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(guī)范敘述不夠詳細，在實際設計工作中難以實現(xiàn)設計標準和設計原理的統(tǒng)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(jié)。

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，通常可達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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)我國相關的施工標準，選擇連續(xù)墻作為設計過程主要結構的組成部分不僅可以節(jié)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(xiàn)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(xù)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(xù)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(jù)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(jù)墻厚或柱寬調整。同時根據(jù)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(jié)問題

在設計地下軌道工程結構時，有必要注意一些細節(jié)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(jù)純彎構件計算，側墻配筋設計可根據(jù)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(qū)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(jié)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(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

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