淺談地鐵車站明挖結構的設計

中交城市軌道交通設計研究院有限公司 河北石家莊 050000

摘要：當前，我國正處于軌道交通建設的繁榮時期，已經成為了全球最大的城市軌道交通市場，在地鐵建設過程中，地鐵結構設計是極為重要的，文章從最為常見的明挖地鐵車站的結構設計入手，對當前車站結構設計的技術要點進行分析探討，以供業界各位同仁共同學習探討。

關鍵詞：地鐵車站；結構；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，地鐵車站的建設有利于保證地鐵的安全運行，保證人們的生命財產安全。但是值得注意的是，在地鐵車站建設的過程中，其成本非常高，我們應該如何在保證其經濟合理性的基礎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，在地鐵車站建設中得到了廣泛的應用。其中明挖法是最常見的一種施工方法，下文對其結構設計進行全面的分析，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情況，減少線路埋深，施工工藝簡單，技術成熟，特別是北京地鐵、上海地鐵以及廣州地鐵的成功建設，積累了非常豐富的工程經驗。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，為減少施工期間對地面交通和商業的影響，部分車站結構可采用蓋挖法施工。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構設計中應遵循的原則

目前，地鐵在我國已經有了幾十年的發展歷史。在對其建設過程中也積累了豐富的經驗，提高了地鐵車站在建設過程中的質量。根據相關經驗，簡單闡述了地鐵車站在采用明挖法進行結構設計的過程中應遵循的基本原則。

（1）在對結構進行設計的過程中，設計者應該了解建設方對于結構形式的要求，然后根據實際情況的分析來選擇合適的施工方法，從而對地鐵車站結構進行合理的設計。

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

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

（4）在地鐵車站結構設計過程中，設計者應采取有效措施，盡量避免對周邊環境造成破壞，使車站及周邊建筑物都能夠充分發揮其使用功能。

（5）如果建設方對其結構類型要求不一致，那么設計者必須要將實際情況考慮在其中，然后選擇科學合理的設計理論來對其進行計算與分析，從而保證地鐵車站結構設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，設計者所建立的數學模型必須要能夠真實反映車站結構的真實情況，通過對地質條件的勘測了解其與結構之間的作用，最后為了保證地鐵車站結構的穩定性而采用合適的支護結構，以保證地鐵車站結構運行的穩定性與安全性。

3.明挖法在地鐵車站結構設計過程中應注意的問題

3.1 要求從實際情況出發，制定科學合理的設計方案，保證基坑支護的穩定性在對基坑進行支護的過程中，設計者必須要將基坑開挖的深度、水文體質條件、使用的機械設備、氣候條件、經濟性因素等各個因素進行全面考慮，然后選取科學合理支護結構形式，以保證其穩定性與安全性。考慮到地鐵車站結構的經濟性，最為常見的支護結構形式有放坡、土釘墻、水泥土攪拌樁、SMW工法、排樁、地下連續墻等。在條件允許的情況下，設計者還可以在地鐵這站周邊設計一個降水設置，這樣可以保證其穩定性。當設計者采用水泥土攪拌樁或者地下連續墻對其進行設計的過程中，設計者應該將樁頂的標高降低，然后在樁頂上部分采用土釘墻的施工方式對地鐵車站結構進行支護。

3.2 將圍護結構設計與主體結構綜合考慮起來進行設計

地下連續墻基坑支護作為主體結構的一部分加以利用，既可節約工程投資，又減少了資源的消耗，符合可持續發展的要求，所以在設計中應特別注意。復合式地下墻結構中，設計一般考慮土壓力由圍護結構承擔，而水壓力由主體結構側墻承擔。灌注樁圍護結構作圍護結構又作為主體永久結構的一部分時，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部襯砌的轉移，初步設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構設計應注意的問題

在明挖法地鐵車站主體結構設計時應注意以下幾個方面的問題：

第一，結構設計應注意的細節問題。

① 板開洞應注意的細節。中板開洞較大時應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，并加強該處側墻抗彎、抗剪能力及該處樓板配筋，單柱結構扶梯孔洞盡量對稱設置，避免產生過大扭矩；對集中荷載較大的情況，分布鋼筋的截面面積應適當增加。

②其它細節。對于覆土較淺的車站結構計算，地下1層側墻、頂板及中板按純彎構件計算；地下2層、3層側墻、底板和3層以上車站中板屬小偏壓構件，應按壓彎構件進行配筋計算，按純彎構件驗算，以保證構件的安全。

第二，對于主體結構應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用最廣泛的地鐵車站結構計算方法，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，因而得到的板內力偏小、梁內力過大，從而導致梁截面高度過大，從而引起埋深加大，造成浪費。經過對比，三維計算所得縱梁內力比二維計算結果小得多，有時甚至有接近50%的差異。其原因在于，二維計算假定內力傳遞途徑是按照預先指定的板傳給梁、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。對于地鐵車站結構來說，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，車站結構的實際受力特征是介于無梁樓蓋及傳統的肋梁樓蓋之間，板會直接傳遞部分荷載給豎向構件，如采用二維計算，其結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構的主要計算方法，以便能設計出既經濟又安全的地鐵車站。

第三，在設計中應注意地下水。現有的國家地鐵設計規范及多條我國城市地鐵設計技術要求都對地下結構提出了抗浮穩定驗算的要求，同時對于車站內力計算還提出應考慮不同地下水位工況進行計算。

5.結束語

在現代化社會發展中，建筑工程的建設已經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，通過地鐵的建設來促進交通事業的發展，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構的設計方法及注意事項，希望能夠與相關設計者共同探討與學習，促進我國地鐵事業的進一步發展，為社會經濟的發展作出貢獻。

參考文獻：

[1]《地鐵設計實踐與探索》劉志義等；中國鐵道出版社.

[2]《地下結構工程》童小東等；東南大學出版社.

[3]《地鐵與輕軌》張慶和等；人民交通出版社.