地鐵結構設計存在的問題分析與探討

李洋

【摘要】在城市建設過程中，為了減輕城市壓力，解決城市交通擁擠的問題，各個地區都在大力開展城市地鐵建設工作。本文對地鐵結構設計存在的問題進行了介紹，并提出了相應的設計措施。

【關鍵詞】地鐵；結構設計；問題

為了解決城市交通問題，超強運力的地鐵與輕軌建設逐漸成為大城市的首選。然而，對于地鐵結構基于地下工程，由于巖石和土壤的性質的復雜性、施工技術的變化、設計理論的局限性和缺陷的相關規范，在結構設計中，使地鐵結構設計尚存在一些問題或不完善的地方，需要我們不斷探索和解決地鐵結構問題。

一、工程概況

某地鐵車站總施工長度為176m，其中標準段的寬度為19.0m，有效站臺的長度為140m，底板的埋設深度為14.90m，東端頭井寬度為21.7m，底板的埋設深度為19.74m。車站總施工面積為10947m2，車站一共布設了4個風亭，3個出入口，車站全包防水。施工采用明挖順作法進行施工。頂板上覆土的厚度為1.71～4.13m，基坑使用人工挖孔灌注樁+鋼管內支撐的方式進行支護。

二、主體結構的設計

（一）技術標準

（1）主體結構的主要構件以及內部構件的設計使用年限是100年。安全等級是1級，而重要性系數是1.1。（2）結構以7度的抗震設防烈度來進行抗震驗算，為重點防護類設防，抗震的等級是三級。地鐵車站的混凝土結構裂縫控制等級是三級。（3）Ⅱ類建筑場地類別，地鐵車站結構的人防設計等級是六級，對車站的所有主體結構均進行設防。（4）在結構環境類別方面，處于較為一般的環境條件中，地鐵車站內部混凝土構件的環境類別是一類，其迎水面混凝土構件及露天面混凝土結構的環境是二類。

（二）主要荷載取值作用

通常情況下，地鐵車站的荷載情況在結構層面上可以將其分成偶然荷載、永久荷載以及可變荷載三種，在進行結構設計工作時，對這三種荷載的最不利的工礦進行組合設計，也就是荷載的最不利效應組合。（1）該工程偶然荷載：人防設計等級是六級，并以7度的抗震設防烈度來進行抗震驗算，也就是說其地震荷載為7度設防；（2）工程的永久荷載：通常其設備荷載進行計算時按照8kN/m2進行，但其中不包括結構自重、覆土重、水浮力、水壓力、裝修荷載以及側向土壓力這幾項；（3）工程的可變荷載：一般情況下在計算地面超載時按照20kN/m2進行；計算站臺層、公共區域站廳的人群荷載時按照4kN/m2進行；有關列車的荷載情況，計算時總共考慮6節車編組，也就是通常意義上的四動兩拖。

（三）主要結構材料

本工程在混凝土的選擇上，在一些特定的位置需使用防水混凝土，其抗滲標號要高于P8，其中包括以下幾個位置：地鐵車站底板墊底層C20、地鐵車站縱梁節點C50、框架中柱C50、地鐵車站其他的內部結構C30、結構的內襯墻、底板、頂板等的直接接觸土體的各個構件。本工程在鋼筋的選擇上，使用的鋼筋主要有兩種，分別為HPB235鋼筋與HRB400鋼筋。

三、地鐵結構設計中可能存在的問題

（一）耐久性能的問題

由于地鐵結構設計具有不可逆的特點，工程量非常大，對整體城市交通運輸事業的發展有著深遠的影響，所以需要地鐵結構設計具有較強的耐久性特點。但是一些城市的地鐵在運作過程中，會受到某些因素的影響而出現嚴重的問題，比如某市地鐵因受到滲漏情況的影響而出現封閉大修等情況，對城市交通運輸管理造成了很大的阻礙。加之地鐵后期的維護和管理工作耗時耗力，如果在開始設計地鐵結構的過程中，相關設計團隊就提高地鐵耐久性的重視，那么地鐵安全運行就會得到有效的保障。地下結構抗震設計的靜態方法必須考慮波動現象。只有這樣，才不會有大的錯誤。但在處理軟基的大斷面、大長度結構時，對于一些靠近地面的地下結構必須考慮波浪效應。因此，考慮到地基和結構的非線性特性，波動動力學是一個亟待研究的課題。

（二）抗震性能的問題

通常情況下，地鐵設計團隊會將大量的時間和精力投入到地鐵結構的穩定和安全性設計方面，但是對于地鐵抗震性能的設計卻有所忽視。由于地鐵是地下交通工具，在結構設計過程中除了要對空間、道路通暢程度以及相關結構計算等進行嚴謹的設計，在地鐵的抗震性能方面，也要提高重視。

（三）變形縫設置問題

地鐵車站的結構很長，路基可能不均勻，車站縱向結構形式的變化，以及上部荷載的不斷變化都可能導致地基不均勻沉降。此外，大體積混凝土結構的澆筑和混凝土本體的收縮和膨脹也可能是由混凝土本體的收縮和膨脹造成的。它會引起結構的縱向變化。如果在縱向沒有變形節點，結構會沿環向開裂，重量會導致結構泄漏，結構表面出現大量裂紋。隨著變形節點的設置，焊縫兩側會出現不同的沉降，會影響交通安全，特別是對軟土地基上的結構設置，應慎重考慮接縫的設置。

四、結語

地鐵結構設計工作具有一定的復雜性和工藝性，各結構設計環節都存在一定的問題。在設計過程中，相關設計團隊不僅要對地鐵結構各個環節的設計要點和注意事項等進行全面的了解和掌握，同時還要對相關問題產生的原因進行分析與研究。根據地鐵整體結構情況，制訂妥善的處理方案，這樣才能在最大程度上提高地鐵結構設計的安全與穩定效果，為城市交通運輸事業的發展提供有利的保障。

參考文獻

[1]李衛娟.地鐵結構設計存在的問題分析與探討[J].四川建材，2018，44（03）：157～158.

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