明挖地鐵車站結構設計研究

張瀟瀟

青島市市政工程管理處

明挖地鐵車站結構設計研究

張瀟瀟

青島市市政工程管理處

為了緩解我國城市交通擁堵的問題，需要建設具有較強運輸能力的地鐵以及輕軌。當前我國很多直轄市或者是省會城市都已經開始廣泛修建地鐵。地鐵的出現以及建設水平也在一定程度上代表了城市的經濟發展水平，但是因為地鐵結構大多以地下工程為主，在結構設計過程中，因為巖土性質的復雜、設計理論的不完善導致結構設計中出現了諸多問題，需要加強研究并進行優化。

地鐵車站；結構設計；設計優化

地鐵作為一項基礎性的公共設施，日益在人們的生活中發揮著巨大的作用。近年來，地鐵車站的建設大規模開展，對其地面建筑的設計思想不斷提高，所以我們有必要對其進行科學的分析和研究。

1 現代設計原則于地鐵車站建筑設計的應用

1.1 識別性

地鐵交通具有運行速度快，站點按時停留、到站停留時間短等特征，為讓乘客能夠在較短的時間內找到候車站臺，要求車站建筑應具有較強的識別性，即明確車站建筑的功能分區，并在重要的位置加以提示，減少乘客迷路現象，幫助乘客第一時間到達車站候車區域。

1.2 實用性

實用性是車站建筑設計時的首要原則，是實現車站功能發揮的基礎，所謂實用性即車站建筑滿足乘客換乘需求的能力，通常體現在車站建筑具有的客流承載量。地鐵車站建筑在前期設計過程中，往往會依據乘客流動速度、客流高峰期的乘客密度等因素確定車站可能達到的最大客流量，并以此為基礎設計電梯、樓道等寬度，保障車站在任何時期能夠方便乘客換乘與進出站需求。

1.3 安全性

地鐵車站建筑在選址上往往以人口密集地段為主，比如常見的廣場、主要道路、商場等附近或其地下，為此要保證建筑結構的安全性，通過空間布局設計減少對附近市民的影響，保證市民安全。

2 明挖法地鐵車站結構選型

2.1 主體結構選型

地鐵車站主體結構的選擇需要遵循“安全、經濟、方便施工”等原則，對設計方案進行必選，最終確定最佳設計方案。明挖法地鐵車站主體結構通常采用的是現澆鋼筋混凝土箱型框架結構。依據建筑布置和站臺寬度，一般會按照如下標準進行設置：若站臺寬度為8m，則車站標準斷面為無柱單跨箱型結構；若站臺寬度為10m時，則車站標準斷面為單柱雙跨箱型結構；若站臺寬度為12m、14m時，則車站標準斷面為雙柱三跨箱型結構。

2.2 圍護結構選型

長期實踐結構證明，明挖地鐵車站的經濟性會受到維護結構控制的影響，所以需要選擇適宜的圍護結構。當前我國地鐵車站建設采用的圍護形式多種多樣，明挖法車站圍護結構的選擇需要依據工程建設現場的地質環境以及建設目標等多種因素進行考量。選擇的圍護結構必須具有較高的可操作性，且對于環境的適應能力也較高。設置的基坑保護等級對水平位移及地表沉降量也有嚴格要求，在地區基坑施工經驗以及施工設備的基礎上，滿足經濟性、安全性、可靠性。當基坑保護等級要求較高時，可以采用剛度較大且具有較強止水能力的圍護結構。

2.3 各影響因素下計算模型的修正

(1)是否考慮地層分層由于本車站在垂直方向上水平側向土壓力在土層分界處數值上不連續，如果要考慮地層分層則可以將分界點處的深度以及荷載值分別存入APDL數組中，再通過結構控制語句實現不同土層的加載。鑒于不同計算軟件實現的難易程度，設計人員多采用土層參數加權的算法，只需要將各層土的重度和側壓力系數平均并重新對圍護結構加載。

(2)有無圍護結構為了研究去掉連續墻對結構內力計算的影響，可以在標準模型基礎上將土壓力直接加在主體結構側墻上，此外為了避免重新建模，需要對圍護結構上的節點多余自由度進行約束，圍護和主體結構之間的單元不變。

(3)模型尺寸目前比較主流的是采用結構中心線進行建模，但是也有設計人員采用模型外邊界(結構外皮)或者內邊界(結構內皮)。這里通過更改APDL命令文件中模型尺寸參數，來實現不同模型尺寸條件的計算。

(4)混凝土強度等級規范規定主體結構所用混凝土強度不得低于C35，這里為了研究混凝土強度等級對結構內力計算的影響，對C30～C50混凝土均進行計算以更好地反映內力變化規律。在ANSYS中只需要依次改變材料屬性即可實現。

2.4 車站通道出入口設計

地下車站出入口通道力求短、直，需彎折的通道不宜超過三處，彎折角度宜大于90°，避免做陰角形式，方便施工。通道長度超過60m時，其凈高要考慮設置排煙風管的空間。當人防段距出入口敞口段較近，排煙系統風管可以考慮從主體里敷設；當出入口通道長度超過100m時，應在合適位置設安全出口。樓梯寬度至少1.8m，樓梯踏步高應相同，防止有乘客摔傷危險，出入口同時設置樓梯及扶梯時，宜采用兩扶夾一樓形式，防止客流淤積，樓梯的第一節踏步距扶梯上工作點宜不小于2600mm，防止乘客從扶梯摔下至樓梯。

出入口宜平行道路紅線，出入口退縮道路紅線的距離應根據規劃、地域的要求來確定。獨立修建的地面出入口一般應設在規劃道路紅線以外，在特殊情況下，臨時出入口可踏紅線或設于人行道上，但必須征得規劃部門的同意。

2.5 站臺層設計

站臺寬度應以各車站遠期設計客流量計算確定，并應按客流控制時期的高峰小時客流量驗算。設置在站臺層兩端的設備與管理用房，必要時可伸入站臺計算長度內，但不應超過一節車廂長度，且不得侵入側站臺計算寬度內且不小于2.5m，并應滿足距樓梯口的距離不小于8m。公共洗手間、污水泵房、屏蔽門控制室、變電所等設備與管理用房應集中布置在站臺層一端、站廳層主要設備與管理用房的下方，其他設備與管理用房應根據功能設置位置。設備房間上方不得設置有水的房間，上下方有水房間集中布置，方便給排水開洞及預埋管等。站臺層供電設備的房間，應滿足設備至墻邊的距離。

綜上所述，明挖法地鐵車站結構設計較為復雜，要想保證結構的穩定性和可靠性，需要從選型工作入手，并且做好計算工作，保證參數的正確以及結果的負荷承載能力。

[1]劉強，賈明杰.地鐵車站明挖法施工基坑支護安全性研究[J].引文版：工程技術，2015(19)：151.

[2]劉欣.淺談單柱與無柱地鐵車站結構設計比較[J].甘肅科技，2010，26(9)：106～108.