发布时间：2023-10-12 15:41:07
绪论：一篇引人入胜的轨道交通结构设计，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）08-0015-02
随着我国经济快速发展，北京、上海、广州等一线城市的城市轨道交通线路陆续开始建设并投入运营。按照线路架设方式，城市轨道交通分地下、高架和地面三种形式，地下轨道交通（下文简称“地铁”）通常采用盾构施工，隧道结构保护和附加荷载控制严格。在城市桥梁与地铁线位平行的条件下，如何对桥梁下部结构进行优化设计并处理好桥梁基础与隧道结构不同建设时序下的保护措施，是桥梁工程师们正在面对的难题。本文将对此类条件下的某城市桥梁的总体布置作简要阐述，并着重对下部结构建模进行分析、比较，提出桥梁施工期间的保护要点。
1 工程建设条件
上海市绿科路（南洋泾路-罗山路）为城市次干路，双向四车道，红线宽度34 m，道路在桩号K0+694处跨越先生浜河，河道规划蓝线宽度21 m，需新建过河桥梁一座。根据工程可行性研究报告，新建桥梁跨径组合（8+16+8） m，桥位与规划地铁13号线线位重合。桥梁与地铁线位位置平面如图1所示。
依据地铁13号线施工图设计资料，桥位处隧道分上行、下行线，隧道采用盾构施工工艺，外缘直径6.8 m，净距约17.5 m，隧道与桥面中心线平面距离约1.1 m，隧道位于地面以下15～25 m。
初步设计阶段经征询地铁设计单位，明确隧道与桩基净距要求：新建桥梁桩基与隧道外缘净距≤3.0 m。因此，隧道两侧桥梁桩基横桥向净距≥12.8 m（=3.0+6.8+3.0 m），两孔隧道间桩基横桥向布置宽度约11.5 m，详平面图。依据工程建设条件的限制，桥梁应合理布置桩位，采用较大横桥向跨度的桥墩结构，同时做好对桥梁下部结构的保护措施。
2 桥墩初选方案及结构设计
根据上海地区的建设经验，中小跨径梁桥的上部结构一般采用预制混凝土空心板梁，其建筑高度低，设计、施工经验成熟，质量有保障。
空心板梁设计汽车荷载：城-B级，16 m跨梁高82 cm、8 m跨梁高52 cm。
2.1 桥墩方案初选
具有较大横桥向跨径的桥墩结构中，常见的为门墩式混凝土结构、钢结构。
混凝土结构：采用预应力混凝土盖梁，一般为倒“T”形截面，张拉横向预应力形成竖向抗弯体系。
钢结构：横梁、立柱采用钢构件，一般为型钢组合截面，通过焊接形成框架。
近年来，预应力混凝土盖梁在高架桥梁中应用较多，其设计和施工均比较成熟，一般采用满堂支架现浇，分批张拉预应力；钢结构轻质高强，适用跨度较大，可工厂预制、现场焊接，但单位造价较高，作为桥墩结构，其用钢量较大，浦东地区同类工程应用很少。基于地区适用性和造价考虑，桥墩采用门墩式混凝土结构。
2.2 桥墩结构设计
2.2.1 横桥向总体布置
根据桥梁与地铁线位的相对位置以及隧道保护净距要求，总体布置中中立柱承台与桥面中心线的水平距离为1.073 m，桥墩盖梁端部设置边立柱与承台，盖梁中部设置双立柱与承台。
2.2.2 截面尺寸、材料
预应力混凝土盖梁采用倒“T”形截面，宽2.8 m（含牛腿各宽0.9 m），截面最大高度1.97 m，盖梁横坡通过截面高度变化形成；立柱截面2×1.5 m；承台厚度2 m；桩基直径0.8 m。
材料：盖梁为C50混凝土；钢绞线采用（1×7-15.20-1860-
GB/T 5224-2003）国家标准，每9根编束；立柱、承台（含桩基）分别采用C40、C30混凝土，普通钢筋采用HRB400。
2.2.3 模型计算分析
根据中、边立柱与盖梁的联结方式、盖梁是否设置沉降缝，将盖梁分为三种结构：墩梁全固结；中墩固结边墩释放；墩梁固结盖梁设缝。
依据边界条件分别建立“桥梁博士”模型进行横桥向结构分析计算，根据承载能力、正常使用极限状态下的验算结果，确定桥墩合理的结构形式。考虑桥梁使用和所处I类环境的要求，桥墩盖梁按A类预应力混凝土构件设计。
①墩梁全固结条件下的结构分析
桥墩立柱均与盖梁固结，盖梁边跨高比（l/h）=8.1，立柱与盖梁节点传递轴力、剪力、弯矩，盖梁受弯时立柱将分摊部分弯矩，立柱横桥向的线刚度（EI/l）以控制柱顶水平位移？驻x时截面内力为目的进行优化。根据桥面及承台顶标高计算，立柱高Hz=2.603 m。盖梁、立柱线刚度计算如下：
盖梁：■；
立柱：■。
两者线刚度之比0.32，因此盖梁横桥向应按三跨连续刚构计算。立柱高度Hz对计算结果影响较大，在施工条件允许时，应尽量降低承台顶标高，以改善盖梁内力。限于篇幅，本文中计算模型单元划分和建立予以省略。
计算模型中桩基按照横向抗弯模量EI等效的原则，将双排桩（桩径d）等效为单根直径dr的桩基（dr=■）。
经初算，预应力钢束分三行三列布置，两端张拉，在盖梁端部锚固。施工阶段划分：立柱及下部基础施工，盖梁钢筋、波纹管、混凝土施工，养护28 d；张拉第一批钢束，架梁，铰缝施工；张拉第二批钢束，桥面铺装施工；成桥10 a；其中，一期、二期恒载、活载按阶段输入。
依据（JTG D62-2004）相关条文，对预应力钢束进行调束，优化各单元截面内力后，结果见表1。
表注：1.表中数值前带“+”表示截面受压，“-”表示截面受拉；中、边立柱的内缘均指桥墩中心线侧；
2.？滓st、？滓lt为在荷载短期、长期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力；？滓pc为扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力；？滓tp为由荷载短期效应组合和预加力产生的混凝土主拉应力。
根据计算结果，结构体系对升、降温，混凝土收缩、徐变，柱顶水平位移，基础差异沉降等作用较为敏感，立柱单侧钢筋配筋率0.3%时，边立柱顶部的柱身裂缝宽度不满足规范要求，各组合下盖梁截面应力满足规范要求。
②中墩固结、边墩释放条件下的结构分析
桥墩中立柱与盖梁固结，边立柱顶面设置单向活动支 座，允许该支点处盖梁有横桥向水平位移和转角位移，但纵桥向位移予以约束，避免中立柱在水平面内扭转变形。边立柱与盖梁节点仅传递竖向轴力、纵桥向水平剪力，仅中立柱分摊盖梁的弯矩。
除节点约束外，模型Ⅱ与模型Ⅰ相同，调束并优化截面内力后，结果见表2。
根据计算结果，边立柱与盖梁节点的转角、水平位移约束释放后，升、降温，混凝土收缩、徐变等引起的边立柱附近盖梁弯矩减小，中立柱附近盖梁支点负弯矩、跨中正弯矩有所增加；与模型Ⅰ相比，短期效应组合立柱顶的最大水平剪力增至2 350 kN，柱顶柱身最大弯矩增至2 360 kN·m，立柱底柱身弯矩变化较小，约2 700 kN·m；承载能力极限状态下边立柱顶面最大支座反力为2 260 kN。
综合分析，中立柱柱身最大弯矩变化较小，柱顶水平剪力增幅较大，宜加强柱顶箍筋，减小箍筋间距。立柱单侧钢筋配筋率0.3%时，能较好控制柱身裂缝；各组合下盖梁截面应力满足规范要求，结构受力状况合理。
③墩梁固结、盖梁设缝条件下的结构分析
模型I盖梁未设沉降缝，结构对预应力张拉、升、降温、差异沉降等较为敏感，模型Ⅲ在中立柱间设置沉降缝后，盖梁结构上分为两幅。通过在沉降缝处盖梁端部预埋固定端锚具，边立柱处盖梁端部单端张拉形成预应力体系。该结构降低了超静定次数，为优化设计创造了条件。
模型Ⅲ中单元、荷载、边界条件与模型I基本相同，在设置沉降缝的节点处将左、右单元隔离，预应力钢束在两幅桥墩结构中分别布置，经过试算和调束，优化截面内力后，计算结果见表3。
根据计算结果，立柱单侧钢筋配筋率0.3%时中立柱底部内缘柱身裂缝宽度不满足规范要求，各组合下盖梁截面应力满足规范要求。
④桥墩结构选择及优化
根据分析结果，三种结构特性如下：
墩梁全固结：升、降温，混凝土收缩、徐变，水平位移，基础差异沉降等作用对结构影响明显，立柱裂缝宽度Wfk是结构设计主控因素。
中墩固结、边墩释放：盖梁截面应力、立柱裂缝宽度Wfk满足规范要求，中、边立柱受力合理，盖梁、立柱截面可优化。
墩梁固结、盖梁设缝：结构超静定次数较低，中立柱裂缝是结构设计主控因素；差异沉降时沉降缝附近桥面铺装易纵向开裂。
综合分析，选用结构Ⅱ作为新建桥墩结构；边立柱顶面设置隔震力学性能、耐久性好的铅芯橡胶支座。
3 建设时序与施工保护
新建桥梁应按照地铁隧道盾构和桥梁下部结构的施工时序确定合理的施工组织方案，在保证施工质量、运营安全、结构耐久的前提下，对盾构和桥梁下部结构施工先后的两种工况作简要分析，提出合理的建议。
3.1 地铁盾构→地面桥梁
隧道盾构完工后，施工桥梁桩基础。考虑适用性和无挤土效应，上海地区桥梁桩基常选用钻孔灌注桩，需要注意的是施工中钻孔及泥浆循环容易对桩身附近土层产生扰动，局部土体内力重分布，有可能引起隧道结构变形、裂缝或渗水等不良后果。因此需要在隧道结构上安装监测装置，目的是在桩基及下部结构施工时对隧道结构进行监测。
盾构附近的钻孔桩一定桩身长度范围内推荐设置钢护筒，避免桩基施工对隧道结构的不利影响，该段桩基侧摩阻力不计入桩基承载力。应注意桩基定位精度，并在盾构附近四列纵桥向桩基内设置测斜管，实时监测桩身倾斜度。
施工时原地面的土体开挖或堆载将对下方隧道结构带来附加荷载，应避免在地铁上方原地面进行卸、堆载，承台开挖时应采取有效的等载措施。
3.2 地面桥梁→地铁盾构
本工况中盾构在桥梁下部结构完工后进行，桥梁按照隧道保护距离要求布置桩位，预留盾构空间，钻孔灌注桩桩身应安装监测装置。地铁盾构施工中应加强对桥梁下部结构的保护，控制盾构推进速度，尤其注意边墩桩基础的桩身状况监测，避免土压力变化造成桩基桩身强度破坏或土体扰动带来桩基沉降。
4 结 语
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
蔡家站位于北碚区蔡家组团规划LC3路下方，车站两端分别为站前明挖区间和站后配线明挖区间，周边现状为梯田。其结构形式为明挖地下双层岛式车站，站台宽12m。车站(不含配线)全长198.24m，标准段宽20.9m。车站有效站台中心里程为YDK43+552.625m，该处顶板覆土3.0m，底板埋深约16.2m。车站(不含配线)共设5个出入口、2个风道，其中1个为预留出入口。所有附属结构均为地下一层，待主体结构完工后再施工。
图1蔡家站总平面图
2 地质概况
本工程场地属构造剥蚀丘陵地貌，地形为沟槽与丘包相间分布，总体走向近南北，地面高程316～331m，相对高差15m。场地地势总体东高西低，地形平缓，地面坡角一般2～10°,局部较陡，地形坡角达25°。出露的地层主要为第四系残坡积粉质粘土(Q4el+dl)，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组(J2S)砂质泥岩、砂岩，岩性以砂质泥岩为主。
3.围护结构设计
3.1计算原则及标准
1基坑围护结构合理使用年限：1.5年。
2 边坡支护结构型式及其支护参数应根据工程地质、水文地质、施工条件和环境因素，按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）、重庆市地方标准《建筑边坡支护技术规范》（DB50/5018-2001）等有关规定进行技术经济比选，并参考已有的工程实例确定。
3 结构施工设计以地质详细勘察资料为依据。地质勘察应根据现行国家标准《地下铁道、轻轨交通岩土勘察规范》（GB50307-1999）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。
4 基坑支护结构设计应保证结构在施工及使用期间的安全，边坡支护结构布置应满足限界要求。
5根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）的有关规定，本基坑边坡工程安全等级属于一级，侧壁重要性系数。
6 边坡支护结构在施工阶段进行基坑稳定性验算。根据场地地质概况，岩质边坡破坏模式为平面滑动破坏，整体稳定安全系数取1.35。
7基坑支护结构的变形应不超过0.25%H，基坑周围地面沉降量应不超过0.15%H，H为基坑开挖深度。
3.2荷载及荷载组合
1永久荷载：
(1) 覆土重：按竖向全土重计，覆土容重按20kN/m3。
(2) 岩体重量：砂质泥岩容重按25.7kN/m3，砂岩容重按25kN/m3。
(3) 侧向土压力：采用朗肯土压力理论，按主动土压力考虑。
2可变荷载：只考虑地面超载，按20kPa计。
3 荷载组合:永久荷载+可变荷载。
3.3边坡计算
车站边坡采用理正岩土软件进行了支护计算，并且根据《建筑边坡技术规范》（GB50330-2002）按平面滑动理论计算的边坡稳定性系数大于规范给定的临界值1.35。考虑上部土层厚度约3～5m，施作锚杆较为困难，采用钢花管注浆代替，并且采用理正深基坑软件，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）附录A圆弧滑动简单分条法，对上部土层稳定性进行复核验算，验算值大于临界值1.3，基坑设计安全。
3.4边坡设计
车站施工时围护结构基坑深约为10～12米。根据地质情况、场地条件并结合重庆本地经验，本站基坑采用放坡+锚喷支护。边坡采用二级放坡（局部三级）；上部土层采用1:1放坡+钢花管注浆，下部岩层采用1:0.5放坡+锚喷支护。
上部采用ф42注浆花管，其与钢筋网牢固焊接。钢花管与钢筋网应点焊，锚杆入射角15°。钢花管浆液为42.5级水泥浆，注浆压力1.0～1.2Mpa。注浆参数应在施工中不断调整，以尽量保证钢管之间浆液充填饱满，形成稳定壳体。
下部岩层面层铺设8@150×150单层钢筋网片，施作100mm厚C20早强喷射混凝土，岩层中打设ф22砂浆锚杆(角度15、长5～6m、间距2×2m梅花形布置)。
考虑到雨季中边坡安全，护坡坡面上沿高度和长度方向设泄水孔（ф=100mm、间距2～3m、外倾5%），最下一排泄水孔高于基坑面300mm，泄水孔后设反滤层。
图2典型边坡支护断面图
4主体结构设计
4.1 荷载
4.1.1荷载种类
1永久荷载
①结构自重：按实际重量计算，混凝土容重25kN/m3；
②顶板及挑板水土压力：按顶板（及挑板）上的实际覆土深度、土体物理力学参数及地下水位情况计算，采用水土合算，覆土重度取20kN/m3；
③侧向土压力：按车站深度范围内的土层厚度、各土层物理力学参数及静止侧压力系数计算，静止侧压力系数取0.5，远期使用阶段采用浮重度计算，近期使用阶段采用天然重度计算；
④侧向水压力：按车站深度范围内的地下水位计算，水的重度取10 kN/m3；
⑤中楼板荷载:包括人群、设备、装修、隔墙荷载，统一按恒载考虑；
⑥底板水浮力：按设防水位（即规划道路标高地表水位）计算。
2可变荷载
地面超载：按20kPa计算，按均布荷载计算其产生的附加水平侧压力。
4.1.2荷载计算
抗浮水位按0m考虑，静止侧压力系数取0.5。
车站共分三个典型的计算断面，分为：标准段（1-18轴）、加宽加高段（18-24轴）、单柱段（24-25轴）。各个计算断面覆土厚度分别为： 3.0m、1.8m、2.7m。以标准段为例计算其各项荷载如下：
表1
4.2 荷载组合
结构设计应考虑的荷载组合及组合系数应按下表确定。
荷载组合形式表 表2
注：括号内数字为当荷载对结构有利时的分项系数。
4.3计算原则及标准
1结构设计使用年限：100年；
2结构安全等级及构件重要性系数：车站结构安全等级为一级，结构构件重要性系数＝1.1；
3抗震等级：车站结构抗震设防烈度6度，抗震等级三级；
4人防防护等级：车站结构的人防防护等级为六级；
5防火等级：车站结构的防火等级为一级；
6结构防水：车站结构防水按一级标准进行设计,即不允许渗漏水,结构表面无湿渍。主体结构和附属结构所用混凝土的抗渗等级≮S8；
7结构环境类别：车站结构迎土面的环境类别为Ⅰ-C类，非迎土面及内部混凝土构件的环境类别为I-B类；
8结构抗裂标准：迎土面混凝土构件的裂缝宽度应不大于0.2mm，非迎土面混凝土构件的裂缝宽度应不大于0.3mm；
9结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定验算，设防水位按规划道路标高地表水位考虑。在不考虑侧壁摩阻力时，车站结构抗浮安全系数不得小于1.05，适当考虑侧壁摩阻力时,抗浮安全系数kf≥1.10。
4.4 结构计算模型的基本假定
1 主体结构按平面问题考虑,取单位米长度进行结构分析，即为横断面法。纵梁—立柱体系的地铁车站横断面符合平面应变原则，可将横断面等效为宽度为单位长度的梁体系进行平面计算。根据有限元计算原理，将组成结构的各段梁柱分成梁单元，各单元之间以节点相连。划分单元时单元长度不宜过大，否则将导致计算结果误差增大。对于明挖车站的计算，单元长度可取1米左右。
2 主体结构底板、侧墙按温克弹性地基梁进行假设, 基坑内的地体作用采用有限元计算中离散的受压弹簧单元代替分布的地基, 弹簧刚度按地基土压实系数进行计算。
3 侧墙荷载按静止土压力计算,使用阶段采取水土分算。
4.5结构计算模型
采用有限元软件MIDAS/Gen 6.0对车站主体进行了计算, 主体结构计算简化为底板置于弹性地基上的平面框架。计算采用结构- 荷载模式, 按荷载最不利组合进行结构的抗弯、抗剪、抗压、抗扭强度和裂缝宽度验算。
图3 标准段计算模型
4.6 结构内力计算结果
远期使用阶段标准组合下的标准段主体结构内力图：
图4 弯矩图(kN·m)图5 剪力图(kN)
图6 轴力图(kN)
通过以上内力计算结果表明: 明挖车站的结构计算通常采用平面框架形式, 而车站纵梁采用车站横向框架计算出来的轴力再以等效均布荷载的形式加在纵梁上, 也以框架形式进行计算, 从计算结果来看这种计算模型合理、计算简洁, 结构断面尺寸的选取是合理的。 底板跨中正弯矩比顶板大,所以设计时底板板厚取900mm，顶板板厚取800mm才能满足抗裂要求, 同时顶、底板及侧墙支座处负弯矩也都比较大, 为满足抗裂设计要求对这些部位进加腋，腋角大小设置为900mm300mm。
5 设计中函待解决问题
车站内力计算采用的横断面计算法是目前较多采用的一种计算方法,也是一种最简化的计算方法。其缺点是忽略了板的刚度对粱的受力影响，如果板较厚,或者板厚与梁高之比介于0.2〜0.5，则板对梁纵向受力的影响是不容忽略的,实际上大多数地铁车站的板厚与梁高之比都介于这个范围,按横断面计算法的结果 可能是板的横向弯矩偏大,而纵向弯矩被忽略掉了，同时忽略掉了板对梁的弯矩的分担，致使梁的计算弯矩过大，这会导致板在某些部位（如柱边、梁边）纵向配筋不足。另外,结构横剖面在梁的支座部位与梁的胯中部位,其受力情况也是有差异的。
6 结束语
1 车站概况
