地鐵車輛基地結(jié)構(gòu)設(shè)計的考量與把控

江磊

摘 要：通過總結(jié)若干個國內(nèi)地鐵車輛基地結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗，文章從淺入深地歸納了相應結(jié)構(gòu)設(shè)計主要需要考量的方面和設(shè)計重點的把控，以期為今后相近工程作參考。

關(guān)鍵詞：車輛段；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

中圖分類號：U231+.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0108-03

1 地鐵車輛基地概況

城市軌道交通地鐵車輛段（定修段）、停車場是車輛停放，檢查，整備，運用和修理的管理中心所在地，除有足夠的停車場地外，還肩負著車輛保養(yǎng)，維修，材料存放和職工技術(shù)培訓中心等綜合基地。

從房屋結(jié)構(gòu)方面來說，城市軌道交通車輛段和停車場具有以下特點：

1.1 基礎(chǔ)形式多：車輛段和停車場相比地鐵車站來說，用地范圍較大，如寧波某車輛段、某停車場使用場地面積分別為38.4和7.2公頃，房屋建筑面積分別為43.23平方米（含上蓋物業(yè)）、3.2萬平米；南昌地鐵1號線某定修段、某停車場用地面積分別21.48公頃和8.2公頃，房屋面積為6.6萬和3.3萬平方米；成都地鐵4號某車輛段用地面積為21.01公頃，房屋建筑面積為6.5萬平方米；昆明某車輛段和某停車場用地面積為22.3公頃和7.23公頃，房屋建筑面積分別為6.92和1.88萬平方米；而車站用地范圍不到1公頃，所以車輛段和停車由于房屋所處位置的不同，通常采用多種基礎(chǔ)形式，有時一棟房屋就有兩種基礎(chǔ)形式，中間用沉降縫隔開。

1.2 結(jié)構(gòu)類型多：場區(qū)有運用庫、檢修主廠房、鏇輪庫、輪對踏面檢測庫、洗車機房、物資總庫、牽引降壓混合變電所、污水處理站等生產(chǎn)用房，還有綜合樓、培訓中心、職工公寓、食堂等生活用房，是一個地鐵綜合基地。沒有一棟房屋在使用上完全相同，每一棟房屋有各自的使用功能，為節(jié)約投資，使結(jié)構(gòu)布置更為合理，在同一場區(qū)常常采用不同的結(jié)構(gòu)類型。

1.3 地質(zhì)條件復雜：由于車輛段和停車場基本上處于每條線路的兩端，地處城郊，為避免少占良田，通常建在山坳間或城郊閑置土地上，不是大挖大填就是地質(zhì)情況較為復雜的場地。

1.4 結(jié)構(gòu)復雜：由于車輛段、停車場房屋大部分為生產(chǎn)性房屋，一方面，房屋內(nèi)設(shè)備較多，較復雜；另一方面當場地位于城郊結(jié)合部時，為節(jié)約土地資源，車輛段和停車場通常采用上蓋方案進行物業(yè)開發(fā)利用；所以結(jié)構(gòu)具有復雜性。

2 車輛基地結(jié)構(gòu)設(shè)計階段

車輛段、停車場房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計分4個設(shè)計階段：可行性研究階段，初步設(shè)計階段、招標設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段。

2.1 可行性研究階段主要考慮車輛段和停車場的選址和規(guī)模，研究結(jié)構(gòu)形式及可行性。提供結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書，明確設(shè)計依據(jù)、設(shè)計標準等，根據(jù)建筑和工藝提供的資料，初步估計采用的結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式及特殊地基基礎(chǔ)處理方案、主要結(jié)構(gòu)材料等的說明。

2.2 初步設(shè)計階段對于結(jié)構(gòu)專業(yè)來說是比較重要的階段，研究結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟合理性，內(nèi)容比可行性研究階段要詳細得多。初步設(shè)計審查通過后就作為下階段設(shè)計的依據(jù)。

根據(jù)工藝要求、配合建筑專業(yè)進行柱網(wǎng)的布置圖，特別是運用庫、檢修主廠房、物資總庫等生產(chǎn)房屋。注意以下問題：

（1）建筑平面圖、立面圖和剖面圖是否滿足混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范、抗震規(guī)范等的要求，特殊結(jié)構(gòu)按現(xiàn)行的技術(shù)水平是否可以處理，計算；當建筑平面圖中平面凹進的尺寸，大于相應投影方向的1/3時，為不規(guī)則平面布置，可同建筑專業(yè)設(shè)計人員商量，盡量避免采用不規(guī)則的建筑平面布置圖。

（2）伸縮縫、沉降縫、抗震縫的設(shè)置是否滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

（3）房屋是否超長、超高，結(jié)構(gòu)是否可以處理，提出正確的處理意見。

2.3 施工圖設(shè)計階段：結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計文件組成內(nèi)容包括圖紙目錄、設(shè)計說明、設(shè)計施工圖、計算書等；這個階段是相當重要的階段，說明要全面，不漏項；制圖按結(jié)構(gòu)規(guī)范出圖，方便圖集的采用；計算要有依據(jù)。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容及方法

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)：（1）本項目的相關(guān)文件；（2）主要規(guī)范、規(guī)程；（3）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)；（4）建筑、工藝等各專業(yè)開放圖。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計原則及技術(shù)標準

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計原則主要是綜合考慮建筑功能、工程水文地質(zhì)、荷載特性、環(huán)境因素、施工工藝、建設(shè)周期等因素，做到既安全、可靠，又經(jīng)濟、合理的房屋。

技術(shù)標準主要是根據(jù)規(guī)范要求，注明結(jié)構(gòu)安全等級、結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限、抗震設(shè)防烈度、場地土類別、抗震設(shè)防分類等。這里要特別注意的是抗震設(shè)防分類，由于車輛段、停車場內(nèi)都有牽引降壓混合變電所，應為乙類建筑，而其它房屋均為丙類或者丁類。

3.3 荷載取值：由于車輛段、停車場內(nèi)的設(shè)備較多，結(jié)構(gòu)計算時除按荷載規(guī)范取值外，還須要求工藝等專業(yè)提供設(shè)備荷載資料，特別注意吊車荷載的取值。

3.4 地基與基礎(chǔ)處理

（1）基礎(chǔ)采用的規(guī)范。

（2）地基與基礎(chǔ)處理：基礎(chǔ)設(shè)計時，要特別注意以下幾個方面：人工地基處理方案的選擇要恰當，技術(shù)要求合理；要正確使用工程地質(zhì)勘察報告所提供的巖土參數(shù)；需考慮地下水位對地下建筑影響的工程，設(shè)計所采用的防水設(shè)計水位和抗浮設(shè)計水位，要符合《工程地質(zhì)勘察報告》所提水位；基礎(chǔ)選型、埋深、樁端持力層及進入持力層的深度要合理，并滿足整體穩(wěn)定的要求。根據(jù)以上要點及規(guī)范要求，進行人工地基處理方案的選擇，基礎(chǔ)形式的比較，從施工、經(jīng)濟等各個方案，選取最優(yōu)方案進行基礎(chǔ)設(shè)計。

工程實例：在寧波市軌道交通1號線一期工程某車輛綜合基地初步設(shè)計：用地面積約38.4公頃。車輛基地所在地區(qū)為海相沉積平原，場地平坦，屬海相沉積為主的粉性土及粘性土地區(qū)，豎向分布有厚層狀具高壓縮性的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥、淤泥質(zhì)粘土，層厚底埋深33～40m左右；其下為軟塑狀粘性土和中密粉土，層厚3～6m；在下才是土質(zhì)較好的砂土及粘性土，底部密實狀態(tài)較好的持力層埋深一般在地面下45m左右；場地土類別為IV類。這種厚度大，高壓縮性的軟土地基，滿足不了上部建筑物對地基的要求，因此需對車輛基地地基進行加固處理。其中，深厚層軟土處理設(shè)計是地基處理設(shè)計中的難點和整個工程地基處理是否成功的關(guān)鍵；由于場區(qū)用地范圍大，而上部結(jié)構(gòu)使用功能多、從而結(jié)構(gòu)類型多，上部荷載取值相差較大，車輛段根據(jù)工藝要求，控制標準較多。endprint

沉降控制標準為：庫內(nèi)、庫外線碎石道床工后沉降要求不大于300mm；庫內(nèi)線整體道床工后不均勻沉降要求不大于20mm；物資總庫地面荷載為100kPa，要求貨架基礎(chǔ)地坪的不均勻沉降小于1/1000；而房屋沉降按現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范控制。

為達到沉降、承載力的要求，對整個車輛段地基處理進行了專題研究，按上部規(guī)劃使用功能和工后沉降的要求對場地進行功能分區(qū)：（1）區(qū)場地處于農(nóng)田、菜地、魚塘河涌區(qū)；庫內(nèi)外碎石道床軌道用地，包含試車線、牽出線、出入段線U型槽過渡段等，工后沉降要求不大于300mm；采用水泥深層攪拌樁、CFG樁、真空預壓、高壓旋噴樁等進行比較。（2）區(qū)用地處于農(nóng)田、菜地；庫內(nèi)外整體道床線路，庫內(nèi)外整體道床（及過渡段）：含檢修主廠房內(nèi)所有線路、運用庫內(nèi)列檢線及月檢線、試車線檢查坑、鏇輪庫內(nèi)線路、調(diào)機工程車庫線、材料裝卸線、洗車棚內(nèi)線路、輪對檢測庫內(nèi)線路等，工后沉降要求不大于20mm；采用水泥深層攪拌樁、CFG樁、鉆孔灌注樁和PHC預應力管樁進行比較。（3）區(qū)用地處于農(nóng)田、菜地，上部規(guī)定使用功能為房屋及大型設(shè)備基礎(chǔ)：含檢修主廠房、運用庫、物資總庫、維修車間、材料棚、調(diào)機工程庫、辦公及生活用房、單層磚混房屋等。（4）區(qū)場地處于居住區(qū)及道路、硬化場地，為庫外碎石道床區(qū)和廠區(qū)道路及地面硬化區(qū)。

工程實例：某車輛段，場地土類別為III類，場地為昆明水泥廠廢棄的場址，根據(jù)地質(zhì)資料揭示，除表層廣泛分布<1-1>雜填土，土質(zhì)為磚塊、混凝土、碎石等建筑垃圾或粘性土、礫石組成，層厚度為0～8.1m，平均厚3.70m；填土厚度變化較大，房屋基礎(chǔ)除單層小型房屋外，均采用樁基礎(chǔ)，根據(jù)填土層以下的土層，均為有機質(zhì)土（可～軟塑）、泥炭質(zhì)土（軟塑）、泥炭（軟塑）等軟土層，一般呈軟塑狀，局部流塑狀，厚度變化大，層理構(gòu)造復雜，在整個場地鉆孔深度范圍內(nèi)，沒有一層土層在場期同標高范圍內(nèi)均有分布的，可以作為樁端持力層的4-5層粉土、8-1層粉質(zhì)粘土、8-2-1層粘土，樁極限端阻力均較低，樁基承載力基本上由樁周摩擦阻力來承擔；由于預應力管樁比鉆孔灌注樁擠土效應明顯，質(zhì)量相對易控制，在初步設(shè)計時樁基礎(chǔ)均采用PHC預應力管樁基礎(chǔ)。而地質(zhì)中提到的碎石層，只在局部鉆孔中出現(xiàn)，本工程地質(zhì)層理構(gòu)造復雜，在相鄰的兩個鉆孔中有時相差較大，只有在詳細勘察報告出來后予以調(diào)整。

工程實例：某停車場，場地土類別為II類。本工程相對車輛段、停車場來說地質(zhì)條件是比較好的，但由于某停車場規(guī)劃用地位于昆明市盤龍區(qū)，汽車東部客運站以東、東連接線支線以南、官渡區(qū)垃圾處理場以北的地塊。地處城郊，場地內(nèi)有2座山丘（1座山丘頂高程為1990.4m，另1座山丘頂高程為2002.6m）。用地范圍狹長，地勢較高且起伏較大，場地挖填工程量較大。所謂的大挖大填地塊；場區(qū)最大填土深度高達20米，而房屋范圍內(nèi)也在10米以上，而挖方地段土層為粉質(zhì)粘土或頁巖、砂巖夾白云巖；初步設(shè)計時只有按房屋所處位置進行設(shè)計，盡量采用淺基礎(chǔ)，當房屋位于兩種土層上時采用砂夾碎石換填層換填；而在運用庫設(shè)計時，由于房屋總長在270米，地基在挖方地段為頁巖，承載力標準值達350kpa，而填土的地方，填土高度在18米左右，在設(shè)計時只有請建筑專業(yè)配合，把房屋在挖填方交界處用沉降縫分開，填方地段采用柱下獨立基礎(chǔ)，填方部分采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

總之，地鐵車輛段、停車場由于用地范圍大，房屋基礎(chǔ)形式有墻下條形基礎(chǔ)、柱下獨立基礎(chǔ)，有時兩種基礎(chǔ)下都需要進行軟基處理，如加換填土層、或者采用碎石樁、攪拌樁等處理后再做墻下條形基礎(chǔ)或柱下獨立基礎(chǔ)；樁基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)情況選擇樁的類型。

3.5 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.5.1 結(jié)構(gòu)選型及需要注意的問題

根據(jù)工藝等專業(yè)提供的平面圖，同建筑專業(yè)配合進行結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置，結(jié)構(gòu)體系選擇是否合理，關(guān)系到房屋的使用，造價高低、安全及美觀；所以在初步設(shè)計時都要進行結(jié)構(gòu)選型分析，比較；原則是從經(jīng)濟、適用、技術(shù)指標方面考慮，大跨度房屋采用鋼筋混凝土排架柱，鋼網(wǎng)架屋面結(jié)構(gòu)體系；而小跨度生產(chǎn)房屋采用門式剛架結(jié)構(gòu)或者框架結(jié)構(gòu)。

車輛段、停車場的房屋主要有運用庫、檢修主廠房、物資總庫、牽引降壓配電所、污水處理站、綜合樓等房屋建筑。

運用庫：主要是停放車輛，有時也作為車輛周檢、月度或者季度檢查，通常跨度較大，跨度高達30多米，層高在10米左右；這種大跨度、凈高高的房屋結(jié)構(gòu)類型如果采用框架結(jié)構(gòu)，會增加結(jié)構(gòu)計算難度（可能采用鋼骨結(jié)構(gòu)）；而場區(qū)較為復雜、強度較低的土層結(jié)構(gòu)，需設(shè)計樁基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)由于上部荷載較重，樁的數(shù)量比采用鋼、網(wǎng)架的基礎(chǔ)數(shù)量多，由基礎(chǔ)引起的土石方等工程量也大幅度增加所以，一般不考慮框架結(jié)構(gòu)；因此大跨度房屋常采用排架結(jié)構(gòu)，廠房柱采用鋼筋混凝土排架柱，柱間距為12m，吊車梁及部分屋架支承處設(shè)牛腿，屋面采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，外觀造型豐富多變，結(jié)構(gòu)布置較為靈活，結(jié)構(gòu)上更安全可靠，經(jīng)濟上更合理。結(jié)構(gòu)布置較為靈活，結(jié)構(gòu)上更安全可靠，經(jīng)濟上更合理。而附屬辦公樓在運用庫的一側(cè)，一般為二到三層房屋，常采用框架結(jié)構(gòu)，與運用庫主廠房用縫隔開。

檢修主廠房跨度也大，主要是車輛的檢修，并兼顧停車功能，而房屋內(nèi)部分區(qū)較為復雜，內(nèi)設(shè)有靜調(diào)庫、調(diào)機/工程車庫、輪對轉(zhuǎn)向架存放間、空調(diào)檢修間、集電靴、機鉗間等，設(shè)備較多；結(jié)構(gòu)主體選型與運用庫協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即鋼筋混凝土排架柱，網(wǎng)架屋蓋；而庫內(nèi)設(shè)備間根據(jù)使用功能的不同，常采用砌體隔斷墻，輕質(zhì)屋面板。

庫內(nèi)軌道下有整體道床和檢修坑，沉降要求控制在20mm以內(nèi)，地基要相應的處理；軌道間地面是否處理，可以根據(jù)實際情況考慮；如寧波天童樁車輛段地面承載力較低，沉降太大，地面就必須作相應處理。

物資總庫：房屋跨度比運用庫和檢修主廠房大；主體結(jié)構(gòu)選型同運用庫和檢修主廠房；不同的是由于庫內(nèi)存放的荷架較重，沉降要求高，通常室內(nèi)地面要進行地基處理。

牽引降壓混合變電所：一般為兩層房屋，一層為半地下室，電纜夾層，跨度不大，通常采用框架結(jié)構(gòu)。但要注意的是：房屋抗震設(shè)防類別為乙類，按最新的抗震規(guī)范，乙類建筑不能做單跨框架結(jié)構(gòu)；另一方面，設(shè)備較重，樓面設(shè)備荷載較重，樓板開洞較多，設(shè)計時要按設(shè)備專業(yè)提供的開放圖來設(shè)計，如果沒有開放資料時，一定要注明圖紙僅供參考，正式施工圖待設(shè)備確定后再進行設(shè)計、施工。endprint

污水處理站：普通框架房屋，初步設(shè)計時要把房屋內(nèi)水池數(shù)量考慮進去，施工設(shè)計時要注意基礎(chǔ)的埋深。

材料棚、雜品庫、輔助綜合車間：面積不很大，跨度也小，通常為一跨或者兩跨單層房屋，但有起重設(shè)備，結(jié)構(gòu)類型通常按門式剛架結(jié)構(gòu)考慮，其柱間距一般按6～9m，跨度在12米左右；結(jié)構(gòu)簡單、造價也低。

洗車庫、輪對踏面檢測庫：跨度小，凈高高，有車輛通過，軌道下基礎(chǔ)要做處理。

綜合樓：為普通框架結(jié)構(gòu)房屋。

3.5.2 針對超長結(jié)構(gòu)會由于混凝土收縮、溫度應力等在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的裂縫，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中除按規(guī)范要求設(shè)置結(jié)構(gòu)縫（伸縮縫、沉降縫、抗震縫）外，當結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置局部超過規(guī)范限值時，采取設(shè)置若干后澆帶的方法，防止裂縫的大面積開展。在施工期間將結(jié)構(gòu)分為40m左右的區(qū)域，待大部分混凝土收縮完成后（約兩個月），再將后澆帶封閉，并在結(jié)構(gòu)受力允許的情況下采用強度等級相對低的混凝土，以減少混凝土的收縮量。同時，對施工過程中混凝土的養(yǎng)護、拆模時間等均作詳細的要求；在結(jié)構(gòu)配筋上適當增加通長鋼筋，盡量采用直徑細、間距密的布筋方法，以減少可能出現(xiàn)的溫度、收縮裂縫寬度，必要時亦可結(jié)合采用預應力結(jié)構(gòu)來減小裂縫出現(xiàn)的數(shù)量和寬度。

4 建筑材料的選擇

主要建筑材料的選用以地方材料為主，盡量選用優(yōu)質(zhì)價廉的當?shù)夭牧稀?/p>

（1）框、排架填充墻：填充墻墻體材料：MU10加氣混凝土砌塊。砌筑砂漿：M5～M10混合砂漿。（2）磚混結(jié)構(gòu)房屋砌體：磚混結(jié)構(gòu)房屋墻體均采用水泥砂漿砌MU15混凝土實心砌塊，240厚。（3）混凝土強度等級按規(guī)范及計算在C15～C50中進行選用。（4）鋼筋：按規(guī)范及計算選用。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的有關(guān)問題及建議

（1）由于各大城市均限制粘土磚的使用，至今沒有一種好的替代磚混結(jié)構(gòu)的砌體材料，所以在初步設(shè)計結(jié)構(gòu)選型時，除一層樓的小跨度房屋外，盡可能不采用磚混結(jié)構(gòu)。（2）由于車輛段、停車場內(nèi)設(shè)備較多，在初步設(shè)計時，有些設(shè)備無法提供，所以在提供工程數(shù)量時要有所考慮。

6 結(jié)束語

城市軌道交通地鐵車輛段、停車場在初步設(shè)計時，地基處理和結(jié)構(gòu)選型是整個設(shè)計的精髓，要體現(xiàn)安全、經(jīng)濟的設(shè)計原則，不缺項，不漏算是計劃的保證；而施工圖設(shè)計時，基礎(chǔ)選型、埋深、樁端持力層及進入持力層的深度，結(jié)構(gòu)計算、荷載取值是設(shè)計的關(guān)鍵所在；認真、仔細更少不了，體現(xiàn)了百年大計，質(zhì)量第一原則。

參考文獻：

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