明挖法地鐵車站結構設計中幾個問題的思考

徐寧飛

在中央和地方政府部門的不斷支持下，城鎮化發展的增速日益顯著，這也對我國城市的交通行業帶來了紅利，而城市地下交通軌道是必不可少的一項重大交通工程，為居民帶來了便捷的出行方式，對居民出行的交通帶來了便利，使城市的發展能得到緩解。同時，在建造這些巨大而復雜的地下工程時，質量是工程項目中每個施工者、設計者們不得不重視的問題。運用好好的施工技術方法也是保障施工質量的前提條件，明挖法就是當前地鐵施工運用最普遍的施工技術方法。所以在細節的設計過程里，必須要全方位地考慮每個因素，如頂板覆土、通風不暢等問題，提升地下軌道交通工程的結構設計水平，才是對工程施工質量的保障。地鐵工程不是一般的工程，其技術方法尤為重要和關鍵，明挖法是當前公認的適用方法，而地下的結構復雜，對施工帶來了極大的難度。

一、地鐵車站的結構形式

根據地鐵車站的使用功能要求，一般采用箱形框架結構，將地鐵車站設計成長條結構，橫向設置2-4跨，對于縱向，應將其設置為多跨，橫梁一般不設置在結構的內部，設置部分結構應嚴格限制橫梁的高度。同時在設置基坑時，還應根據實際情況，進行科學、合理的設置，應避免對地下管網產生影響。在設置結構頂板、邊墻以及底板時，為了抵抗各項荷載，如車輛荷載以及特殊荷載等，其厚度應達到設計要求，一般情況下，厚度在0.6～1.0m，同時在設置頂梁和底梁截面時，還應根據要求，合理設置其截面高度，與一般的樓板相比，中板由于要承受較大的荷載，因此厚度要較大一些。

二、圍護結構的設計

1.圍護結構形式

依據我國的地下建筑工程施工的相關標準，在設計過程中選擇連續墻作為主體結構的重要部分。這樣不僅節約經濟成本還對質量有一定的保障。通常情況下，側墻的主體結構有三種形式：單一墻、復合墻以及疊合墻，筆者就這三種形式簡要的介紹一下：（1）單一墻。主體結構的側墻，直接采用圍護結構，不設置內襯墻，并采取特殊的手段，對槽段之間接頭進行處理。在具體施工過程中，順筑法和逆筑法施工，采用不同的接頭形式，一般情況下，柔性防水接頭應用在順筑法施工中；剛性防水接頭和整體接頭，則應用在逆筑法施工中。（2）疊合墻。在主體結構側墻設置過程中，將圍護結構作為重要組成部分，并且圍護結構和內襯墻，共同形成疊合式墻，并將其視為整體墻。對于二者結合面的位置，還應采用合理結構以及施工措施，保證剪力的傳遞。（3）復合墻。復合墻也是由維護結構與內襯墻共同構成，但是與疊合墻存在一定的差異，主要表現在復合墻無法實現剪力和彎矩的傳遞，但是可以進行反向壓力的傳遞，復合墻有多種形式，主要包括排樁、防水層以及內襯墻的組合形式等。結合這幾種實際情況，應科學合理地對這幾種施工形式進行選擇。

2.圍護結構的計算

通常在地鐵車站圍護結構的計算過程中應精確的計算出結構數據，筆者在通過實踐過程中總結了以下幾個方面：（1）在施工時，還需要對樁墻施加預應力，一般采用支撐的方式進行施加，對于預加壓力的大小，還應充分考慮各個因素，包括溫度變化、支撐類型等等，保證預加壓力大小合理性。（2）一般情況下，采用均勻配置方式對圍護樁鋼筋進行設計，但是事實上，采用這種方式進行配置，會造成很大的浪費，因此筆者認為可以采用兩種方式進行配置，一種是沿截面受拉區和受壓區，鋼筋的選擇應當是縱向，對周邊的布置應均勻而規范，鋼筋混凝土樁是圓形截面，可以設計的時候集中縱向。

3.主體圍護結構設計

在主體圍護結構設計過程中，應先確定圍護結構形式，通過前文的論述，我們知道一般圍護結構的形式分為單一墻、疊合墻以及復合墻，在結構計算中，單一墻和疊合墻的模型為一面墻，復合墻的模型的表現為為兩面墻。（1）應根據具體的設計要求，合理地設置地基彈簧，對于拉壓彈簧，需要伸入到基坑底以下圍護結構，對于受壓彈簧，主要是指基坑以上部分圍護結構部分。（2）在主體結構設計過程中，荷載計算的也至關重要，主體結構荷載一般涉及到豎向荷載、水平荷載、地面超載以及底板有利荷載等，這些荷載的設置對主體結構的質量具有直接的影響。豎向荷載主要是指截面以上土柱重量，這部分應按照一定的公式進行計算。水平荷載主要是來自于水平方向的側向水以及土壓力，在計算時，還應根據不同的設計內容，采用不同的計算方式，例如水土合算是針對砂性成分的土層，不然要水土分算。地面超載主要是指一些機械設備以及堆載的材料對地面造成壓力，按照要求，地面超載應在20kpa范圍之內。在計算過程中，還應考慮地鐵運營過程中，人群、設備等對底板造成的荷載，在設計時，考慮的是有利荷載。（3）通過在支座處加剛域的方法，消除內支座處的內力，在設置剛域時，可以按照墻厚或柱寬一半進行設置。相比平面計算模型，地鐵車站構件實際約束較弱化，按照要求，還應適當增加跨中彎矩，而支座處問題應適度的處理。

4.設計細節問題

明挖法的地下軌道工程在設計結構的過程中，平時還要留意一些細微處理問題，比如在計算覆土時，厚淺問題是要考慮的內容。同時按照純彎鉤件，對頂板以及中板進行計算，同時按照按壓彎構建，對地下二層、三層側墻進行配筋計算，在完成計算后，為了保證構件安全，還應進行驗算。在對側墻配筋以及板進行計算時，則應充分考慮兩方面因素，一方面為支座處設置的腋角、二是支座處設置的剛域作用。對于側墻支座處，如果存在剪力較大的情況，則應通過設置封閉鋼筋的方式來解決，以此保證結構滿足設計要求。

5.合理設置變形縫

變形縫的設置對地鐵車站結構設計質量具有直接的影響，這主要是因為地鐵車站受上部荷載、車站縱向結構的影響，不均勻沉降的發生會時有出現，還有就是混凝土澆筑的過程中溫度的控制也非常關鍵，如果溫度把控不好對混凝土結構會引起縱向的形態改變，裂縫的產生就是這樣出現的。因此地下軌道工程在結構設計中，還應當根據現場的實際情況，對于變形的設置應科學有根據的設計。解決沉降以及裂縫等問題，尤其是軟弱地基上變形縫的設置，應給予一定的重視。通常，剪力較小的位置都會預留施工縫，且該位置應盡量便于施工，應注意不要在大開孔、車站樓扶梯處等薄弱環節進行施工縫的設計，以免影響整體的項目質量。同時施工縫的設置，可以與伸縮縫結合，對于地鐵車站頂底板，應禁止設置縱向施工縫。30m是每個地下軌道工程軌道的施工縫長度不允許超過的。總之，在地鐵車站建設過程中，施工縫的設置，還應對地鐵車站的安全性具有重要影響，相關工作者一定要加以重視，保證明挖法地鐵車站建設的順利進行。

三、結語

綜上之述，地下軌道交通的施工技術越來越普及明挖法，這種方法目前在施工過程中對質量有顯著的效果，而且比較經濟，節約成本。但是地下工程始終是一項體系負責的項目，地下結構復雜，施工難度也大，因此在建造過程中難免會出現諸多方面的問題，而結構設計作為施工前期的重要條件之一，設計的好壞對后期的施工質量和整個地鐵的運行都具有直接的影響，因此在地下車站明挖施工的結構設計過程中，應充分考慮各項因素，包括車站結構形式以及圍護結構計算等問題，加強明挖法地鐵車站結構設計水平，保證地鐵建設的質量，為人們提供便利的出行條件，有效緩解城市交通壓力，進而促進我國社會的不斷、穩定的發展。