1、浅谈地铁明挖车站结构设计摘要：地铁在城市发展中的经济效益和社会效益是有目共睹的。目前地铁设计规范 （GB 50157-2003）条文过于宽泛，结构设计理论方面显得较为笼统，使得设计人员针对具体工程从理论上难以操作；或者由于设计人员自身的经验、理论水平、对工程理解的差异，可能会造成设计的混乱，甚至错误，这有可能造成不必要的浪费或潜在的灾害，对于动辄投资上亿的地铁车站，其直接损失和间接损失都是不容忽视的。 关键词：明挖法;地铁车站;结构设计 中图分类号：U213+4 文献标识码：A 引言 随着当今交通业的快速发展，地铁工程已成为城市处理交通难题的选择。在地铁工程中，明挖法在地铁车站施工中所占比例相
2、对而言也比较大。地铁车站结构有其自身的结构特殊性，例如：墙板结构尺寸较厚、顶板覆土较厚、结构设计受线路、通风、给排水等多项专业的影响。因为周边环境的多样性、岩土地层的复杂性、施工技术的变化性以及设计理论的局限性，促使地铁结构设计人员在设计中会遇到问题或不完善的地方，做出分析。 1.地铁车站结构设计中需要考虑的原则 1.1 在结构设计的过程中，要根据使用条件、结构类型、施工工艺以及荷载特性等进行设计。 1.2 对于地铁车站结构净空尺寸来说，不仅要满足建筑设计、建筑限界、施工工艺以及一些使用要求，还要对施工误差、结构变形、测量误差以及后期沉降等进行充分的考虑。 1.3 地铁车站结构设计的过程中，要
3、以车站结构类型以及施工方法作为依据，按照相关的规范对施工阶段以及正常使用阶段分别进行强度的计算，并进行稳定性、刚度以及裂缝宽度的计算和验算。一般来说，我们还要依照使用要求、结构类型、环境条件等因素对钢筋混凝土裂缝宽度进行确认。 1.4 地铁车站结构设计过程中要对运营、施工、城市规划、防水、防火以及防杂散电流等进行充分的考虑，并按照 100 年使用寿命设计，确保结构具有很强的耐久性。 1.5 地铁车站结构设计过程中的抗浮稳定验算要按照最为不利的情况进行，不对侧壁摩擦阻力进行考虑的时候，要确保抗浮安全系数不小于1.05，如果考虑侧壁摩阻力，则要确保其抗浮安全系数不小于 1.15，如果满足不了这一要
4、求，则应采取相关的抗浮措施。 1.6 地铁车站结构设计的时候要进行抗震验算，并且按照抗震设防烈度提高一度的要求进行抗震构造措施的选择，进而提升整体抗震能力。 1.7 设计过程中要对施工给车站周边所带来的影响进行充分考虑，降低其负面影响。 1.8 地铁车站结构要进行人防荷载的验算，在核爆炸作用下，动力分析采用等效静载法，主体结构及出入口按等效静荷载均匀作用在结构各部位上进行计算。 1.9 针对深基坑支护结构以及其相关构件来说，要符合稳定、强度以及变形的要求，当使用降水措施的时候，要对地表沉降量进行严格的控制，确保重要管线以及邻近建筑物的管线能够正常的使用，此外我们还要依照安全等级提出相应的监测要
5、求。 2.明挖法地铁车站围护结构设计应注意的问题 2.1 应根据现场实际情况选择合理的基坑支护方案。支护结构方案应根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节、经济性等条件综合考虑，支护结构型式的造价从低至高的排列顺序依次为放坡、土钉墙、水泥土搅拌桩、SMW 工法、排桩、地下连续墙。如条件允许，应尽量采用坑外降水，以减少水土侧向压力。当采用桩（墙）支护时，应尽量降低桩顶标高，桩顶以上土体采用放坡、砖墙、土钉墙或者喷锚等方式进行支护。举例来说，两层标准地铁车站埋深一般为 16 米，桩插入深度取为 6m，总桩长为 22 米左右，如果我们降低桩顶标高 3 米，桩长变为 19
6、 米，节约的围护桩(墙)工程量就有 13%之多。 2.2 将围护结构设计与主体结构综合考虑起来进行设计。地下连续墙基坑支护作为主体结构的一部分加以利用，既可节约工程投资，又减少了资源的消耗，符合可持续发展的要求，所以在设计中应特别注意。复合式地下墙结构中，设计一般考虑土压力由围护结构承担，而水压力由主体结构侧墙承担。例如覆土为 3.05 米的地下两层车站，计算简图如下：由图可见，围护结构承担了很大一部分荷载。灌注桩围护结构作围护结构又作为主体永久结构的一部分时，在施工阶段，灌注桩只做强度计算；使用阶段，考虑其先期承受的外部荷载因材料性能退化和刚度下降向内部衬砌的转移，初步设计阶段其刚度可暂按折
7、减到 70%考虑。 2.3 围护桩配筋问题。目前围护桩配筋时往往采用圆形截面沿周边均匀配置钢筋的公式（即混凝土结构设计规范）进行设计，事实上围护桩的正弯矩和负弯矩往往大小不同，均匀配筋有时会造成很大的浪费。因此对于围护桩正、负弯矩相差较大的情况下，建议采用建筑基坑支护规程相关公式（即沿截面受拉区和受压区周边配置局部均匀纵向钢筋或集中纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩的正截面承载力设计方法）进行设计。 3.结构计算 3.1 计算方法设计理论 结构计算方法其实是力学模型的建立，主要涉及空间假定与平面假定，板单元、梁单元以及梁与板作为共同体的受力等，下面几种计算方法都有其一定合理性，但又有其局限性。 （
8、1）横断面计算法。沿车站纵向截取单位长度的横断面结构，将墙、板假设成单位长度的梁单元，将框架柱按刚度或面积换算成单位长度的厚度，底板与地基间采用弹性假设，用竖向基床系数与底板单元长度的积作为地基弹簧刚度，用荷载结构模型按有限元法进行内力计算，根据不同的荷载组合得到结构的内力包络图。对于纵梁，则是根据通常的板梁柱传力方式，由板传给梁（或根据断面计算得到的单位长度支撑点的支点反力反算梁的荷载） ，形成梁的荷载，柱作为梁的支点，根据多跨连续梁结构进行梁的内力计算。此种方法是目前采用最多也是最简化的一种计算方法。 （2）空间梁系计算方法。取空间结构，将板、墙划分成较密的网格，用密集的梁单元代替这些板和
9、墙，并与实际的梁、柱结构组成梁单元体系，荷载作用于节点上，用有限元法对整体结构体系进行内力计算分析。（3）空间板系计算法。按照空间体系将结构进行网格划分，将板、墙、梁和柱按照各自的结构尺寸，采用 4 节点或 8 节点等参元划分成板单元，用有限元法进行结构内力分析计算。 （4）空间梁板系计算法。按照空间体系将结构进行网格划分，将板、墙按照各自的厚度，采用 4 节点或 8 节点等参元划分成板单元，而梁、柱依然采用梁单元框架体系，用混合元结构进行结构内力计算分析。 3.2 计算难点 对于地下结构的计算受现有计算软件的限制，一般都是分构件单独计算，梁、柱、墙都是分开计算，这就需要结构设计师要对受力体系
10、非常明了，力的传递路径非常清楚，并且能对各种工况进行比较分析，并从中选择最不利的工况进行结构计算配筋。下面我就自己所遇到的难点问题和大家共同探讨。 纵梁体系的计算，一般我们会碰到按连续梁计算或是按简支梁计算的问题，两种计算模式下，对于支座和跨中的弯矩分配差别很大，为了尽可能的接近实际受力状态，我们一般把同一轴线上纵梁放在一块进行计算，以体现彼此约束的能力，边跨一般采用铰接，端墙对纵梁的约束作用不是很大，但不能完全为零，这就需要我们根据以往经验，灵活应用。单跨次梁受力比较复杂，单独计算很难反映真实的受力模式，需要建立一个平面的框架受力模式进行计算，或者进行三维分析。 盾构端受力体系比较复杂，且由于盾构的吊出等因素，最好是把施工工况下的结构布局拿出来进行整体计算，进行三维分析后的结构配筋也能有所减少，结构模型更接近于实际情况。 4.结语 当今社会发展，对于常用的地铁结构形式、围护结构进行总结。结合地铁结构设计中存在难题：地铁结构计算问题、地铁结构耐久性问题、地铁结构变形缝设置问题等。做出分析进行探讨。 参考文献 1 GB50157-2003 地铁设计规范S. 2 JGJ942008 建筑桩基技术规范（S）.北京：中国建筑工业出版社.2008 3GB50010-2010 混凝土结构设计规范
