地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析與探討

李洋

【摘要】在城市建設(shè)過(guò)程中，為了減輕城市壓力，解決城市交通擁擠的問(wèn)題，各個(gè)地區(qū)都在大力開(kāi)展城市地鐵建設(shè)工作。本文對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了介紹，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施。

【關(guān)鍵詞】地鐵；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題

為了解決城市交通問(wèn)題，超強(qiáng)運(yùn)力的地鐵與輕軌建設(shè)逐漸成為大城市的首選。然而，對(duì)于地鐵結(jié)構(gòu)基于地下工程，由于巖石和土壤的性質(zhì)的復(fù)雜性、施工技術(shù)的變化、設(shè)計(jì)理論的局限性和缺陷的相關(guān)規(guī)范，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚存在一些問(wèn)題或不完善的地方，需要我們不斷探索和解決地鐵結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

一、工程概況

某地鐵車站總施工長(zhǎng)度為176m，其中標(biāo)準(zhǔn)段的寬度為19.0m，有效站臺(tái)的長(zhǎng)度為140m，底板的埋設(shè)深度為14.90m，東端頭井寬度為21.7m，底板的埋設(shè)深度為19.74m。車站總施工面積為10947m2，車站一共布設(shè)了4個(gè)風(fēng)亭，3個(gè)出入口，車站全包防水。施工采用明挖順作法進(jìn)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(nèi)支撐的方式進(jìn)行支護(hù)。

二、主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（一）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）主體結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件以及內(nèi)部構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用年限是100年。安全等級(jí)是1級(jí)，而重要性系數(shù)是1.1。（2）結(jié)構(gòu)以7度的抗震設(shè)防烈度來(lái)進(jìn)行抗震驗(yàn)算，為重點(diǎn)防護(hù)類設(shè)防，抗震的等級(jí)是三級(jí)。地鐵車站的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制等級(jí)是三級(jí)。（3）Ⅱ類建筑場(chǎng)地類別，地鐵車站結(jié)構(gòu)的人防設(shè)計(jì)等級(jí)是六級(jí)，對(duì)車站的所有主體結(jié)構(gòu)均進(jìn)行設(shè)防。（4）在結(jié)構(gòu)環(huán)境類別方面，處于較為一般的環(huán)境條件中，地鐵車站內(nèi)部混凝土構(gòu)件的環(huán)境類別是一類，其迎水面混凝土構(gòu)件及露天面混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)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(jié)構(gòu)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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，對(duì)這三種荷載的最不利的工礦進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，也就是荷載的最不利效應(yīng)組合。（1）該工程偶然荷載：人防設(shè)計(jì)等級(jí)是六級(jí)，并以7度的抗震設(shè)防烈度來(lái)進(jìn)行抗震驗(yàn)算，也就是說(shuō)其地震荷載為7度設(shè)防；（2）工程的永久荷載：通常其設(shè)備荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)按照8kN/m2進(jìn)行，但其中不包括結(jié)構(gòu)自重、覆土重、水浮力、水壓力、裝修荷載以及側(cè)向土壓力這幾項(xiàng)；（3）工程的可變荷載：一般情況下在計(jì)算地面超載時(shí)按照20kN/m2進(jìn)行；計(jì)算站臺(tái)層、公共區(qū)域站廳的人群荷載時(shí)按照4kN/m2進(jìn)行；有關(guān)列車的荷載情況，計(jì)算時(shí)總共考慮6節(jié)車編組，也就是通常意義上的四動(dòng)兩拖。

（三）主要結(jié)構(gòu)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?jié)B標(biāo)號(hào)要高于P8，其中包括以下幾個(gè)位置：地鐵車站底板墊底層C20、地鐵車站縱梁節(jié)點(diǎn)C50、框架中柱C50、地鐵車站其他的內(nèi)部結(jié)構(gòu)C30、結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯墻、底板、頂板等的直接接觸土體的各個(gè)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題

（一）耐久性能的問(wèn)題

由于地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有不可逆的特點(diǎn)，工程量非常大，對(duì)整體城市交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響，所以需要地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的耐久性特點(diǎn)。但是一些城市的地鐵在運(yùn)作過(guò)程中，會(huì)受到某些因素的影響而出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題，比如某市地鐵因受到滲漏情況的影響而出現(xiàn)封閉大修等情況，對(duì)城市交通運(yùn)輸管理造成了很大的阻礙。加之地鐵后期的維護(hù)和管理工作耗時(shí)耗力，如果在開(kāi)始設(shè)計(jì)地鐵結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就提高地鐵耐久性的重視，那么地鐵安全運(yùn)行就會(huì)得到有效的保障。地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的靜態(tài)方法必須考慮波動(dòng)現(xiàn)象。只有這樣，才不會(huì)有大的錯(cuò)誤。但在處理軟基的大斷面、大長(zhǎng)度結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于一些靠近地面的地下結(jié)構(gòu)必須考慮波浪效應(yīng)。因此，考慮到地基和結(jié)構(gòu)的非線性特性，波動(dòng)動(dòng)力學(xué)是一個(gè)亟待研究的課題。

（二）抗震性能的問(wèn)題

通常情況下，地鐵設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)將大量的時(shí)間和精力投入到地鐵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全性設(shè)計(jì)方面，但是對(duì)于地鐵抗震性能的設(shè)計(jì)卻有所忽視。由于地鐵是地下交通工具，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中除了要對(duì)空間、道路通暢程度以及相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算等進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，在地鐵的抗震性能方面，也要提高重視。

（三）變形縫設(shè)置問(wèn)題

地鐵車站的結(jié)構(gòu)很長(zhǎng)，路基可能不均勻，車站縱向結(jié)構(gòu)形式的變化，以及上部荷載的不斷變化都可能導(dǎo)致地基不均勻沉降。此外，大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(huì)引起結(jié)構(gòu)的縱向變化。如果在縱向沒(méi)有變形節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)會(huì)沿環(huán)向開(kāi)裂，重量會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)泄漏，結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)大量裂紋。隨著變形節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，焊縫兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)不同的沉降，會(huì)影響交通安全，特別是對(duì)軟土地基上的結(jié)構(gòu)設(shè)置，應(yīng)慎重考慮接縫的設(shè)置。

四、結(jié)語(yǔ)

地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作具有一定的復(fù)雜性和工藝性，各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都存在一定的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不僅要對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)等進(jìn)行全面的了解和掌握，同時(shí)還要對(duì)相關(guān)問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析與研究。根據(jù)地鐵整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全與穩(wěn)定效果，為城市交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展提供有利的保障。

參考文獻(xiàn)

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