1、化工路站结构初步设计说明0520车站结构初步设计说明1 概述1.1 工程概况 化工路站为郑州轨道交通1号线二期工程的一个中间站，车站位于长椿路与化工路“丁”字路口。本站为地下二层车站，车站中心里程处顶板覆土3.0米，车站标准段外包宽度为19.5米，外包总长度为208.8米。车站采用明挖法施工，基坑深度约为16.56m。车站南、北两端区间均拟采用盾构法施工。车站周边较为空旷，距离车站较远处有民用厂房和居民区，2号风亭施工期间需拆迁车站南端民用厂房的西侧部分;长椿路宽60m，化工路宽45m。两条路虽然均为郑州市内的主要道路，但不是位于郑州主要市区内，车流人流较小。站址处周边为民房，有雨水，污水，天
2、燃气等重要地下管线，地下水位位于车站底板以下。1.2 前阶段审查意见及执行情况1号线二期总体设计专家咨询会无针对本站的具体意见。2 设计依据及标准2.1 设计依据 1)郑州市轨道交通1号线二期总体设计专家咨询会专家意见 2)地下管线普查探测报告（河南省地球物理工程勘察院） 3)郑州市轨道交通1号线二期工程01合同段化工路站岩土工程勘察报告(详勘阶段2014年02月) 4) 1号线工程设计总体总包部及系统单位提供的相关资料 5）有关会议纪要、公文及政府部门提供的基础资料 6）业主的其他要求2.2 设计采用的主要技术规范与标准1）城市铁道工程项目建设标准（建标104-2008）2）城市轨道交通技术
3、规范(GB50490-2009)3）地铁设计规范（GB50157-2013）4）建筑结构荷载规范（GB5009-2012）5）建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）6）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）7）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）8）建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）9）建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）10）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）11）地下工程防水技术规范（GB50108-2008）12）人民防空工程设计规范（GB50225-2005）13）轨道交通工程人民防空设计规范（RFJ02-2009）14）钢结
4、构设计规范（GB50017-2003）15）铁路隧道设计规范（TB10003-2005、 J449-2005）16）铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006 2009版）17）铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）18）混凝土结构耐久性设计规范（GB/T 50476-2008）19）建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）20）砌体结构设计规范(GB 50003-2011)21）地铁杂散电流腐蚀防护技术规程（TCJ49-92）22）混凝土外加剂应用技术规范（GB50199-2013）23）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999（2003年
5、版）24）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2015）25）地下防水工程质量验收规范（GB50208-2011）26)钢筋机械连接通用技术规程（JGJ 1072010）27）城市轨道交通岩土勘察规范（GB50307-2012）28）建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111-98）29）城市轨道交通地下工程建设风险管理规范（GB50652-2011）30） 国家、河南省、郑州市的其他有关规范、标准等3 设计范围本次初步设计范围：车站有效站台中心里程：右CK5+240.400，设计起点里程：右CK5+106.300，设计终点里程：右CK5+313.500。北端与梧桐街站化工路站区
6、间设计分界里程：右CK5+105.800，南端与化工路站铁炉站区间设计分界里程为：右CK5+313.500（端头墙内侧）。本次施工结构外包全长208.8m。初步设计包括车站的围护结构和主体结构设计，防水设计，交通疏解设计，管线迁改设计等。4 设计原则及技术标准1）车站结构设计应根据结构类型、使用条件、荷载特性、施工工艺等条件进行，并考虑沿线的工程水文地质、总体规划要求、环境条件，对技术、经济、环保和使用效果作综合比较。2）车站结构设计除满足城市规划、施工、运营、防火、防水、防杂散电流的要求外，尚应具有足够的耐久性。地铁工程设计使用年限为100年，车站结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1，
7、耐火等级为一级，防水等级为一级。3）车站结构的净空尺寸除满足建筑限界和建筑设计、施工工艺及其它使用要求外，还考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降的影响。其值可根据地质条件、结构类型、施工工序等条件并参照类似工程的实测值予以确定。4）深基坑工程设计应根据国家有关规范、河南省地方法规的要求，结合车站周边不同的环境条件等采取相应的技术措施。严格控制工程施工引起的地面沉降量，其允许数值应根据地铁沿线不同地段的地面建筑及地下构筑物等的实际情况确定，并因地制宜地采取措施。本车站主体基坑安全等级为一级：地面最大沉降量0.15%H，围护结构最大水平位移0.15%H（H为基坑开挖深度），且30mm；附属基
8、坑安全等级为二级：地面最大沉降量0.3%H，围护结构最大水平位移0.4%H（H为基坑开挖深度），且50mm。5）结构设计应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、管线、道路交通状况以及区间隧道施工方法，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方案。6）结构设计应分施工阶段和使用阶段，按照承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，进行承载力、稳定、变形、抗浮及裂缝宽度等方面的验算。结构计算中，应考虑施工中已形成的支护结构的作用。7）钢筋混凝土及混凝土除满足强度需要外，还必须考虑抗渗和抗侵蚀的要求，本站混凝土抗渗等级为P8
9、。8）车站结构的裂缝控制等级为三级，即结构允许出现裂缝。钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度允许值应根据结构类型、使用要求、所处环境条件等因素确定。本车站结构的设计使用年限为100年，车站中楼板、中梁、中柱等内部构件所处的环境的为一类环境，与土壤或水直接接触的顶板、底板、边墙、顶梁、底梁等外围构件所处的环境为二a类环境，结构设计时，按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响的最大裂缝宽度允许值应符合如下规定：外围构件结构最大裂缝宽度迎水面不大于0.2mm，背水面不大于0.3mm；内部构件最大裂缝宽度不大于0.3mm。9）建立监测系统，在施工过程中，尽可能减小对车站周围环境的负面影响，并在设计中明确相
10、应的技术措施（如地基加固、施工参数等）和施工监测内容。10）地铁结构抗震设防烈度按7度进行抗震设计，轨道交通为乙类建筑，地铁车站按照三级进行抗震计算，并提高一级采取抗震构造措施。11）地下车站必须具有战时防护功能，在规定的设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准进行验算，并采取相应的防护措施。12）结构应按最不利荷载情况进行抗浮稳定验算。在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05。当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。当结构抗浮不能满足要求时，应采取相应的结构抗浮措施。13）结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施，以防止杂散电流对结构的腐蚀。钢结构及钢连接件应进行防锈和防火
11、处理。14）结构防水设计应根据工程地质、水文地质、地震烈度、环境条件、结构形式、施工工艺及材料来源等因素进行，并遵循“以防为主、多道设防、刚柔结合、因地制宜、综合治理”的原则，按照地下工程防水技术规范（GB50108-2008）及地铁设计规范（GB50157-2013）标准进行。5 地质概况5.1地形地貌本车站地貌类型属山前冲洪积缓倾斜平原，场地较平整，最高海拔117.2m，最低海拔116.9m，地表岩性为黄土状粉土、粉质粘土。5.2 工程地质条件本场地45.0m以上地基土属第四系（Q）沉积地层，按其成因类型、岩性和工程性能可划分8个工程地质层。各土层分布情况详见工程地质剖面图，地基土特征自上
12、而下分述如下：第(1)层（Q4ml）杂填土：杂色，稍密（表层密实），稍湿，上部1060cm多为沥青路面，下部主要为三七灰土、碎石子、煤渣及建筑垃圾，底部主要为粉土、粉质黏土等，在本车站表层广泛分布。层底标高112.69115.20m，层底埋深1.83.80m，层厚1.803.80m，平均厚度2.72m。第(19)层（Q3al）黏质粉土（黄土状粉土）：浅黄色夹灰黄色、褐黄色，稍湿，中密，含大量黄色铁斑，少量浅灰斑，偶见钙核、蜗屑，局部夹有钙质条纹，局部含砂质粉土、粉质黏土薄层，无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应快。在本车站地层上部广泛分布。层底标高106.30109.00m，层底埋深7.8010
13、.00m，层厚4.807.30m，平均厚度6.07。静力触探试验Ps平均值6.07MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为15.7击。第(20)层（Q3al）黏质粉土：黄褐色夹灰黄色、浅灰色，稍湿，中密，含少量黄色铁斑，大量浅灰斑，偶见钙质结核及螺壳碎片，局部夹砂质粉土、粉质黏土薄层，局部有少量钙质条纹，无光泽，干强度和韧性低，摇振反应迅速。层底标高101.80105.62m，层底埋深11.1014.40m，层厚3.205.70m，平均厚度4.24m。在本车站地层上部广泛分布。静力触探试验Ps平均值9.08MPa；标准贯入试验经杆长修正后平均值为17.0击。第(25)层（Q3alpl）黏质粉土
14、：褐黄色、灰黄色夹浅灰色，湿，稍密，含钙质条纹及钙质结核，钙核大小一般5-20mm、含量约占3-5%，可见铁锰质斑点，无光泽，干强度和韧性低，摇振反应中等，局部含砂质粉土、粉质黏土薄层。在本车站地层中上部广泛分布。层底标高97.3099.30m，层底埋深17.3019.40m，层厚2.906.70m，平均厚度5.42m。静力触探试验Ps平均值3.41MPa，标准贯入试验经杆长修正后平均值为13.4击。第(28)层（Q3alpl）黏质粉土：黄褐色夹灰黄、浅黄、浅灰色，稍湿，中密，含钙质结核，钙核大小一般5-25mm、含量约占3-6%，可见铁锰质斑点，无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等，局部含
15、砂质粉土、粉质黏土薄层。在本车站地层中部广泛分布。层底标高92.7095.15m，层底埋深21.8024.80m，层厚2.706.60m，平均厚度4.22m。静力触探试验Ps平均值8.58MPa，标准贯入试验经杆长修正后平均值为17.6击。第(35)层（Q2dlpl）粉质黏土：棕黄色棕红色，可塑-硬塑，含5-20%的钙质结核，钙核大小一般5-30mm，局部富集呈薄层钙质胶结，可见铁锰质斑点，夹有黏质粉土薄层，稍有光泽，切面光滑，干强度强，韧性中等，无摇振反应。在本站地层中部广泛分布、局部缺失。层底标高86.3093.00m，层底埋深24.2029.00m，层厚1.207.20m，平均厚度4.0
16、0m。标准贯入试验经杆长修正后平均值为16.6击。第(36-1)层（Q2dlpl）黏质粉土：褐黄色夹黄褐色，湿，密实，含钙质条纹及铁锰质斑点，含钙质结核、钙核大小一般5-15mm、含量约占3-5%，干强度低，韧性低，摇振反应中等。在FJZ1-14-238钻孔下部呈透镜体分布。最大埋深36.50m，最大揭示厚度3.50m击。第(36-3)层（Q2dlpl）细砂：黄褐色夹褐黄色、红褐色，湿-饱和，中密-密实，成分主要为石英、长石，砂质不纯夹有中砂薄层、粉质黏土团块，分选性一般、级配一般。局部夹薄层状钙质胶结，夹有卵石、圆砾。在本站地层下部呈透镜体或层状分布。层底标高714.3091.68m，层底埋
17、深25.5045.30m，层厚1.008.80m，平均厚度3.34m。标准贯入试验经杆长修正后平均值为22.9击。第(36-4)层（Q2dlpl）胶结层：灰白色夹红褐色、灰黄色等，主要为钙质胶结，胶结成分主要为黏粒、细砂、圆砾、卵石，胶结程度差较好，岩芯呈碎块状、短柱状或柱状，锤击易碎。在本站地层下部呈透镜体或层状分布。层底标高71.1892.24m，层底埋深25.0045.80m，最大揭示厚度18.90m，饱和单轴抗压强度2.116.2MPa。5.3地质构造郑州市区范围内断裂构造主要有NW向和近EW向二组共12条断层，距本项目较近的断层主要为古荥断层和上街断层：（1）古荥断层：分布于郑州市区
18、中西部，呈北西南东走向，断层倾向北东，倾角70，为正断层，长约26km。该断层下盘（SW盘）上升，上盘（NE盘）下降，断距约400m，该断层于本项目线路右K0+800附近穿过，下伏于第四系中更新统下部地层中，发育晚于上街断层，于西流湖附近错断上街断层。该断层晚更新世以来未见活动。（2）上街断层：该断层横贯于郑州市区中部，西起上街，经郑州市区向东延至中牟县境内，止于白沙一带。走向近东西，倾向近北，倾角约70，为正断层，长约120km。该断层发育于中更新世早中期，错断中更新世下部早期地层，没影响到中更新世中上部地层。该断层于本项目线路右K7+160及雪松路站出入场线RDK0+900附近穿过，下伏于
19、第四系中更新统下部以下地层中在西流湖附近被古荥断层错断。该断层晚更新世以来未见活动。测区古荥断层和上街断层无活动迹象，其它断层距本工点较远，据建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）规范4.1.7条规定，本场地属于“可忽略发震断裂错动对地面建筑影响”的范畴5.4 水文地质条件（1）地表水场地附近无河流通过。（2）地下水位埋深本区浅层含水层岩性以黏质粉土、粉质黏土为主，属孔隙潜水，地下水类型为潜水。本次勘察深度范围内未见地下水。据调查附近场地内水井地下水位埋深约55.00m（标高63.7m），年变幅2.03.5m。近3-5年最高地下水位埋深约为53.00m(标高65.70m)。历史最高水位
20、大于45.00m，化工路站底板埋深15.88-16.12m，地下水水位埋深低于车站底板埋深，可不考虑抗浮设计。（3）地下水类型及动态特征拟建场地地下水类型为潜水，含水层岩性主要为黏质粉土、粉质黏土，属弱透水层、弱富水性。本区浅层含水层岩性以黏质粉土、粉质黏土为主，属孔隙潜水，据调查天然条件下浅层地下水流向东北NE7o，流速为4.3610-3m/d，水力坡度3.97。地下水主要接受大气降水的入渗补给以及上游的水平径流补给，排泄方式主要以人工开采及水平径流为主。（4）水质及腐蚀性评价按舒卡列夫分类方法本场地水化学类型主要为HCO3-CaNaMg型。根据气象资料，本地区干燥度指数小于1.5，属湿润区
21、，环境类型为类。根据试验成果，判定地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性；同时，场地水位以上土层对混凝土结构、钢结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。5.5 场地不良地质及特殊性岩土评价5.5.1不良地质未见不良地质。5.5.2特殊性岩土本站3.0m以上土层为级轻微非自重湿陷性土。湿陷量40.50mm，小于300mm，判别场地土地基的湿陷等级为I级（轻微）湿陷。根据地区经验车站出口处需考虑湿陷性对工程的影响，局部基坑底部存在湿陷性黄土的可采用灰土垫层法进行处理。其次，场区地表存在杂填土，杂色、灰色至灰黄、褐黄色，稍密（表层密实），稍湿，上部1060cm多为沥青路面，
22、下部主要为三七灰土、碎石子、煤渣及建筑垃圾，底部主要为粉土、粉质黏土等，在本车站地层表层广泛分布。层底标高112.69115.20m，层底埋深1.83.80m，层厚1.803.80m，平均厚度2.72m，基坑开挖应放缓破率，并加强支护。5.6 场地稳定性及适宜性评价1）场地地震效应根据建筑抗震设计规范（GB500112010）及中国地震动参数区划图（GB18306-2001），郑州市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.15g。 2）场地土类型及建筑场地类别确定本场地属类建筑场地，场地特征周期值为0.4s。 3）地基土液化及软土震陷评价综合判定该场地不存在地震液化
23、现象；可不考虑软土震陷影响。4） 建筑场地抗震地段根据本场地波速测试资料，本场地属中硬场地土。按照建筑抗震设计规范（GB500112010）第4.1.1条，判定本场地为建筑抗震有利地段。5.7地层物理力学指标地层物理力学指标详见表5-1。 地层物理力学指标 表5-1 6 车站结构方案6.1 结构方案的选择施工方法的选择一般是根据车站的场地条件、地质条件、地下管线、工程地质和水文地质条件、环境保护要求、功能要求等特点，并综合考虑施工工艺、工期、工程造价、工程质量等各方面因素确定最合适的施工方法。目前国内地铁车站施工较为常用的方法有：明挖法、盖挖法和暗挖法。 地铁基本施工方法的主要特点比较 表6.
24、1-1工法明挖法盖挖法暗挖法占路时间施工全过程施工前期无（或很少）施工作业条件好较好较差施工工艺简单比较简单复杂施工安全度可靠可靠须重视工期最短较短较长拆迁量大同明挖法小环境保护不利有影响有利造价最低较低较高结构受力简单较简单复杂断面利用率高高较低地面沉降可控性强可控性强可控性差工程质量易于保证易于保证有难度从上表比较可以看出，暗挖法在三者间技术、经济性较差，仅在交通无法导改，或导改后对交通影响较大，以及地下建（构）筑物、地下管线无法改移时考虑。盖挖法又分盖挖顺作法和盖挖逆作法。由于盖挖顺作法与明挖法在施工顺序上和技术难度上差别不大，前者挖土和出土工作因受覆盖板的限制，无法使用大型机具，需要采
25、用特殊的小型、高效机具。而且盖挖顺作需使用内支撑或打锚杆，增加投资。盖挖逆作法在施工便利、工期、造价、工程质量等方面，不及明挖法，仅在中心街区、商业繁华等对环境文明要求程度较高地区选用。由于明挖法施工安全、质量可靠、技术较为简单、造价低、工期短，具有盖挖法和暗挖法无可比拟的优越性，应优先采用。车站位于长椿路与化工路“丁”字路口，沿长椿路中布置；周边环境空旷，交通量小，因此本车站采用明挖法施工。6.1.1 围护结构方案1）围护结构类型比选郑州地区常见的车站围护结构形式有放坡、土钉墙、水泥土重力式挡墙、SMW桩、钻孔桩、地下连续墙等，各种围护结构形式比较如下表： 常用支护结构适用条件 表6.1-2
26、结构形式适用条件不宜使用条件是否适用本工程放坡基坑周边开阔，满足放坡条件；淤泥和流塑土层；地下水位高于开挖面且未经降水处理。不适用允许基坑边土体有较大水平位移；开挖面以上一定范围内无地下水或已经降水处理；可独立或与其它结构组合使用。土钉墙允许土体有较大位移；岩土条件较好；土体为富含地下水的岩土层、含水砂土层，且未经降水、止水处理的；膨胀土等特殊性土层；不适用地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土、砂土；基坑周边有需严格控制土体位移的建（构）筑物和地下管线。已经降水或止水处理的岩土；开挖深度不宜大于12m。水泥土开挖深度不宜大于7m，允许坑边土体有较大的位移；填土、可塑流塑粘性土、粉土、粉细砂及松散
27、的中、粗砂；周边无足够的施工场地；不适用重力式挡墙墙顶超载不大于20kPa周边建筑物、地下管线要求严格控制基坑位移变形；墙深范围内存在富含有机质淤泥。SMW桩可在粘性土、粉土、砂砾土等松较地层中应用；施工场地较大，允许基坑边土体有较大水平位移；地基承载力大于120Kpa的较硬地层不适用开挖深度15m的深大基坑钻孔桩可适用于各种土层；周边环境对基坑土体的水平位移控制有较高要求。止水帷幕造价高,施工难度大适用地下连续墙所有止水要求严格以及各类复杂土层的支护工程；任何复杂周边环境的基坑支护工程止水效果好，适应性强，造价高适用 本站基坑标准段开挖深度约为16.7m，依据本站周边环境条件、郑州市轨道交通
28、1号线二期工程初步设计技术要求以及建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012），基坑变形控制等级定为一级。根据基坑的变形控制等级，本站可选择：钻孔灌注桩+内支撑方案或地下连续墙支护体系。地下连续墙+内支撑体系技术成熟、安全可靠，刚度大，既能挡土又能止水。适用于任何复杂的基坑工程，能很好地控制其变形，但在施工场地要求和工程造价等方面偏高。钻孔灌注桩+内支撑支护体系是一种安全可靠且适用性很强的基坑支护结构，被广泛使用于各种复杂地层和不同类型基坑工程。其优点是：桩体刚度较大，控制基坑变形好、施工工艺较简单、地层适用性强，但止水帷幕施工难度大，造价较高。 本站基坑较深（约16.7m），地下水位约53
29、米，结合周围环境及相关地质，从经济、安全的角度综合分析比较，本站主体基坑采用围护桩加内支撑的支护形式；出入口通道及风道等附属结构，当基坑开挖深度大于5米时，采用钻孔灌注桩加内支撑的支护形式；小于5米时可视周边环境情况采用放坡或土钉墙支护。6.1.2主体结构方案1）设计原则车站结构形式，必须与施工方法相匹配。车站形式要符合城市总体规划的要求，满足使用功能，创造一个便利、舒适的交通环境。车站形式的选择在满足车站交通集散与运营要求的前提下，突出其交通功能，兼顾环境与舒适度的要求，尽可能地使车站的结构形式简洁实用、施工方法简便易行，从而达到简化规模、安全、经济的目的。根据车站建筑布置，结合沿线地形及地
30、质条件综合考虑，车站采用两层两跨钢筋混凝土箱形框架结构，与围护结构组成复合式结构，在使用阶段共同受力；顶、中、底板与侧墙形成闭合框架结构，底、中、顶板设计为梁板体系。此种结构在地铁结构中广为使用，是较经济的一种结构形式。根据车站限界及使用功能要求，车站标准段框架柱距一般为纵向9.0-10m，为了有效利用车站的层内空间，降低结构高度，顶、底及中楼板均采用纵梁体系，一般不设横梁。车站主体结构方案详见车站结构纵、横剖面图。出入口通道为单层单跨矩形框架，出入口敞开段为U形槽，详见出入口通道结构方案图。6.1.3 地下水控制方案为有效阻止和减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。常见的止水
31、帷幕有高压旋喷桩、深层搅拌桩止水帷幕，旋喷桩止水帷幕，近来出现了螺旋钻机素砼或压浆止水帷幕。本区浅层含水层岩性以黏质粉土、粉质黏土为主，属孔隙潜水，地下水类型为潜水。本次勘察深度范围内未见地下水。据调查附近场地内水井地下水位埋深约55.00m（标高63.7m），年变幅2.03.5m。近3-5年最高地下水位埋深约为53.00m(标高65.70m)。历史最高水位大于45.00m，化工路站底板埋深15.88-16.12m，地下水水位埋深低于车站底板埋深，可不考虑抗浮设计。综上所述，施工期间无需进行专门降水，基坑内疏干排水即可。6.2 围护结构计算6.2.1 围护结构支护参数的拟定围护结构作为基坑开挖及主体结构回筑期间的支挡结构，承受全部的土压力及附加活载产生的侧压力，应根据开挖工况和施工顺序逐阶段计算其内力及变
