地铁车辆段扩容改造工程结构设计(共4328字).doc

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1、地铁车辆段扩容改造工程结构设计(共4328字)【摘要】结合广州地铁厦滘车辆段扩容改造工程实例，简要介绍和讨论了地质条件、现场施工条件、柱网布置、桩基础选型。分区域选用PHC管桩、锚杆静压桩，通过结构-桩-土共同作用计算分析，对网架结构和桩基础进行包络设计。【关键词】车辆段；锚杆静压桩；结构-桩-土共同作用；土弹簧随着我国地铁发展日益成熟，部分地区地铁客流量增加，运力需求提高，一些既有地铁车辆段需要进行扩容改造。由于车辆段扩容改造涉及到的专业众多、专业之间接口多、新旧设计衔接多、影响设计的既有限制因素多，同时建设单位往往要求不停运改造，结构设计如何采用有效措施，方可减少实际施工过程对既有行车设施

2、的影响？本文拟以广州地铁厦滘车辆段扩容改造工程为例，阐述其结构设计限制条件及设计要点，做到施工过程基本上不干扰地铁正常运营。1工程概况广州地铁厦滘车辆段定位为B型车的综合检修基地，担负线网中3号线B型列车的停放、运用、定修、架修、大修任务，已于2005年建成投入使用。为了满足线网规模和增购列车停放需求，厦滘车辆段于2014年启动扩容改造工程。本次扩容改造主要内容包括新建15个停车列位，以及对运用库、运转办公楼、检修主厂房等配套设施进行改造，新建总建筑面积为11218.6m2，其中：新建运用库建筑面积9042.6m2，无地下室，地面单层，采用正交正放四角锥网架结构，由钢筋混凝土铰接柱支撑，上铺轻

3、型屋面板，混合使用焊接空心球和螺栓球节点；新建镟轮库建筑面积756m2，局部地下为镟轮坑、地面一层，拟采用钢筋混凝土框架结构；新建运转办公楼面积1420m2，无地下室，地面两层，拟采用钢筋混凝土框架结构。2工程地质条件根据本工程岩土工程详细勘察报告，本场地地表为素填土，局部已有水泥搅拌桩处理，以下有0.80m13.90m厚的淤泥层、0.70m6.80m厚的淤泥质土层、0.60m7.50m厚的中粗砂层，强风化岩、中风化岩均属于软质岩，端阻和侧阻较低。根据地铁正常运营要求，本工程不应引起邻近既有轨道的竖向隆起或沉降，水平变形均不应超过20mm。为了有效控制地基基础变形，本工程不适合采用浅基础，考虑

4、采用桩基础，桩身应穿透淤泥、淤泥质土等软弱土层，桩尖进入连续稳定的强风化泥质粉砂岩或中风化泥质粉砂岩。3现场施工条件本工程需要在既有运用库内部进行新建检查坑和检修平台施工；需要在既有运用库边线上进行新建网架及其立柱、基础施工，既有厂房内结构与轨面之间净高约7m10m，不适合大型桩机进场施工。运用库区域的现场条件详见图1、图2、图3、图4。4结构设计要点综合考虑上述制约条件，设计从柱网布置、桩基础选型、计算分析等方面采取措施，确保扩容改造设计满足不停运施工。4.1合理布置柱网B区、D区新建运用库、运转楼，局部位于既有库边，应合理布置柱网，既要错开既有接触网立柱，也不允许利用既有柱支撑新建结构，使

5、得新旧结构及其基础均分缝脱开，可避免对既有结构及其基础的检测与加固，也避免了既有基础产生新的沉降，节约设计及施工工期。4.2分区域选择桩型根据上部结构计算结果，柱底竖向反力标准值约为1551980KN，初步研究有四种可行的桩型：小直径钻孔灌注桩、微型钢管桩、预制混凝土方桩、预应力管桩。桩型技术经济对比如表1。由表1可见，预制混凝土方桩、预应力管桩对于本工程经济性较好，拟采用静压压桩施工工艺。压桩工艺要求，既不受库内既有轨道、既有接触网立柱等平面尺寸限制，也不受屋面网架及其下方的接触网净高尺寸限制，原则上不得影响地铁正常运营使用。各区域所有单体的桩型如表2所示。为了减小静压预制桩的挤土效应，与既

6、有桩基承台、既有轨道水平距离不超过18m范围内的新建基桩，均要求在压桩前进行引孔，引孔直径为200mm、引孔深度为12m，实际施工如遇到水泥搅拌桩、中粗砂层也可引孔解决。同时也要求，在施工全过程中，与每一根新建基桩水平距离不超过18m范围内的既有桩基承台、既有轨道，均进行水平变形、竖向变形监测，任一方向变形超过10mm即提出预警。A区、B区、D区新建镟轮库、运用库、运转楼等单体，位于既有库外或既有库边，采用常规的预应力管桩，共471根，其中只有80根管桩与既有结构的距离超过15m。经施工单位调研，库外及库边的预应力管桩拟采用ZYB180型压桩机，该桩机长宽高尺寸为10m5.8m5.6m，需要净

7、空大于10m、距离既有构筑物边缘大于3.75m，利用桩机自动行走系统，自动采集数据，施工效率达600m/日，终压值1800KN，不影响地铁日常运营，可满足设计要求。C区既有库内新建检查坑，拟采用预制混凝土方桩，共72根。由于既有网架下局部设置了既有接触网，该接触网距离轨面约7m，原设计拟采用锚杆静压压桩，后经过方桩桩位调整优化，避开既有接触网，土方开挖后再进行打桩，桩机施工净高由7m增加至10m，因此改用ZYB180型压桩机压桩，施工终压值可达到1800KN，仍可满足设计要求单桩承载力特征值750KN。D区既有库内新建检修平台，拟采用预制混凝土方桩，共16根，无法避开既有接触网，采用锚杆静压压

8、桩。锚杆静压桩属于非常规桩型，常用于改造工程，文献1中锚杆静压桩采用250250规格，C30混凝土，单桩承载力特征值250KN；文献2中锚杆静压桩采用400400规格，C40混凝土，单桩承载力特征值1000KN。本工程预制混凝土方桩，规格为350350，桩身混凝土强度等级为C35，单桩承载力特征值为Rd500KN，采用焊接连接。按文献3取压桩力系数Kp2.0，设计最终压桩力取PpKpRd1000KN。4.3上部结构-桩-土共同作用分析传统的建筑结构设计，将基础顶面或者地下室顶板作为上部结构的嵌固端，即把上部结构的柱底假定为理想刚接处理。本工程场地淤泥软弱层较厚，柱脚难以实现理想刚接，因此本工程

9、拟对新建网架、支撑柱、桩基础与土进行共同作用分析，考虑地基土约束、桩基础刚度对上部结构内力、变形的影响，本工程把柱底理想刚接定义为计算模型1，上部结构-桩-土共同作用分析定义为计算模型2，两者均采用MIDAS-GEN软件进行计算分析，并导入3D3S软件进行施工图包络设计。其中：网架上下弦杆及腹杆均采用桁架单元模拟、钢筋混凝土柱采用梁单元模拟，计算模型2中的预应力管桩采用梁单元模拟、承台采用实体单元模拟。计算模型2需要对承台、基桩考虑土弹簧刚度。文献4指出：按建筑桩基技术规范5的m值法计算的弹簧刚度，大于按城市轨道交通岩土工程勘察规范6的计算值，越到桩的下部，差值越大，最大差异约为100倍。本工

10、程各岩土地层的水平基床系数、垂直基床系数按岩土工程详勘报告取固定值，不随深度的变化而变化，并按文献4计算公式分别计算桩侧水平地基弹簧初始刚度、桩周竖向地基弹簧初始刚度等。承台采用了实体单元模拟，MIDAS软件实体单元按面弹性支承输入水平基床系数，程序可自动转换为节点弹性支承，大大降低了手工计算异形承台侧面水平地基弹簧初始刚度的难度。桩身则按每0.5m桩长划分单元长度，每个节点均输入土弹簧水平、竖向刚度。上述两种计算模型，进行主要结果的对比分析。周期与振型对比如图5及图6所示，网架结构和支撑柱的变形、内力对比见表3。考虑结构-桩-土共同作用后，结构整体刚度变小，各阶振型形状基本类似，自振周期延长

11、27%，结构竖向变形不明显，水平变形增加57%，网架桁架单元峰值应力增加5%，柱底反力有所降低，但是温差及风吸工况下柱底反力拉力值增加25%。网架球节点、网架支座、预埋件设计、基桩抗拔力等应考虑计算模型2的水平变形、竖向拉力的不利因素。在厦滘车辆段扩容改造工程结构设计与施工过程中，主要解决了下列问题：通过合理分缝，新旧结构及其基础脱开，互相独立，可避免对既有结构及其基础的检测与加固，也避免了既有基础产生新的沉降，节约设计及施工工期。考虑现场施工条件，施工机械尺寸限制尤其明显，对桩基础选型影响较大。分区域选择桩型，库外选用液压配重静压预应力管桩，库内选用锚杆静压预制钢筋混凝土方桩、液压配重静压预

12、制钢筋混凝土方桩，解决了桩基础施工可行性问题。为考虑地基基础变形对多次超静定结构的不利影响，对结构-桩-土进行共同作用计算分析，在深厚软土区的大跨度网架结构，尤其要重视整体变柔引起内力、变形的不利变化。【参考文献】1邓汉荣.锚杆静压桩在广州旧白云机场改造工程中的应用J.建筑结构,2009,39（8）:32-35.2廖明进.大口径锚杆静压桩在基础加固改造中的设计与施工J.施工技术,2011,40（352）:88-90.3中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ1232012既有建筑地基基础加固技术规范S.北京:中国建筑工业出版社,2012.4马福东.基于不同基础模拟方式的钢-混凝土组合高架独柱车站抗震分析探讨J.铁道标准设计,2019,63（1）:122-127.5中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ942008建筑桩基技术规范S.北京:中国建筑工业出版社,2008.6中华人民共和国住房和城乡建设部.GB503072012城市轨道交通岩土工程勘察规范S.北京:中国计划出版社,2012.第 8 页 共 8 页