談明挖法在城市地鐵車站結構設計中的應用

張建春

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司城建院三所，陜西 西安 710043）

談明挖法在城市地鐵車站結構設計中的應用

張建春

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司城建院三所，陜西 西安 710043）

地鐵車站聯系著地面與地下的客運功能，其安全穩定十分重要。但由于地鐵車站的結構造價相對較高，因此，如何做到造價上的合理和結構上的安全可靠是非常重要的。本文將對明挖法地鐵車站結構設計進行分析和探討。

明挖法；地鐵車站；結構設計

1、前言

明挖法是世界各國地鐵車站施工的首選方法，明挖法施工簡單、經濟、快捷、安全的優點使其在地鐵施工中占據著不可替代的重要地位。而明挖法地鐵車站的結構設計更需要在保證地鐵車站結構安全的條件下，采用方便施工的結構設計方法，以期取得綜合效益的提高，所以對地鐵車站結構設計進行分析和探討具有非常重要的意義。良好的地鐵車站結構設計不僅能保證結構的安全、降低成本，而且還可以給施工提供極大的便利，然而在實際設計中，仍存在一些問題，如交通導改困難、管線遷改等，影響了設計人員的判斷，甚至在一定程度上困惑了部分設計人員，本文將對明挖法地鐵車站結構設計進行分析和探討，僅供參考。

2、明挖法地鐵車站結構設計原則

①車站結構應根據選擇的結構型式、施工方法、荷載特性等條件進行設計。

②車站結構的凈空尺寸應滿足地鐵建筑限界和其他使用及施工工藝等要求并考慮施工誤差、測量誤差、結構變形及后期沉降的影響。

③車站結構要滿足車站建筑、設備安裝、行車運營、施工工藝、環境保護等要求，確保車站的正常使用達到總體規劃設計的要求。

④車站結構設計應充分考慮在施工過程中盡量減少對車站周圍環境、重要建筑物的沉降和傾斜及地下管線的沉降影響。

⑤對于不同的結構類型必須選擇與實際狀態相吻合的設計理論規范和配套體系進行設計計算。

⑥結構計算模型應符合實際工況條件，充分考慮結構與地層的相互作用和施工中已形成的支護結構的作用。

3、明挖法地鐵車站圍護結構設計應注意的問題

①應根據現場實際情況選擇合理的基坑支護型式。支護結構方案應根據基坑周邊環境、開挖深度、工程地質與水文地質、施工作業設備和施工季節、經濟性等條件綜合考慮，支護結構型式的造價從低至高的排列順序依次為放坡、土釘墻、水泥土攪拌樁、SMW工法、排樁、地下連續墻。如條件允許，應盡量采用坑外降水，以減少水土側向壓力。當采用樁（墻）支護時，應盡量降低樁頂標高，樁頂以上土體采用放坡、磚墻、土釘墻或者噴錨等方式進行支護。舉例來說，兩層標準地鐵車站埋深一般為16米，樁插入深度取為6m，總樁長為22米左右，如果我們降低樁頂標高3米，樁長變為19米，節約的圍護樁(墻)工程量就有13%之多。

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在主體結構計算中可考慮部分剛度影響以降低主體側墻投資。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。、

③圍護樁配筋問題。目前圍護樁配筋時往往采用圓形截面沿周邊均勻配置鋼筋的公式（即混凝土結構設計規范）進行設計，事實上圍護樁的正彎矩和負彎矩往往大小不同，均勻配筋有時會造成很大的浪費。因此對于圍護樁正、負彎矩相差較大的情況下，建議采用《建筑基坑支護規程》相關公式（即沿截面受拉區和受壓區周邊配置局部均勻縱向鋼筋或集中縱向鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土樁的正截面承載力設計方法）進行設計。

4、明挖法地鐵車站主體結構設計應注意的問題

①設計細節問題。對于覆土較淺的車站結構計算，地下一層側墻、頂板及中板按純彎構件計算; 地下二層、三層側墻、底板和三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。板和側墻配筋計算考慮支座處設置的腋角和剛域作用; 梁、板和側墻計算配筋面積取按基本組合計算強度配筋和準永久組合計算裂縫配筋二者較大值; 盾構井底板、側墻支座處剪力較大如需配置抗剪鋼筋，宜采用封閉箍筋。

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。中板扶梯開洞處可設置變截面梁，計算配筋可按明梁為挑梁來計算，不考慮暗梁的作用，單柱結構扶梯孔洞盡量對稱設置，避免產生過大扭矩。

②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。目前已有很多計算軟件可以進行地下結構的三維分析。

③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。目前設計人員采用多種工況進行計算。

5、結束語

地鐵車站結構設計是一項系統工程，需要考慮眾多現實因素，明挖法作為一門重要的地鐵車站重要的結構設計及施工方法，施工簡單，節約成本，安全系數高。文章簡要分析了地鐵車站的圍護結構設計，與廣大地鐵設計者共勉。

[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]JTJ001-97.公路工程技術標準[S].

TU7

B

1007-6344（2015）08-0098-01