淺析地層環境變化對地鐵結構設計的影響

高會茹

◆摘? 要：地鐵施工工期長、施工難度大，施工中的任何一個環節出現質量問題，都會對工程施工造成無法彌補的損失。由于地鐵是一種特殊的地下工程，其地質條件的改變將會對其內部的受力產生影響，從而對其結構的設計產生不利的影響，從而避免這種情況的出現，在設計時應充分考慮到地層環境的變化。本文以此為基礎，對不同地層條件下地鐵結構的影響進行了詳盡的分析，并結合具體情況，從多個方面探討了減小這些影響的對策。

◆關鍵詞：地層環境;地鐵結構;內力

近幾年我國城市化進程中，我國的交通運輸方式也出現了巨大的變革，特別是在先進的地下空間建設理論與技術支持下，城市軌道交通建設的工程數量不斷增加。同時，地鐵還具有較低的對外污染、較強的運載能力和較好的空間利用率，深受人們的歡迎。近年來，隨著城市軌道交通的不斷發展，城市軌道交通的設計與施工已趨于平穩，但仍有許多問題需要解決，如地質條件的改變，會使地鐵結構的實際承載力下降，從而導致工程質量的下降，甚至會危及到城市的正常運營。

一、地層環境中地鐵結構的設計狀況

由于地層環境的復雜性和不確定性是其最重要的特征，它對地鐵結構的影響也是復雜多變的，難以預測，需要對可能造成的地質環境變化的各種因素進行全面的認識和分析，并采取相應的預防措施，確保地鐵的安全和正常運營。

在進行地鐵結構的分析與設計時，首先要對地層環境中的結構進行內力分析，并將其劃分為：1、永久荷載。2、可變荷載，它主要由旅客所產生的荷載、地面車輛所產生的荷載、水平土壓荷載等組成。在地鐵結構設計中，應綜合考慮多種不利載荷，以確保地鐵結構在承受大載荷時不會發生重大損壞，從而確保其運行后的安全性。

二、地層環境發生變化時地鐵結構設計的影響

（一）地下工程的影響

由于地層環境的改變，對地鐵隧道的施工有很大的影響，而在隧道施工中，對地基進行連續的卸荷是一個很大的問題，而在這個過程中，土層的應力也會發生變化，所以，隧道施工的進展可以看作是破壞了土層的生態平衡。

為探討地鐵工程施工中地下挖掘對地鐵結構設計的影響，本文假定一條隧道穿過地鐵結構，其半徑為7m，垂直于地鐵站的方向，由于隧道的存在，導致車站地基基礎的系數降低，即使采取適當的支護措施，也很難阻止土體的持續松動和下沉，從而對車站的內力造成影響。根據計算公式計算了結構的內力，發現在環境變化后，地鐵結構的內力變化不大，但上部軸力下降，底板和柱軸力增加，頂板、柱節點和底板的彎矩都增加，而側壁的上彎矩和下層的彎矩都在減少。根據資料分析，認為地鐵車站地下開挖時，基底及立柱的軸力增長幅度較小，而在中部及頂部的交界處，則略有增大，而底板及底板跨則有較大的提高，故在地鐵結構設計時，應充分考慮提高樓面的強度與變形。

（二）地面工程的影響

一般來說，由于地鐵所處的位置都是在經濟、交通等方面較為發達的區域，所以在靠近地鐵的地方，往往會出現一些新的項目，這些項目在施工時，會對周圍的環境造成一定的影響，這將會對地鐵的地下施工環境造成一定的影響。地鐵工程建設中，地下結構的內力一定會受到影響，其內力的不均勻性表現出極其復雜的特點。根據多年的施工經驗，發現地下工程施工若與地鐵站左方相鄰，則左跨、中板、頂板的軸力增大，而右跨、中板、頂板的軸力增大，而地鐵結構的內彎矩增大。總之，當地鐵上部有新建的建筑物時，其內力往往會發生很大的變動，所以在進行結構設計時，要在保證結構的基礎上，適當提高每一層的強度，并著重考慮其抗變形性能。

（三）地下水位上升的影響

地下水位的變化也會對結構的受力及承載力產生一定的影響，所以在設計時應注意到地下水位的變化。根據以往的經驗，地鐵結構會在地下水位升高的同時，基板和中板的彎矩會增大，其承受的軸向作用力也會隨之增大，從而能夠有效的提高軌道的承載力，以及軌道交通的安全性，有效的避免了地下水位在升高之后對地鐵所帶來的安全隱患。所以可以看出，地下水位升高對中板的軸向和彎矩沒有顯著的影響。

三、減少地層環境對地鐵結構設計影響的措施

（一）從地下土層角度解決

從地下土壤的觀點來看，對地鐵進行結構設計的同時，必須要針對于地層的變化能夠對地鐵結構所造成的影響充分的進行考慮，采取多孔結構的計算，選擇出其中最不利于地鐵結構的孔來進行加固，若地層中是軟土，則需要對其組成以及數量進行計算分析，并采取相應措施。此外，應檢查結構的承載力，若不滿足要求，應立即更換或加強土體。

（二）從地下水位角度解決

首先，我們要在地鐵工程原有的基礎上，要對地下水及時的采取適當的止水措施，比如說，利用攪拌樁和地連墻等措施，同時還可以利用降水井對基坑進行人工排水，或者在基坑的頂部設置一個防水墻。

其次，應檢查地鐵結構的抗浮性能，避免因當地下水水位升高而導致結構上浮;第三，地鐵要做好防水設計，避免在地下水位過高時向地鐵站滲透。在具體的施工中，可以選用防水混凝土，并在地鐵站外側建造全封閉防水層，并對關鍵部位、特別節點進行防水設計。在地鐵站內應安裝適當的集水處理設備，以應對地下水位的突發事件。

（三）施工與設計相結合

最后，在地鐵工程進入施工階段后，要對工程實施全程監控，及時跟蹤施工進度。在工程建設中，若發現工程與設計方案不符，或工程地質條件不符合設計要求，應立即向施工單位報告。

四、結語

本文認為，地鐵的受力結構是一個比較復雜的靜態結構，本文的研究結果表明：隨著地層條件的改變，地鐵結構的內力也會隨之發生變化。今后，為確保地鐵建設的質量與安全，必須根據施工現場的實際情況，運用科學、嚴密的方法，對具體的變化進行詳細的分析，并采取相應的減輕措施，使地鐵的安全運行得到最大的保障。

參考文獻

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