中交城市軌道交通設(shè)計研究院有限公司 河北石家莊 050000

摘要：當前，我國正處于軌道交通建設(shè)的繁榮時期，已經(jīng)成為了全球最大的城市軌道交通市場，在地鐵建設(shè)過程中，地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計是極為重要的，文章從最為常見的明挖地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，對當前車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要點進行分析探討，以供業(yè)界各位同仁共同學(xué)習(xí)探討。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；結(jié)構(gòu)；明挖

地鐵車站是城市軌道交通的一個重要樞紐，每天都會存在大量的乘客聚集于此，具有客運功能，地鐵車站的建設(shè)有利于保證地鐵的安全運行，保證人們的生命財產(chǎn)安全。但是值得注意的是，在地鐵車站建設(shè)的過程中，其成本非常高，我們應(yīng)該如何在保證其經(jīng)濟合理性的基礎(chǔ)上提高其安全性與可靠性呢？在實際工作中，明挖法、暗挖法、蓋挖法等方法各有利弊，在地鐵車站建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中明挖法是最常見的一種施工方法，下文對其結(jié)構(gòu)設(shè)計進行全面的分析，以供參考。

1.地鐵車站施工的幾種方法

1.1明挖法

明挖施工的特點是可以適用于各種不同的地質(zhì)情況，減少線路埋深，施工工藝簡單，技術(shù)成熟，特別是北京地鐵、上海地鐵以及廣州地鐵的成功建設(shè)，積累了非常豐富的工程經(jīng)驗。在有能力進行交通疏解、有施工場地并不受地下管線影響的條件下，盡可能采用明挖法施工，有利于節(jié)約投資和減少施工難度。

1.2蓋挖法

在交通繁忙的城市中心區(qū)，為減少施工期間對地面交通和商業(yè)的影響，部分車站結(jié)構(gòu)可采用蓋挖法施工。蓋挖法依施工的步驟不同，可分為蓋板法、蓋挖逆筑法及蓋挖順筑法。

1.3淺埋暗挖法

當車站位于城市主干道的交通要道上，城市交通不允許封路或地下管線較多、遷移困難或道路狹窄、地面房屋拆遷困難時；即在地面無條件明挖或蓋挖的情況下，采用暗挖法，或當車站處在斜坡段，車站兩端覆土層厚度差異較大。暗挖法施工全部作業(yè)均在地下進行，因此對地面交通和人員出行影響較小、房屋和管線拆遷量也比較小，但在淺埋條件下，特別是在高水位的軟土地層、砂層、圓礫層施工難度較大，工期較長，造價較高。

2.明挖法在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)遵循的原則

目前，地鐵在我國已經(jīng)有了幾十年的發(fā)展歷史。在對其建設(shè)過程中也積累了豐富的經(jīng)驗，提高了地鐵車站在建設(shè)過程中的質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，簡單闡述了地鐵車站在采用明挖法進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中應(yīng)遵循的基本原則。

（1）在對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，設(shè)計者應(yīng)該了解建設(shè)方對于結(jié)構(gòu)形式的要求，然后根據(jù)實際情況的分析來選擇合適的施工方法，從而對地鐵車站結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計。

（2）在對地鐵車站結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，凈空尺寸必須要符合相關(guān)規(guī)定要求，滿足工程施工的界限等。另外，施工人員還需要將結(jié)構(gòu)變形、施工誤差、測量誤差等考慮在其中，以保證其設(shè)計的合理性，為后期施工奠定扎實的基礎(chǔ)。

（3）在對地鐵車站進行設(shè)計之前，設(shè)計者還需要將車站所需要建設(shè)的建筑工程、車輛運營條件、環(huán)境保護等各個因素考慮在其中，從而保證地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，保證后期車站的正常使用。

（4）在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計者應(yīng)采取有效措施，盡量避免對周邊環(huán)境造成破壞，使車站及周邊建筑物都能夠充分發(fā)揮其使用功能。

（5）如果建設(shè)方對其結(jié)構(gòu)類型要求不一致，那么設(shè)計者必須要將實際情況考慮在其中，然后選擇科學(xué)合理的設(shè)計理論來對其進行計算與分析，從而保證地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性以及明挖法在其中的可操作性。

（6）在實際工作中，設(shè)計者所建立的數(shù)學(xué)模型必須要能夠真實反映車站結(jié)構(gòu)的真實情況，通過對地質(zhì)條件的勘測了解其與結(jié)構(gòu)之間的作用，最后為了保證地鐵車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性而采用合適的支護結(jié)構(gòu)，以保證地鐵車站結(jié)構(gòu)運行的穩(wěn)定性與安全性。

3.明挖法在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題

3.1 要求從實際情況出發(fā)，制定科學(xué)合理的設(shè)計方案，保證基坑支護的穩(wěn)定性在對基坑進行支護的過程中，設(shè)計者必須要將基坑開挖的深度、水文體質(zhì)條件、使用的機械設(shè)備、氣候條件、經(jīng)濟性因素等各個因素進行全面考慮，然后選取科學(xué)合理支護結(jié)構(gòu)形式，以保證其穩(wěn)定性與安全性?？紤]到地鐵車站結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，最為常見的支護結(jié)構(gòu)形式有放坡、土釘墻、水泥土攪拌樁、SMW工法、排樁、地下連續(xù)墻等。在條件允許的情況下，設(shè)計者還可以在地鐵這站周邊設(shè)計一個降水設(shè)置，這樣可以保證其穩(wěn)定性。當設(shè)計者采用水泥土攪拌樁或者地下連續(xù)墻對其進行設(shè)計的過程中，設(shè)計者應(yīng)該將樁頂?shù)臉烁呓档?，然后在樁頂上部分采用土釘墻的施工方式對地鐵車站結(jié)構(gòu)進行支護。

3.2 將圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計與主體結(jié)構(gòu)綜合考慮起來進行設(shè)計

地下連續(xù)墻基坑支護作為主體結(jié)構(gòu)的一部分加以利用，既可節(jié)約工程投資，又減少了資源的消耗，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，所以在設(shè)計中應(yīng)特別注意。復(fù)合式地下墻結(jié)構(gòu)中，設(shè)計一般考慮土壓力由圍護結(jié)構(gòu)承擔，而水壓力由主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻承擔。灌注樁圍護結(jié)構(gòu)作圍護結(jié)構(gòu)又作為主體永久結(jié)構(gòu)的一部分時，在施工階段，灌注樁只做強度計算；使用階段，考慮其先期承受的外部荷載因材料性能退化和剛度下降向內(nèi)部襯砌的轉(zhuǎn)移，初步設(shè)計階段其剛度可暫按折減到70%考慮。

4.明挖法地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

在明挖法地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意以下幾個方面的問題：

第一，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的細節(jié)問題。

① 板開洞應(yīng)注意的細節(jié)。中板開洞較大時應(yīng)建立平面模型核算橫梁與中縱梁交接處彎矩和剪力是否滿足，并加強該處側(cè)墻抗彎、抗剪能力及該處樓板配筋，單柱結(jié)構(gòu)扶梯孔洞盡量對稱設(shè)置，避免產(chǎn)生過大扭矩；對集中荷載較大的情況，分布鋼筋的截面面積應(yīng)適當增加。

②其它細節(jié)。對于覆土較淺的車站結(jié)構(gòu)計算，地下1層側(cè)墻、頂板及中板按純彎構(gòu)件計算；地下2層、3層側(cè)墻、底板和3層以上車站中板屬小偏壓構(gòu)件，應(yīng)按壓彎構(gòu)件進行配筋計算，按純彎構(gòu)件驗算，以保證構(gòu)件的安全。

第二，對于主體結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇合理的計算方法。二維斷面計算由于其簡便性使其成為目前應(yīng)用最廣泛的地鐵車站結(jié)構(gòu)計算方法，但是其缺陷也是很明顯，首先無法對中板、頂板開大孔進行應(yīng)力分析；其次由于二維計算無法考慮板的面外剛度，因而得到的板內(nèi)力偏小、梁內(nèi)力過大，從而導(dǎo)致梁截面高度過大，從而引起埋深加大，造成浪費。經(jīng)過對比，三維計算所得縱梁內(nèi)力比二維計算結(jié)果小得多，有時甚至有接近50%的差異。其原因在于，二維計算假定內(nèi)力傳遞途徑是按照預(yù)先指定的板傳給梁、梁再傳給柱的順序，所有板上豎向荷載都要傳遞給縱梁，上述假定適用的前提條件是梁板剛度足夠大。對于地鐵車站結(jié)構(gòu)來說，梁與板的高度（厚度）相比一般在2：1左右，梁要作為板的近似不動支座，其相對剛度是不夠的，車站結(jié)構(gòu)的實際受力特征是介于無梁樓蓋及傳統(tǒng)的肋梁樓蓋之間，板會直接傳遞部分荷載給豎向構(gòu)件，如采用二維計算，其結(jié)果和實際必然有一定的偏差。因此建議采用三維計算作為地鐵車站結(jié)構(gòu)的主要計算方法，以便能設(shè)計出既經(jīng)濟又安全的地鐵車站。

第三，在設(shè)計中應(yīng)注意地下水?，F(xiàn)有的國家地鐵設(shè)計規(guī)范及多條我國城市地鐵設(shè)計技術(shù)要求都對地下結(jié)構(gòu)提出了抗浮穩(wěn)定驗算的要求，同時對于車站內(nèi)力計算還提出應(yīng)考慮不同地下水位工況進行計算。

5.結(jié)束語

在現(xiàn)代化社會發(fā)展中，建筑工程的建設(shè)已經(jīng)使得城市用地面積越來越緊張，致使城市擁擠，給城市帶來巨大的壓力。為了緩解這一壓力，我們需要將地下空間充分利用起來，通過地鐵的建設(shè)來促進交通事業(yè)的發(fā)展，滿足人們出行的需要。通過上述，簡單分析了明挖法在地鐵車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法及注意事項，希望能夠與相關(guān)設(shè)計者共同探討與學(xué)習(xí)，促進我國地鐵事業(yè)的進一步發(fā)展，為社會經(jīng)濟的發(fā)展作出貢獻。

參考文獻：

[1]《地鐵設(shè)計實踐與探索》劉志義等；中國鐵道出版社.

[2]《地下結(jié)構(gòu)工程》童小東等；東南大學(xué)出版社.

[3]《地鐵與輕軌》張慶和等；人民交通出版社.