地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中空間效應(yīng)的影響

鄭偉

[濟(jì)南市市政工程設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250002]

0 引言

在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中空間效應(yīng)對具體呈現(xiàn)出的建設(shè)結(jié)果的影響較大，通過對空間效應(yīng)的有效掌握，不僅能夠有效縮短地鐵車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計時間，降低成本投入，減輕建設(shè)單位的資金投入壓力，還能夠在視覺上帶給人們較為舒適的享受，規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計中的諸多隱患問題，具有多重良性效果。由此可見，對地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中空間效應(yīng)的影響進(jìn)行探究是十分必要的，具體策略如下。

1 平面簡化設(shè)計的概述

1.1 模型假設(shè)

地鐵車站結(jié)構(gòu)需要依據(jù)地鐵交通設(shè)備本身的形態(tài)進(jìn)行設(shè)計，所以地鐵站多為狹長型。在進(jìn)行具體的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要從客觀實際入手進(jìn)行簡約化的平面結(jié)構(gòu)模型設(shè)計，為接下來的設(shè)計環(huán)節(jié)做鋪墊，以保障后續(xù)工作都能夠以此作為基礎(chǔ)得到順利推進(jìn)，在設(shè)計上呈現(xiàn)出更為優(yōu)質(zhì)的水準(zhǔn)。不過在進(jìn)行簡化模型的構(gòu)建時，相關(guān)技術(shù)人員還需遵循一定的原則，滿足下述條件：第一，為了便于地鐵運行且實現(xiàn)對空間的有效節(jié)約，在進(jìn)行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員需要遵循橫空間結(jié)構(gòu)尺寸小于縱向空間結(jié)構(gòu)尺寸的原則，并且在地鐵車站結(jié)構(gòu)的縱向空間尺寸上做到無限大，以實現(xiàn)平面簡化設(shè)計的有效性。第二，為保障地鐵車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)計人員需要遵循縱向結(jié)構(gòu)連接點的連續(xù)性原則，以保障在長期的使用過程中縱向結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)塌陷等危險問題，實現(xiàn)對人們?nèi)松戆踩挠行ПＷo(hù)。第三，設(shè)計人員需要加強對地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計材料以及結(jié)構(gòu)幾何尺寸的控制，并且保持縱向結(jié)構(gòu)上的持續(xù)不變，使得縱向受力點所承載的負(fù)荷力相同，實現(xiàn)整體穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升[1]。

1.2 地鐵車站結(jié)構(gòu)平面簡化設(shè)計中存在的問題

在特定的環(huán)境下，地鐵車站結(jié)構(gòu)平面簡化設(shè)計模型能夠直觀地顯現(xiàn)地鐵站的實際情況，但在實際分析中卻發(fā)現(xiàn)，假設(shè)設(shè)計和實際設(shè)計之間的差異性較大，想要改善這一情況，設(shè)計人員就必須針對當(dāng)下所存在的問題進(jìn)行有效研究，為后續(xù)的多方面調(diào)整做準(zhǔn)備。經(jīng)過分析與整合，以下將對平面簡化設(shè)計中存在的問題展開具體闡述：其一，在實際情況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中支撐柱在縱向方向上并不具備連續(xù)性，但在假設(shè)的情景下縱向結(jié)構(gòu)中的支撐柱保持著較為完美的連續(xù)關(guān)系，這使得二者之間的差距較大，為后續(xù)工作的推進(jìn)帶來了極大的阻礙。其二，在實際情況下，中柱也不具備連續(xù)性，如果按照這一規(guī)格開展地鐵車站建設(shè)工作，將會導(dǎo)致縱向結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性缺失，極容易在使用中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)逐漸變形的問題，不僅為后續(xù)的維護(hù)工作帶來了巨大的壓力，還極容易造成較大的人員傷亡情況，使得地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨巨大的社會譴責(zé)和輿論壓力[2]。

2 空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性

空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計具有必要性，經(jīng)過分析與整合，以下將從幾個方面對此展開研究：第一，具有結(jié)構(gòu)遷移性優(yōu)勢。傳統(tǒng)的平面設(shè)計直觀性不足，其中存在的實際設(shè)計問題不易被發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)的地鐵站建設(shè)埋下了巨大的隱患。而空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計則有效地改善了這一問題，能夠帶給人們較為直觀的感受，使得設(shè)計師能夠在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)存在的設(shè)計問題，及時地加以解決，凸顯出了空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)構(gòu)遷移性透視。第二，地鐵站位于地下，在使用的過程中需要承受水壓力、土壓力、荷載壓力等，對頂板設(shè)計機(jī)構(gòu)的穩(wěn)固性要求較高。只有保障頂板結(jié)構(gòu)能夠具備承受這些壓力的能力，才能夠保障地鐵站運行的安全性。但在實際的分析中卻發(fā)現(xiàn)，由于底梁和頂梁高度問題，地鐵站中間段承受的壓力較大，所以坍塌的風(fēng)險也相對較高，這為地鐵站結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在這樣的情況下，空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠為頂板設(shè)計提供新的思考路徑，為設(shè)計人員創(chuàng)造更多的嘗試機(jī)會，逐步地依據(jù)實際情況做出相應(yīng)的優(yōu)化，最終設(shè)計出與當(dāng)?shù)貙嶋H情況契合度最高的設(shè)計方案，確保頂板的承載力在規(guī)定范圍之內(nèi)，有效地避免了因頂板設(shè)計不足而造成的安全事故問題[3]。

3 地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中空間效應(yīng)的影響分析和優(yōu)化策略

3.1 基本參數(shù)

在進(jìn)行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計時，想要實現(xiàn)對空間效應(yīng)的有效控制，就應(yīng)當(dāng)以地鐵車站工程的實際情況和特點作為基礎(chǔ)，以三維有限元作為平臺對地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計加以分析，并做出假設(shè)和簡化調(diào)整，使得基本參數(shù)能夠維持在較高的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。以下將從土層參數(shù)、構(gòu)件參數(shù)以及靜力荷載三個方面對此進(jìn)行研究：其一，土層參數(shù)。在地鐵車站施工的過程中粉質(zhì)黏土、砂層、中風(fēng)化巖等共同構(gòu)成了土層，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)以摩擦角、黏聚力、泊松比、容重等作為基本參數(shù)的計算落腳點，得出相應(yīng)的數(shù)值，并且將其與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對比，從而確定地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的調(diào)整方向，實現(xiàn)對空間效應(yīng)影響的有效控制。其二，構(gòu)件參數(shù)。地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)件參數(shù)主要是指對地下連續(xù)墻、混凝土支撐等結(jié)構(gòu)部分的彈性模量、泊松比、容重的構(gòu)建參數(shù)的檢測計算，設(shè)計人員通過對構(gòu)件參數(shù)的控制能夠有效地穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu)對地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響，進(jìn)而呈現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)的成果。其三，靜力荷載。地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中的模擬環(huán)節(jié)主要是為了驗證設(shè)計方案是否具備可實施性，在實際的使用中都存在哪些問題，因此在設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)以真實的環(huán)境作為基礎(chǔ)，最大化地還原鐵路運行環(huán)境，對基坑、中心位置、荷載的寬度等進(jìn)行一比一還原，從而保障地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中存在的問題能夠突顯出來，在設(shè)計階段加以解決，實現(xiàn)設(shè)計的有效性。

3.2 計算過程

在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中，站臺位置是重點的研究對象，相關(guān)設(shè)計人員需要以此作為基礎(chǔ)，依據(jù)自己的經(jīng)驗和所掌握的理論知識綜合性地分析地鐵車站工程。與此同時，設(shè)計人員在進(jìn)行有限元計算式時，還需加強對計算范圍的控制，以保障所有的設(shè)計計算工作都能夠在科學(xué)合理的范圍內(nèi)進(jìn)行，實現(xiàn)對計算規(guī)范性的有效提升，避免不必要的誤差的產(chǎn)生和時間的浪費，縮短地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計工期，最終呈現(xiàn)出與客觀實際緊密相連的設(shè)計結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的施工提供有效支持。此外，在進(jìn)行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬檢驗時，相關(guān)設(shè)計人員還需將實際工程情況作為立足點，按照規(guī)范流程開展相應(yīng)的工作：第一，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)就所采集的實地信息作為模型構(gòu)建的重要元素，融入邊界條件，使得模擬情景能夠最大化的還原天然地應(yīng)力場。第二，地鐵站結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及向下挖掘的施工環(huán)節(jié)，想要有效的利用地下空間，對支撐力的優(yōu)化提升是不可或缺的，對此，在計算的過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)加強支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且做到開挖至基地，以實現(xiàn)地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性。

3.3 計算結(jié)果

地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中空間效應(yīng)的計算結(jié)果主要是指，地鐵車站鐵軌與基坑水平位移變形情況、地鐵車站鐵軌與基坑沉降變形情況，從這兩個方向入手，分析其與地鐵車站結(jié)構(gòu)的關(guān)系，落實針對性的優(yōu)化策略，才能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵車站設(shè)計的有效性。首先，地鐵車站鐵軌與基坑水平位移變形情況。在地鐵站換乘路段的施工工作結(jié)束后，與設(shè)計圖紙之間所產(chǎn)生的位移差應(yīng)當(dāng)維持在最大數(shù)值的第三道支撐位置的范圍之內(nèi)，并且將鐵路路基邊緣水平的位移最大數(shù)值維持在2.2mm 的范圍之內(nèi)，如果在模型檢測階段測得的數(shù)值超出了這一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，則表示地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計不符合實際建設(shè)要求，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)從空間效應(yīng)影響入手，做出針對性的設(shè)計調(diào)整，以保障后續(xù)地鐵站運行的穩(wěn)定性。其次，地鐵車站鐵軌與基坑沉降變形情況。換乘階段施工是鐵路整體施工中最大沉降數(shù)值出現(xiàn)的位置，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)加強對這一階段的計算，并且對所得數(shù)值進(jìn)行著重的觀察研究，從路線中間階段入手進(jìn)行設(shè)計調(diào)整，以保障地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性，實現(xiàn)對空間效應(yīng)影響的有效優(yōu)化。

3.4 計算結(jié)果分析

相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)從實際入手，以地鐵站的實際開挖情況作為基礎(chǔ)進(jìn)行針對性的分析，提煉出鐵路在使用過程中可能出現(xiàn)的最大位移變化數(shù)值，為后續(xù)的工作提供可靠的參考依據(jù)。在對我國地鐵站的設(shè)計分析中可以發(fā)現(xiàn)，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中位移的最大值通常維持在2.2mm 的范圍之內(nèi)，而其最大的沉降值則維持在2.5mm 的范圍以內(nèi)，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)通過對這一數(shù)值的分析制定針對性的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，首先，在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)加強對連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)維護(hù)設(shè)計，使其具備較好的穩(wěn)固性，從而使得地鐵站能夠在運行的過程中實現(xiàn)對其的有效利用，將鐵路位移和沉降的范圍控制在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值上，有效地延長地鐵車站的使用壽命，降低后續(xù)的維護(hù)成本投入，使得地鐵車站能夠更好地為人們服務(wù)，滿足城市居民的出行需求。與此同時，在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工設(shè)計以及加固隔離設(shè)計上，還需投入更多的時間和精力，為鐵路的運行提供更為可靠的支持力量，讓地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中空間效應(yīng)發(fā)揮最大化的良性影響力。其次，在新的時代背景下，計算機(jī)技術(shù)為各個行業(yè)都帶來了支持力量，成了當(dāng)今時代發(fā)展的主要基調(diào)，讓人們的生活和工作都愈發(fā)的便捷。在這樣的情況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)做到緊跟時代的發(fā)展步伐，加強對計算機(jī)軟件的應(yīng)用，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到計算機(jī)軟件中，快速的得出數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從而實現(xiàn)對沉降數(shù)值和水平位移數(shù)值的有效控制，滿足地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中對空間效應(yīng)的控制和利用有著極大的意義和價值，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)在這一方面投入較大的精力和時間進(jìn)行針對性的分析與研究，找到空間效應(yīng)控制的關(guān)鍵所在，綜合性地分析其中的多種要點，減少不當(dāng)操作行為的出現(xiàn)概率，形成較大的良性影響力。