明挖法地鐵車站結構設計中幾個問題的思考

沈秋彬

摘 要：由于在地鐵結構設計時相關規范敘述不夠詳細，在實際設計工作中難以實現設計標準和設計原理的統一，這給設計人員帶來了許多問題。本文通過論述側向水土壓力，抗浮水位，側墻結構體系和支架垂直布置方式四個方面，分析并討論了其存在的爭議和細節。

關鍵詞：地鐵車站;土壓力;水壓力;水浮力;復合墻

地鐵車站的施工方法主要有淺埋礦山法、明挖順作法和蓋挖逆作法，其中明挖順作法是目前我國地鐵車站采用最多的一種施工方法。地鐵結構有自己獨特的結構特征，例如，墻板結構通常較厚，頂板覆土較深，通?？蛇_3m;車站結構設計受到許多因素的影響，例如布線、通風等。在地鐵的結構設計當中，設計人員經常遇到許多難以明確的設計問題，如側向水土壓力的計算以及抗浮水位的確定等。在下文中，我們將分析和討論一些地鐵車站設計中遇到的典型問題。

一、地鐵車站的結構形式

根據地鐵車站的功能要求，通常采用箱形框架結構形式，地鐵車站被設計為長條狀結構，通常橫向布置成2～4跨，沿縱向設置多個跨距，橫梁通常不設置在車站結構的內部，局部設置在結構內部的橫梁需要根據實際情況嚴格限制高度。同時，對于基坑的設計應科學合理地適應形勢，不應影響地下管線。在設計結構頂板，側墻和底板時，厚度應滿足設計要求，以承受各種荷載，如車輛荷載和施工荷載。在一般情況下，厚度為0.6m至1.0m，在對頂板梁和底板梁的設置時，應根據荷載要求設定它的厚度，與一般民建樓板相比，中間板由于需要承載更大的荷載，因此設計時需要設置厚些。

二、圍護結構的設計

（一）圍護結構形式

根據我國相關的施工標準，選擇連續墻作為設計過程主要結構的組成部分不僅可以節省經濟成本還可以保證施工質量。通常側墻的主要結構有三種形式：單層墻，復合墻和疊合墻。本文簡要介紹了這三種形式：

（1）單層墻。主體結構的側墻直接呈現包裹結構，沒有設置內襯，并且使用特殊裝置來處理凹槽部分之間的連接。在具體的施工過程中，正向施工方法和反向施工方法采用不同的連接形式。在正常情況下，柔性防水連接用于正向施工中，剛性防水連接和整體連接應用在反向施工中。

（2）疊合墻。疊合墻是將地下連續墻與車站內襯墻做成一個整體。對于兩個相結合的位置，需要采取合理的措施，以確保剪切力的傳遞。此時地下連續墻既作為車站基坑開挖階段的支護結構，又是車站主體結構的一部分，在車站使用階段與內襯墻一起受力。

（3）復合墻。復合墻包括圍護結構和內襯墻，但與疊合墻有一些差別，主要是復合墻體不能實現剪力和彎矩的傳遞，但可以傳遞反向壓力。復合墻形狀各異，主要是排樁，防水層和內襯墻的組合。結合這些實際情況，設計時應該科學合理地選擇這些類型。

（二）圍護結構的計算

通常地鐵車站結構設計時應采用包絡設計，既對施工過程中可能出現的各個工況分別計算，取最不利值設計。作者在進行實踐中總結了以下幾個方面：（1）在施工過程中，有必要對樁墻施加預應力，對于預加壓力的大小，應充分考慮各種因素，包括溫度變化，支撐類型等，以確保預加壓力的充分性。（2）通常情況下，需要對圍護結構中使用的鋼筋進行均衡設計，但實際上這種結構會造成很大的浪費，所以在進行圍護結構設計時，可以通過兩種方式進行配置：一種是在橫截面受拉和受壓的地方，將鋼筋縱向布置，且使周邊配置均勻化;另一種是當樁的截面是圓形時，鋼筋可以集中縱向布置。

（三）主體圍護結構設計

在主體的圍護結構設計中，首先應確定其類型。從上面的討論中我們知道圍護結構的一般形狀分為單層墻，復合墻和疊合墻。在計算中，單個墻和疊合墻的計算模型應采用單面墻，而復合墻的計算模型應采用兩面墻。

（1）在地鐵基礎施工過程中，在地基中會設置拉力或壓力彈簧，在對設置地基彈簧時需要根據設計要求合理布置，對于受拉彈簧，必須在基坑下方圍護結構中，受壓彈簧主要位于基坑上方的圍護結構中。

（2）荷載計算在主體結構的設計過程中也非常重要。主要結構荷載通常包括垂直荷載，水平荷載，地面超載和底板有利荷載。荷載的計算直接影響主體結構的質量。垂直荷載主要是指覆土的重量，該部分應根據具體公式計算。水平荷載主要來自土的側向壓力和水平方向的側向水壓。荷載計算應針對不同的設計內容使用不同的計算方法，例如，針對砂性成分土層應采用水土合算，否則需要水土分算。超載主要是指地面上一些機械裝置和材料施加的壓力。

（3）由于地鐵車站的支座處構件與平面計算模型相比較弱，在車站橫斷面模型支座的地方添加剛域，以減少支座處的內力，設置剛域時，可以根據墻厚或柱寬調整。同時根據相關要求，應相應增加跨度中間的彎矩，并減小支座處的彎矩。

（四）設計細節問題

在設計地下軌道工程結構時，有必要注意一些細節問題，例如，在計算覆土荷載時，要考慮到深淺的問題。同時，頂板、中板和底板配筋設計建議根據純彎構件計算，側墻配筋設計可根據壓彎結構構件計算。在計算側墻配筋時，應充分考慮兩個因素，一是支座的腋角設置，二是在支座處設置的剛性區域。對于側墻支座處，如果剪切力較大，應通過設置加強鋼筋來解決，以確保結構符合設計要求。

三、結語

總之，地鐵出行越來越受人們的歡迎，目前結構設計對施工期間的質量具有顯著影響，并且通過合理的設計能節省經濟和成本。因此地下車站設計過程應充分考慮各種因素，包括車站結構和圍護結構計算，確保地鐵建設質量，為人民提供好的出行條件，緩解城市交通壓力，促進社會的持續穩定發展。

參考文獻：

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