11.6 结构设计

11.6.1 结构设计应符合下列规定：
        1 地下结构设计应严格控制基坑开挖和隧道施工引起的地面沉降量，对由于土体位移可能引起的周围建、构筑物和地下管线产生的危害应进行预测，依据不同建筑物按有关规范、规程的要求或通过计算确定其允许产生的沉降量和次应力，并提出安全可靠、经济合理的技术措施。地面变形允许数值应根据现状评估结果，对照类似工程的实践经验确定；
        2 地下结构应按施工阶段和正常使用阶段分别进行结构强度、刚度和稳定性计算。对于钢筋混凝土结构，尚应对使用阶段进行裂缝宽度验算；偶然荷载参与组合时，不验算结构的裂缝宽度；
        3 普通钢筋混凝土结构的最大计算裂缝宽度允许值应根据结构类型、使用要求、所处环境和防水措施等因素确定；
        4 处于一般环境中的结构，按荷载准永久组合并计及长期作用影响计算时，构件的最大计算裂缝宽度允许值，可按表11.6.1中的数值进行控制；处于冻融环境或侵蚀环境等不利条件下的结构，其最大计算裂缝宽度允许值应根据具体情况另行确定。

表11.6.1  钢筋混凝土构件的最大计算裂缝宽度允许值(mm)

    注：1 当设计采用的最大裂缝宽度的计算式中保护层的实际厚度超过30mm时，可将保护层厚度的计算值取为30mm；
           2 厚度不小于300mm的钢筋混凝土结构可不计干湿交替作用；
           3 洞内潮湿环境指环境相对湿度为45％～80％。
        5 计算简图应符合结构的实际工作条件，反映围岩与结构的相互作用，并应符合下列规定：
          1)采用双层衬砌时，应根据两层衬砌之间的构造型式和结合情况，选用与其传力特征相符的计算模型；
          2)当受力过程中受力体系、荷载形式等有较大变化时，宜根据构件的施作顺序及受力条件，按结构的实际受载过程及结构体系变形的连续性进行结构分析。
        6 结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定性验算。抗浮安全系数当不计地层侧摩阻力时不应小于1.05；当计及地层侧摩阻力时，根据不同地区的地质和水文地质条件，可采用1.10～1.15的抗浮安全系数；
        7 直接承受列车荷载的楼板等构件，其计算及构造应符合现行行业标准《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002．3的有关规定；
        8 地下结构应进行横断面方向的受力计算，遇下列情况时，尚应进行纵向强度和变形计算：
          1)覆土荷载沿其纵向有较大变化时；
          2)结构直接承受建、构筑物等较大局部荷载时；
          3)地基或基础有显著差异，沿纵向产生不均匀沉降时；
          4)沉管隧道；
          5)地震作用下的小曲线半径的隧道、刚度突变的结构和液化对稳定有影响的结构。
        9 当温度变形缝的间距较大时，应计及温度变化和混凝土收缩对结构纵向的影响。
       10 空间受力作用明显的区段，宜按空间结构进行分析；
       11 装配式构件尺寸的确定应能使制作、吊装、运输以及施工安全和方便。接头设计应满足受力、防水和耐久性要求；
       12 矿山法施工的结构的设计，应以喷射混凝土、钢拱架(包括格栅拱架和型钢拱架)或锚杆为主要支护手段，根据围岩和环境条件、结构埋深和断面尺度等，通过选择适宜的开挖方法、辅助措施、支护形式及与之相关的物理力学参数，达到保持围岩和支护的稳定、合理利用围岩自承载能力的目的。施工中，应通过对围岩和支护的动态监测，优化设计和施工参数；
       13 暗挖法施工的结构，应及时向其衬砌背后压注结硬性浆液。
11.6.2 基坑工程设计应符合下列规定：
        1 基坑工程设计应根据工程特点和工程环境保护要求等确定基坑的安全等级、地面允许最大沉降量、围护墙的水平位移等控制要求；
        2 基坑工程应根据地质及水文地质条件、基坑深度、沉降和变形控制要求通过技术经济比较选择支护形式、地下水处理方法和基坑保护措施等；
        3 基坑工程应进行抗滑移和倾覆的整体稳定性、基坑底部土体抗隆起和抗渗流稳定性及抗坑底以下承压水的稳定性检算。各类稳定性安全系数的取值应根据环境保护要求按地区经验确定。各类基坑支护工程应根据表11.6.2的规定进行检算；

表11.6.2  基坑工程稳定性检算内容

注：1 △为应检算，○为必要时检算；
       2 抗隆起(一)为围护墙以下土体上涌；
       3 抗隆起(二)为坑底土体上涌。

        4 桩、墙式围护结构的设计应根据设定的开挖工况和施工顺序按竖向弹性地基梁模型逐阶段计算其内力及变形。当计入支撑作用时，应计及每层支撑设置时墙体已有的位移和支撑的弹性变形；
        5 桩、墙式围护结构的设计，应结合围护墙的平面形状、支撑方式、受力条件及基坑变形控制要求等因素确定计算土压力。长条形基坑中的锚撑式结构或受力对称的内撑式结构，可假定开挖过程中作用在墙背的土压力为定值，按变形控制要求的不同，根据地区经验，选用主动土压力至静止土压力之间的适宜值；受力不对称的内撑式结构或矩形竖井结构，宜按墙背土压力随开挖过程变化的方法分析；
        6 桩、墙式围护结构的设计，在软土地层中，水平基床系数的取值宜计入挖土方式、时限、支撑架设顺序及时间等影响；
        7 桩、墙支护结构内支撑可选择钢支撑、钢筋混凝土支撑或预应力锚杆(索)，支撑系统应采用稳定的结构体系和连接构造，其刚度应满足变形和稳定性要求。支撑的选择应作好技术、经济方案论证；形状比较复杂且环境保护要求较高的基坑可采用现浇钢筋混凝土支撑；
        8 基坑支撑系统采用锚杆(索)时，应计及主体结构与附属结构、车站与区间之间施工的相互影响；当进入建设用地或邻近管线时，还应计及其与外部设施的相互影响；
        9 支撑或锚杆(索)对桩墙施加的预应力值，宜根据支撑类型及所在部位、温度变化对支撑的影响程度等因素确定；
       10 当围护结构兼作上部建筑物的基础时，尚应进行垂直承载能力、地基变形和稳定性计算；盖挖法的围护桩(墙)应按路面活载验算竖向承载力和纵向制动时的水平力；
       11 现浇钢筋混凝土地下连续墙的设计应符合下列规定：
          1)单元槽段的长度和深度，应根据建筑物的使用要求和结构特点、工程地质和水文地质条件、施工条件和施工环境等因素按类似工程的实际经验确定，必要时可进行现场成槽试验；
          2)地下连续墙墙段之间接头构造应满足传力和防水要求；
          3)当地下连续墙与主体结构连接时，预埋在墙内的受力钢筋、钢筋连接器或连接板锚筋等，均应满足受力和防水要求，其锚固长度应符合构造规定。钢筋连接器的性能应符合现行行业标准《钢筋机械连接技术规程》JGJ 107的有关规定；
        4)地下连续墙的墙面倾斜度和平整度，应根据建筑物的使用要求、工程地质和水文地质条件及挖槽机械等因素确定。墙面倾斜度不宜大于1/300，局部突出不宜大于100mm，且墙体不得侵入隧道净空。
       12 当有适用于基坑设计的地方标准时，应按当地的标准执行。
11.6.3 明挖法施工的结构设计应符合下列规定：
        1 明挖法施工的结构宜按底板支承在弹性地基上的结构物计算，并计入立柱和楼板的压缩变形、斜托和支座宽度的影响；
        2 明挖法施工的结构应根据工程地质、水文地质、埋深、施工方法等条件，进行抗浮、整体滑移及地基稳定性验算；
        3 车站顶、底纵梁受净空限制时可采用十字梁或反梁，必须采用扁宽梁时，应根据各层板与梁的刚度比，计入板在纵向内力分配的不均匀性，同时应核算深受弯构件的抗弯抗剪承载力。反梁斜截面受剪承载能力的计算和箍筋的配置可按现行国家标准《人民防空工程设计规范》GB 50225的有关规定执行。
11.6.4 盖挖逆作法施工的结构设计除应符合本规范第11.6.3条的规定外，尚应符合下列要求：
        1 当采用逆作法施工时，其结构形式、技术措施、施工方法和施工机具的选择等宜减少施工作业占用道路的时间和空间；
        2 当楼板和梁等构件作为水平支撑体系时，应满足施工和使用阶段的承载力和刚度要求；
        3 中间竖向支撑系统的设计，其形式和纵向间距应结合建筑、受力、地层条件和工期等要求，通过技术经济比较确定，并宜采用临时支撑柱与永久柱合一的结构方案。支撑柱可采用钢管混凝土柱或型钢柱，柱下基础可采用桩基或条基；
        4 桩基的形式应根据地层特性、受力大小，进行技术、经济比较后确定，可采用直桩、扩底桩、支盘桩等型式；
        5 桩基的垂直承载能力宜根据计算或现场原位静力试验结果按变形要求进行修正。桩基应按现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106的有关规定，对桩身完整性逐根进行检查；
        6 作为永久结构使用的中间竖向支撑系统的设计，应控制支撑柱的就位精度，允许定位偏差不大于20mm，同时其垂直度偏差也不宜大于1/500。在柱的设计中应根据施工允许偏差计入偏心对承载能力的影响；
        7 节点的构造应符合结构预期的工作状态，保证不同步施工的构件之间连接简便、传力可靠，在逆作法特定的施工条件下可操作，并不应影响后续作业的进行；
        8 应采取控制施工过程中围护结构与中间桩的相对升沉的措施。施作结构底板前，相对升沉的累计值不得大于0.003L(L为边墙和立柱轴线间的距离)，且不宜大于20mm，并应在结构分析中计入其影响；
        9 应保证下部后浇墙、柱与先期施作的混凝土之间的整体性、水密性和耐久性。
11.6.5 盾构法施工的隧道结构设计应符合下列规定：
        1 装配式衬砌宜采用接头具有一定刚度的柔性结构，应限制荷载作用下变形和接头张开量，并应满足其受力和防水要求。
        2 隧道结构的计算模型应根据地层特性、衬砌构造特点及施工工艺等确定，并应计入衬砌与围岩共同作用及装配式衬砌接头的影响。根据隧道结构和地层特点，可采用自由圆环法、修正惯用计算法和梁弹簧模型计算法等进行计算。
        3 采用错缝拼装的衬砌结构宜计入环间剪力传递的影响。空间受力明显的联络通道区段，宜按空间结构进行计算。
        4 装配式衬砌的构造应符合下列要求：
          1)隧道衬砌可采用“标准环”或“通用环”管片形式，并宜采用错缝拼装方式。
          2)隧道衬砌宜采用块与块、环与环间用螺栓连接的管片。
          3)衬砌环宽可采用1000mm～1500mm。
          4)衬砌厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水文地质条件，使用阶段及施工阶段的荷载情况等确定。衬砌厚度宜为隧道外轮廓直径的0．040倍～0．060倍。
          5)管片楔形量应根据线路最小曲线半径计算，并留有满足最小曲线半径段的纠偏等施工要求的余量。
          6)衬砌环的分块，应根据管片制作、运输、盾构设备、施工方法和受力要求确定。单线区间隧道宜采用6块；双线区间隧道宜采用8块。
          7)在管片手孔周围应设置加强筋。
          8)在管片中心预留二次注浆孔，二次注浆孔周围应设置螺旋加强筋。
        5 盾构隧道宜利用车站端头作为施工竖井，车站结构设计时应满足盾构始发或到达的受力要求，必要时盾构施工竖井也可在区间或在区间一侧设置。
        6 盾构施工竖井的形式和大小应根据地质条件、盾构组装和拆卸要求和施工出碴进料等需求确定。
        7 盾构进出洞口处，应设置洞口密封止水环，在管片与竖井井壁间应设置现浇钢筋混凝土环梁，在竖井井壁应预埋与后浇环梁连接的钢筋。
        8 竖井结构设计应计及吊装盾构机的附加荷载，以及盾构出发时的反力对竖井内部构件或竖井壁的影响。
        9 盾构竖井始发和到达端头的土体应进行加固，加固方法和加固参数应根据土质、地下水、盾构的形式、覆土、周围环境等条件确定。
11.6.6 矿山法施工的结构设计应符合下列规定：
        1 矿山法施工的结构，在预设计和施工阶段，应通过理论分析或工程类比对初期支护的稳定性进行判别；
        2 复合式衬砌的初期支护(含围岩的支护作用)应按主要承载结构设计，承担施工期间的全部荷载，其设计参数可采用工程类比法确定，施工中应通过监控量测进行修正；浅埋、大跨度、围岩或环境条件复杂、形式特殊的结构，应通过理论计算进行检算；同时应符合下列规定：
          1)岩石隧道应利用围岩的自承载能力；
          2)土质隧道应采用较大的初期支护刚度，并注意及时施作二次衬砌。
        3 复合式衬砌中的二次衬砌，应根据其施工时间、施工后荷载的变化情况、工程地质和水文地质条件、埋深和耐久性要求等因素，按下列原则设计：
          1)第四纪土层中的浅埋结构及通过流变性或膨胀性围岩中的结构，初期支护应具有较大的刚度和强度，且宜提前施作二次衬砌，由初期支护和二次衬砌共同承受外部荷载；
          2)应计及在长期使用过程中，外部荷载因初期支护材料性能退化和刚度下降向二次衬砌的转移；
          3)作用在不排水型结构上的水压力由二次衬砌承担；
          4)浅埋和Ⅴ～Ⅵ级围岩中的结构宜采用钢筋混凝土衬砌。
        4 车站、风道和其他大跨度土质隧道，采用矿山法施工时应合理安排开挖分块和开挖步序，应减少分步开挖的导洞之间的相互影响。
11.6.7 沉管法施工的隧道结构设计应符合下列规定：
        1 沉管法施工的隧道应就其在预制、系泊、浮运、沉放、对接、基础处理等不同施工阶段和运营状态下可能出现的最不利荷载组合，并计及地基的不均匀性和基础处理的质量，分别对横断面和纵向的受力进行分析。纵向分析时应计及接头刚度的影响。
        2 水压力应分别按正常情况下的高水位和低水位两种工况计算，并应用历史最高水位进行受力检算，在含泥砂量较高的河道中应计入水重度的增高。
        3 沉管法施工的隧道抗浮稳定性应符合下列要求：
          1)管节完成舾装后的干弦高度控制在100mm～250mm范围内；
          2)在沉放、对接、基础处理等施工阶段的抗浮安全系数不应小于1.05；
          3)运营阶段的抗浮安全系数不应小于1.10。
        4 沉管隧道的沉降量应通过理论计算和基础沉降模拟试验的结果综合确定。
        5 管节可采用柔性接头或刚性接头。接头应具备抵抗地基沉降及地震等作用产生的应力和变形的能力，刚性接头尚应计及混凝土干燥收缩和温度变化的影响，管节接头应满足水密性、可施工性和经济性等要求。其最终接头的位置，可选在水中或岸上。
        6 基槽横断面应符合下列要求：
          1)基槽宽度宜在管节最大外侧宽度的基础上，每侧预留1.0m～2.0m，采用水下喷砂基础处理方法时，应适当加大预留宽度；
          2)基槽的深度应为沉管段的底面埋深加上基础处理所需的高度。基槽开挖的允许误差宜为±300mm；
          3)基槽边坡率应通过稳定性计算确定，并应根据沉管隧道所处位置的潮汐、淤积和冲刷等水力因素进行修正。
        7 沉管隧道应进行基础处理，并应根据场地的地质、水文情况、沉管隧道的断面形式、基槽开挖方法、施工设备和施工条件等，选择适宜的方法。一般地基的基础处理可采用先铺法或后填法来保证基底的平整；可能产生震陷的特别软弱地基上的沉管隧道宜采用桩基础。
        8 沉管隧道的顶部应设防锚层，并用粗颗粒的不易液化和透水性好的材料进行回填。
11.6.8 顶进法施工的地铁结构的设计，可按现行行业标准《铁路桥涵设计基本规范》TB 10002．1中有关顶进桥涵的规定执行。