的华夏东路站是其中的一座地下二层侧式站台车站。
本次毕业设计将结合华夏东路站站址的工程条件和环境条件，进行车站结构设计，在满足车站建筑和功能的前提下，获得经济合理的主体结构。在此过程中，要完成背景资料的收集、设计原则及设计规范的确定、支护结构设计、防水和永久结构设计等内容，这将使自己更加熟悉地铁车站结构设计全过程，培养综合应用理论基础和专业技能解决问题的能力。
1.2 文献综述
1.2.1 地铁车站施工方法综述
目前国内外修建地铁车站的施工方法有明挖法、新奥法、盾构法和这三种方法的组合及变化形式。
（1）明挖法与盖挖法
明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，它适用于浅埋车站，有宽阔的施工场地，可修建的空间比较大。明挖法施工主要分为围护结构施工、站内土方开挖、车站主体结构施作和回填上覆土和恢复管线四个部分。
盖挖法是利用围护结构和支撑体系，在较繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路面交通，在其下进行车站施工工法。按结构施工的顺序分盖挖逆作法和盖挖顺作法两种。
（2）新奥法
新奥法即矿山法，是当代隧道施工设计应用最广泛的方法。其施工思路是在监控量测的基础上，及时更改喷射混凝土的厚度，锚杆、钢支持和钢丝网的参数以及二次衬砌等支护措施，来保持开挖洞室的稳定，从而保证施工的安全。其优点是对地面的影响小、造价低，适用于坚硬岩土介质、底下水位底，但是进度慢、劳动强度大和风险也大。
（3）浅埋暗挖法
浅埋暗挖法是按照“新奥法”原理进行设计和施工，以加固、处理软弱地层为前提，采用足够刚性的复合衬砌（由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成）为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法，其施工原则是：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。与明挖法相比，浅埋暗挖法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作，减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响，对城市交通的干扰小。
（4）暗挖与盖挖相结合的施工方法
暗挖与盖挖相结合的施工方法是一种新技术，是我国在使用暗挖法和盖挖法施工的基础上，经过研究总结而提出的具有盖挖法和暗挖法各自优点的一种新的施工方法。其关键是将地铁车站视为由桩、梁和拱组成的地下结构。
（5）盾构综合法修建地铁车站
该施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通，再在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站；或直接利用大直径盾构机或连体盾构机修建地铁车站。配合盾构法修建地铁车站的优点是可充分有效地利用盾构设备，达到进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期，从总体上较大幅度地降低工程造价的目的。
1.2.2 地铁车站设计计算方法综述
（1）围护结构设计计算方法
目前基坑开挖中可采用的围护结构种类较多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、施工速度、结构防水性能、地面环境条件、工程造价等进行选择，特别要考虑城市施工这一特点，经综合比较后确定。围护结构的主要类型有：地下连续墙、排桩、钢筋混凝土搅拌墙、钢板桩围护体、钢筋混凝土板桩围护墙、水泥土重力式围护墙等。我们目前采用地下连续墙，与其他方式相比，它具有挡土、防水防渗及承重等多种功能，且施工时振动小、噪声低、对邻近建筑物或构筑物影响小等。计算时可根据地连墙选取的相应厚度进行计算。
（2）主体结构设计计算方法
主体结构设计的主要任务是确定主体结构材料和尺寸满足使用阶段的耐久性要求。地下结构内力计算方法有荷载结构模型、连续介质模型、约束—收敛法等，目前设计中较多采用荷载结构模型，即地层对结构的作用简化为外荷载。根据对主体结构梁、板等的模拟方法不同，主体结构可分别采用空间梁系、空间板系、空间梁板系以及横断面设计法等，前三者可较好地模拟各结构构件受力的实际情况，但计算复杂，因此目前设计中较多的是横断面计算法，即沿车站纵向截取单位长度的横断面结构，将墙、板假设成单位长度的梁或板单元，将框架柱按刚度或面积换算成单位长度的厚度，底板与地基间采用弹性假定，用竖向基床系数与底板单元长度的积作为地基弹簧刚度，用荷载—结构模型按有限元法进行内力计算，根据不同的荷载组合得到结构的内力包络图；对于纵梁，则是根据通常的板梁柱传力方式，由板传给梁，形成梁的荷载，柱作为梁的支点，根据多跨连续梁结构进行梁的内力计算。
1.2.3 地下车站防水设计综述
车站防水施工原则为“以防为主、因地制宜、综合治理”，只有在漏水量小于规范的要求、疏排水不会引起周围地层下降的前提下，允许对进入主体结构的少量渗水进行疏排。同时，确立钢筋混凝土结构自防水体系，即以结构自防水为根本，加强钢筋混凝土的抗裂、防渗能力，改善钢筋混凝土结构的工作环境，进一步提高其耐久性；同时以诱导缝、施工缝、变形缝等为防水重点，辅以附加防水层加强防水效果。
结合上海市地铁一号线的施工经验，二号线的华夏东路地铁站可以采用顶板作为外防水，结构侧墙和底板用疏水、泄水的方法将地下水导入工程排水系统的综合防排水体系。同时，车站结构壳体设置温度伸缩缝，以避免结构出现裂缝；还要注意地下连续墙幅间接缝防水。另外，重视下水道污水和工业废水泄漏招致的化学腐蚀。
1.2.4 相关文献综述
张庆贺、朱合华的《土木工程专业毕业设计指南·隧道及地下工程分册》[2]是专门为土木工程专业应届毕业生进行隧道及地下工程毕业设计而编写的，同时也兼顾了在职的工程技术人员的实际需要。其主要内容包括：毕业设计的选题、专业基础理论知识；国内外隧道及地下工程发展的历史、现状、方针政策及前景；隧道及地下工程设计、施工的原理和方法，常见地下工程各种施工工艺的适用范围、存在问题及发展方向；毕业设计的内容、步骤和要求等。是进行地铁车站设计时重要的文献资料。
彭俊生、罗永坤的《结构概念分析与SAP2000应用》[3]是在本科“结构力学Ⅰ、Ⅱ”与“结构分析程序设计”的基础上对内容进行的总结与深化，并将狭义结构力学层面向广义结构力学层面和现代结构力学层面进行拓展。通过结构概念分析，可以帮助人们分清主次、抓住关键，从而对结构变形和内力等有总体的概念和定性分析的能力；通过SAP2000的应用，可以对发生的变形现象等进行数据和计算结果上的说明，从而使人们有做出迅速、科学判断的能力。华夏东路站使用阶段将应用SAP2000进行内力分析，这也是我们设计过程中对各种工况进行分析时必不可少的内容。
施仲衡的《地下铁道设计与施工》[4]将地下铁道中各系统的成功经验归纳总结，涉及面非常广。其主要内容有：地下铁道路网规划与线路设计、地下铁道建筑、地下铁道结构与构造、地下铁道施工、地下铁道设备等。地下铁道建设涉及众多技术领域，包括线网规划、线路设计、土建工程、建筑造型和装修、车辆及机电运营设备等系统，要做好地下铁道建设工作，不但要掌握各个系统的专门知识，而且还要能对各个系统进行全面协调。本书为地铁车站结构设计提供了宏观视角。
上海市建设委员会科学技术委员会发布的《上海大型市政工程设计与施工丛书·地铁一号线工程》[5]系统地介绍了上海地铁一号线这项建设的各项专业技术和设施的概貌。其中车站部分的介绍有助于此次设计的完成，这部分内容围绕车站建筑设计和装修、车站结构设计、车站施工、车站防水四方面展开，对设计原则、设计标准、设计内容、施工方法和注意事项等进行了详细叙述。
何宗华的《城市轻轨交通工程设计指南》[6]是“七五”国家重点科技攻关项目“城市轻轨客运交通系统成套技术”专题中的一项综合技术软件成果。其主要内容包括：轻轨交通建设前期工作，轻轨交通综合技术标准，线路工程，轨道结构，高架结构工程，浅埋隧道与地下车站，车站建筑，供电系统，通信与信号，车辆及设备综合维修基地，系统防灾及噪声防治等。 《城市轻轨交通工程设计指南》适用于城市修建轨道交通的部门做前期工作时查阅，是我们在城市轻轨交通设计工作时的主要参考资料。
许勇等人的《基坑稳定性研究及其设计优化》[7]以上海某地下两层地铁车站为例，对影响基坑稳定性的主要因素进行了综合分析，探讨了如何在基坑安全、工程造价及施工工期之间找到一个平衡点，使基坑工程的设计更加合理，得出了围护墙入土深度、坑底地基加固、最下道支撑位置等因素对基坑抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性等的一般影响结论。
刘建航的《基坑工程手册》[9]系统地总结了国内外基坑工程的经验，全面提出了基坑工程的设计理论和施工规律，充分反映了我国基坑工程设计与施工的当前水平的发展趋势。本手册在(第一版)的基础上，跟踪基坑工程国内外最新的进展，全部由来自设计施工第一线的经验丰富的专家重新撰写，系统地总结了国内外基坑工程的实践经验，全面地阐述了基坑工程的基本计算理论、设计方法、施工工艺、施工管理技术以及相关的信息，内容覆盖各种地质条件和全国各区域，充分反映了国内外基坑工程技术和施工的当前水平和发展趋势，以满足基坑工程设计和施工的需要。本手册共34章，由绪论、总体方案设计、设计计算理论、设计施工方法、相关技术和区域工程进展六部分构成。各章还附有经典工程实例介绍。《基坑工程手册》是从事岩土工程特别是基坑工程的设计施工管理人员必备的参考用书。
张庆贺等人的《地铁与轻轨》[10]，既可用作从事地铁与轻轨工程勘察设计、施工、监理等研究的工具书，也可用作岩土工程、工民建等专业师生的参考书。其主要内容有：大中城市公共交通的困境及城市轨道交通发展的历史现状和前景；轨道工程特点及地铁隧道和车站的限界；地铁和轻轨车站区间隧道建筑装饰设计原理方法；各种类型的地铁轻轨车站与隧道结构材料选择、荷载计算，内力分析，断面设计；地铁轻轨车站、隧道施工组织设计编制，施工方法、施工工艺，施工过程中经济、进度、质量、安全管理控制方法等。该书是进行地铁与轻轨交通的结构设计的重要资料。
董建国等人的《土力学与地基基础》[11]是土建类专业的基础教科书，也是基坑设计必备的教材。书的主要内容分两部分：第一部分主要介绍土力学的相关知识，如土的物理性质及工程分类、粘性土的物理化学性质、土中应力计算等；第二部分主要介绍地基基础的内容，如工程地质勘察、天然地基浅基础设计的基本原理、基础结构设计与计算、桩基础等。这对本车站的基坑设计有重大参考价值。
藤智明的《钢筋混凝土基本构件》[12]是结构工程、工业与民用建筑等专业的教材，可用作钢筋混凝土构件设计的参考。作者认为，构件的受力性能、受力分析是设计的基础，因此全书按照“性能—分析—设计”的过程来阐述。本书的主要内容包括：混凝土的强度和变形规律；钢筋混凝土梁的试验研究分析，着重阐明了梁的受弯性能、配筋率对梁的受力阶段及破坏特征的影响；结构设计方法；受弯构件的正截面强度计算等。这本书将有助于我们设计时的主体结构配筋及计算等。
1.3 设计目的
通过对2号线延伸段华夏东路地铁车站结构的设计，明确一般地铁车站结构设计的规范，并对车站结构设计的一般流程实现如下掌握：明确设计依据及设计原则，在综合工程概况的基础上完成主基坑支护结构设计和车站主体结构设计，进而完成车站围护结构配筋。
目 录
1 绪论 6
1.1 设计背景 6
1.2 文献综述 6
1.2.1 地铁车站施工方法综述 6
1.2.2 地铁车站设计计算方法综述 7
1.2.3 地下车站防水设计综述 7
1.2.4 相关文献综述 8
1.3 设计目的 9
2 设计依据及设计原则 11
2.1 设计规范 11
2.2 设计原则 11
2.3 设计思路 11
2.4 设计流程 12
3 工程概况 14
3.1 工程简介 14
3.2 工程地质及水文地质概况 14
3.2.1 工程地质 14
3.2.2 水文地质 15
4 车站基坑支护结构设计 16
4.1 确定基坑工程安全等级 16
4.2 确定基坑环境保护等级及变形控制 16
4.3 典型断面选取 16
4.4 围护结构选型 17
4.4.1 常用围护结构形式 17
4.4.2 工程类比及围护结构选型 18
4.5 支撑结构选型及设计 20
4.5.1 支撑围檩设计 20
4.5.2 支撑尺寸设计 20
4.5.3 支撑水平布置 21
4.5.4 支撑竖向布置 21
4.6 围护结构插入比及地连墙厚度拟定 22
4.6.1 围护结构插入比设计 22
4.6.2 地连墙厚度设计 22
4.7 围护结构稳定性验算 22
4.7.1 整体稳定性验算 23
4.7.2 抗倾覆稳定性验算 24
4.7.3 抗滑移稳定性验算 26
4.7.4 抗隆起稳定性验算 26
4.7.5 抗渗透稳定性验算 28
4.8 围护结构位移内力计算 31
4.8.1 弹性地基梁法 31
4.8.2 计算模型及参数 31
4.8.3 围护结构内力计算 33
4.9 变形分析 37
4.9.1 计算方法 37
4.9.2 计算结果 38
5 车站主体结构设计 42
5.1 主体结构尺寸初步拟定 42
5.2 主体结构荷载设计 43
5.2.1 荷载参数设置 43
5.2.2 荷载计算 44
5.2.3 荷载组合 45
5.3 主体结构抗浮稳定性验算 45
5.4 主体结构使用阶段内力分析 47
5.4.1 荷载组合 47
5.4.2 模型建立 49
5.4.3 主体结构内力计算结果 51
5.5 主体结构纵梁内力分析 55
5.5.1 顶纵梁结构内力计算结果 55
5.5.2 中纵梁结构内力计算结果 56
5.5.3 底纵梁结构内力计算结果 57
6 车站围护结构及主体结构配筋 59
6.1 设计依据及主要计算参数 59
6.1.1 设计依据 59
6.1.2 主要计算参数 59
6.2 配筋内力和配筋方法 59
6.2.1 配筋内力 59
6.2.2 配筋方法 60
6.3 围护结构（含内衬）配筋计算 61
6.3.1 工程材料 61
6.3.2 配筋参数 62
6.3.3 配筋计算 62
6.4 车站主体结构（不含立柱）配筋 66
6.4.1 工程材料 66
6.4.2 配筋参数 66
6.4.3 配筋计算 67
6.5 立柱配筋 68
6.5.1 工程材料 68
6.5.2 配筋参数 69
6.5.3 配筋计算 69
6.6 主体结构裂缝控制验算 70
7 车站结构防水设计 73
7.1 防水设计标准 73
7.1.1 防水设计原则 73
7.1.2 防水等级标准 73
7.1.3 防水方案 73
7.2 诱导缝、施工缝、变形缝等特殊部位的防水处理 73
7.3 防水施工要求及措施 74
7.4 耐久性设计 74
8 结论与展望 76
8.1 结论 76
8.2 展望 76
9 参考文献 77
10 附录 78
11 致谢 79
结论与展望
8.1 结论
本文结合地层以及工程特点，对上海地铁2号线华夏东路站的主基坑支护结构以及主体结构进行了设计。主要设计结果如下：
（1）综合考虑了开挖深度、地质条件、水文条件、周边环境等因素，在符合规范的基础上，采用工程类比法，选取地下连续墙为围护结构，钢筋混凝土支撑和钢管支撑作为支撑结构的围护结构形式并确定了支护结构和主体结构的初步尺寸。在初步拟定的支护结构形式及尺寸的基础上，考虑基坑开挖过程中的稳定性，最终确定了标准段和端头井地下连续墙的插入比分别为0.82和0.73，厚度均为0.8m。
（2）根据设计的支护结构形式和尺寸，采用弹性地基梁法，利用统计启明星深基坑计算软件FRWS4.0计算基坑开挖过程围护墙的内力。在施做主体结构后，由于围护结构和内衬结构采用的是叠合墙的形式，在计算围护墙和内衬的内力时需要进行内力分配，得到各自的内力。
（3）在进行主体结构内力计算时，利用SAP2000进行结构建模计算内力。在使用阶段分标准、基本、人防等荷载组合，其中人防、基本组合用于配筋计算，标准组合用于裂缝验算。
（4）对纵梁内力的计算采取先在横断面上完成力的分配再在纵向用SAP2000完成内力计算。
（5）最后对围护结构和主体结构配筋进行验算，都满足承载力要求。在荷载标准组合下，对主体结构进行裂缝控制验算，结果也都小于允许值，满足要求。
8.2 展望
（1）使用SAP2000计算结构内力时，计算结果受土参数的影响较大。比如土层基床系数的选取，由于地质报告中没有给出相应土层的基床系数，而规范中给出的是一个范围值，具体的选取就存在比较大的差异性，如果对土的特性不了解，选取不适当的基床系数，最后算出的结构内力就和实际情况会有较大差别。
（2）本次设计采用围护结构和内衬结构的结合形式采用叠合墙，如果采用复合墙，使用SAP2000进行计算时可以考虑对围护墙和内衬之间的连接杆件进行剪力和弯矩的释放，但是连接杆件的材料选取还存在疑问，因此设计为复合墙时计算的最终结果可能有较大误差。
（3）本次设计选取了标准段和端头井两个典型断面进行内力计算和配筋设计，事实上，车站不同位置处土层参数并不能被两个典型断面完全代表，还是有一定变化的。可以考虑差异性配筋，起到节约的效果。
（4）施工过程中要进行支撑的安装和拆卸，笔者认为在车站结构设计中，可以考虑设计合适的钢筋混凝土支撑，并把其中一些作为主体结构的一部分，减少施工步骤，提高经济性。
9 参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
[2] 中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
[3] 中华人民共和国国家标准《地铁设计规范》（GB50157-2003）
[4] 中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
[5] 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
[6] 中华人民共和国国家标准《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
[7] 中华人民共和国国家标准《混凝土耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）
[8] 中华人民共和国国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）
[9] 中华人民共和国国家标准《混凝土耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）
[10] 董军,张伟郁,顾建平等．土木工程专业毕业设计指南，房屋建筑分册．北京：中国水利水电出版社，2002
[11] 张庆贺,朱合华．土木工程专业毕业设计指南，隧道及地下工程分册．北京：中国水利水电出版社，1999
[12] 彭俊生等.结构概念分析与SAP 2000应用.成都：西南交通大学出版社，2005
[13] 施仲衡．地下铁道设计与施工．西安：陕西科学技术出版社，1997
[14] 上海市建设委员会科学技术委员会.上海大型市政工程设计与施工丛书，地铁一号线工程.上海：上海科学技术出版社，1998
[15] 何宗华．城市轻轨交通工程设计指南．北京：中国建筑工业出版社，1993
[16] 许勇,陈文艳．基坑稳定性研究及其设计优化．深基坑设计与施工技术
[17] 夏明耀．地下结构设计施工手册．北京：中国建筑工业出版社，1999
[18] 刘建航．基坑工程手册．北京：中国建筑工业出版社，1997
[19] 张庆贺,朱合华,庄荣．地铁与轻轨．北京：人民交通出版社，2002
[20] 孔军．土力学与地基基础．北京：中国电力出版社，2008
[21] 藤智明．钢筋混凝土基本构件．北京：清华大学出版社，1999
[22] 上海市标准，地基基础设计规范，DBJ08-11-1999. 上海：海市建设委员会，1999
[23] 上海市标准，基坑工程设计规范，DBJ08-61-97. 上海：海市建设委员会，1997
[24] 周顺华．城市轨道交通结构设计与施工．人民交通出版社，2010
[25] Koutsoftas D.C., Frobenius Peter., Wu Ching L.,etc. Deformations during cut-and-cover construction of MUNI Metro Turnback project. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2000,126(4):344-359.
[26] Osman A S, Bolton M D. Ground movement predictions for braced excavations in undrained clay[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2006, 132(4): 465～477
结论与展望
8.1 结论
本文结合地层以及工程特点，对上海地铁2号线华夏东路站的主基坑支护结构以及主体结构进行了设计。主要设计结果如下：
（1）综合考虑了开挖深度、地质条件、水文条件、周边环境等因素，在符合规范的基础上，采用工程类比法，选取地下连续墙为围护结构，钢筋混凝土支撑和钢管支撑作为支撑结构的围护结构形式并确定了支护结构和主体结构的初步尺寸。在初步拟定的支护结构形式及尺寸的基础上，考虑基坑开挖过程中的稳定性，最终确定了标准段和端头井地下连续墙的插入比分别为0.82和0.73，厚度均为0.8m。
（2）根据设计的支护结构形式和尺寸，采用弹性地基梁法，利用统计启明星深基坑计算软件FRWS4.0计算基坑开挖过程围护墙的内力。在施做主体结构后，由于围护结构和内衬结构采用的是叠合墙的形式，在计算围护墙和内衬的内力时需要进行内力分配，得到各自的内力。
（3）在进行主体结构内力计算时，利用SAP2000进行结构建模计算内力。在使用阶段分标准、基本、人防等荷载组合，其中人防、基本组合用于配筋计算，标准组合用于裂缝验算。
（4）对纵梁内力的计算采取先在横断面上完成力的分配再在纵向用SAP2000完成内力计算。
（5）最后对围护结构和主体结构配筋进行验算，都满足承载力要求。在荷载标准组合下，对主体结构进行裂缝控制验算，结果也都小于允许值，满足要求。
8.2 展望
（1）使用SAP2000计算结构内力时，计算结果受土参数的影响较大。比如土层基床系数的选取，由于地质报告中没有给出相应土层的基床系数，而规范中给出的是一个范围值，具体的选取就存在比较大的差异性，如果对土的特性不了解，选取不适当的基床系数，最后算出的结构内力就和实际情况会有较大差别。
（2）本次设计采用围护结构和内衬结构的结合形式采用叠合墙，如果采用复合墙，使用SAP2000进行计算时可以考虑对围护墙和内衬之间的连接杆件进行剪力和弯矩的释放，但是连接杆件的材料选取还存在疑问，因此设计为复合墙时计算的最终结果可能有较大误差。
（3）本次设计选取了标准段和端头井两个典型断面进行内力计算和配筋设计，事实上，车站不同位置处土层参数并不能被两个典型断面完全代表，还是有一定变化的。可以考虑差异性配筋，起到节约的效果。
（4）施工过程中要进行支撑的安装和拆卸，笔者认为在车站结构设计中，可以考虑设计合适的钢筋混凝土支撑，并把其中一些作为主体结构的一部分，减少施工步骤，提高经济性。
9 参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
[2] 中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
[3] 中华人民共和国国家标准《地铁设计规范》（GB50157-2003）
[4] 中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
[5] 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
[6] 中华人民共和国国家标准《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
[7] 中华人民共和国国家标准《混凝土耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）
[8] 中华人民共和国国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）
[9] 中华人民共和国国家标准《混凝土耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）
[10] 董军,张伟郁,顾建平等．土木工程专业毕业设计指南，房屋建筑分册．北京：中国水利水电出版社，2002
[11] 张庆贺,朱合华．土木工程专业毕业设计指南，隧道及地下工程分册．北京：中国水利水电出版社，1999
[12] 彭俊生等.结构概念分析与SAP 2000应用.成都：西南交通大学出版社，2005
[13] 施仲衡．地下铁道设计与施工．西安：陕西科学技术出版社，1997
[14] 上海市建设委员会科学技术委员会.上海大型市政工程设计与施工丛书，地铁一号线工程.上海：上海科学技术出版社，1998
[15] 何宗华．城市轻轨交通工程设计指南．北京：中国建筑工业出版社，1993
[16] 许勇,陈文艳．基坑稳定性研究及其设计优化．深基坑设计与施工技术
[17] 夏明耀．地下结构设计施工手册．北京：中国建筑工业出版社，1999
[18] 刘建航．基坑工程手册．北京：中国建筑工业出版社，1997
[19] 张庆贺,朱合华,庄荣．地铁与轻轨．北京：人民交通出版社，2002
[20] 孔军．土力学与地基基础．北京：中国电力出版社，2008
[21] 藤智明．钢筋混凝土基本构件．北京：清华大学出版社，1999
[22] 上海市标准，地基基础设计规范，DBJ08-11-1999. 上海：海市建设委员会，1999
[23] 上海市标准，基坑工程设计规范，DBJ08-61-97. 上海：海市建设委员会，1997
[24] 周顺华．城市轨道交通结构设计与施工．人民交通出版社，2010
[25] Koutsoftas D.C., Frobenius Peter., Wu Ching L.,etc. Deformations during cut-and-cover construction of MUNI Metro Turnback project. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2000,126(4):344-359.
[26] Osman A S, Bolton M D. Ground movement predictions for braced excavations in undrained clay[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2006, 132(4): 465～477