明挖地铁车站结构设计研究

张潇潇

青岛市市政工程管理处

明挖地铁车站结构设计研究

张潇潇

青岛市市政工程管理处

为了缓解我国城市交通拥堵的问题，需要建设具有较强运输能力的地铁以及轻轨。当前我国很多直辖市或者是省会城市都已经开始广泛修建地铁。地铁的出现以及建设水平也在一定程度上代表了城市的经济发展水平，但是因为地铁结构大多以地下工程为主，在结构设计过程中，因为岩土性质的复杂、设计理论的不完善导致结构设计中出现了诸多问题，需要加强研究并进行优化。

地铁车站；结构设计；设计优化

地铁作为一项基础性的公共设施，日益在人们的生活中发挥着巨大的作用。近年来，地铁车站的建设大规模开展，对其地面建筑的设计思想不断提高，所以我们有必要对其进行科学的分析和研究。

1 现代设计原则于地铁车站建筑设计的应用

1.1 识别性

地铁交通具有运行速度快，站点按时停留、到站停留时间短等特征，为让乘客能够在较短的时间内找到候车站台，要求车站建筑应具有较强的识别性，即明确车站建筑的功能分区，并在重要的位置加以提示，减少乘客迷路现象，帮助乘客第一时间到达车站候车区域。

1.2 实用性

实用性是车站建筑设计时的首要原则，是实现车站功能发挥的基础，所谓实用性即车站建筑满足乘客换乘需求的能力，通常体现在车站建筑具有的客流承载量。地铁车站建筑在前期设计过程中，往往会依据乘客流动速度、客流高峰期的乘客密度等因素确定车站可能达到的最大客流量，并以此为基础设计电梯、楼道等宽度，保障车站在任何时期能够方便乘客换乘与进出站需求。

1.3 安全性

地铁车站建筑在选址上往往以人口密集地段为主，比如常见的广场、主要道路、商场等附近或其地下，为此要保证建筑结构的安全性，通过空间布局设计减少对附近市民的影响，保证市民安全。

2 明挖法地铁车站结构选型

2.1 主体结构选型

地铁车站主体结构的选择需要遵循“安全、经济、方便施工”等原则，对设计方案进行必选，最终确定最佳设计方案。明挖法地铁车站主体结构通常采用的是现浇钢筋混凝土箱型框架结构。依据建筑布置和站台宽度，一般会按照如下标准进行设置：若站台宽度为8m，则车站标准断面为无柱单跨箱型结构；若站台宽度为10m时，则车站标准断面为单柱双跨箱型结构；若站台宽度为12m、14m时，则车站标准断面为双柱三跨箱型结构。

2.2 围护结构选型

长期实践结构证明，明挖地铁车站的经济性会受到维护结构控制的影响，所以需要选择适宜的围护结构。当前我国地铁车站建设采用的围护形式多种多样，明挖法车站围护结构的选择需要依据工程建设现场的地质环境以及建设目标等多种因素进行考量。选择的围护结构必须具有较高的可操作性，且对于环境的适应能力也较高。设置的基坑保护等级对水平位移及地表沉降量也有严格要求，在地区基坑施工经验以及施工设备的基础上，满足经济性、安全性、可靠性。当基坑保护等级要求较高时，可以采用刚度较大且具有较强止水能力的围护结构。

2.3 各影响因素下计算模型的修正

(1)是否考虑地层分层由于本车站在垂直方向上水平侧向土压力在土层分界处数值上不连续，如果要考虑地层分层则可以将分界点处的深度以及荷载值分别存入APDL数组中，再通过结构控制语句实现不同土层的加载。鉴于不同计算软件实现的难易程度，设计人员多采用土层参数加权的算法，只需要将各层土的重度和侧压力系数平均并重新对围护结构加载。

(2)有无围护结构为了研究去掉连续墙对结构内力计算的影响，可以在标准模型基础上将土压力直接加在主体结构侧墙上，此外为了避免重新建模，需要对围护结构上的节点多余自由度进行约束，围护和主体结构之间的单元不变。

(3)模型尺寸目前比较主流的是采用结构中心线进行建模，但是也有设计人员采用模型外边界(结构外皮)或者内边界(结构内皮)。这里通过更改APDL命令文件中模型尺寸参数，来实现不同模型尺寸条件的计算。

(4)混凝土强度等级规范规定主体结构所用混凝土强度不得低于C35，这里为了研究混凝土强度等级对结构内力计算的影响，对C30～C50混凝土均进行计算以更好地反映内力变化规律。在ANSYS中只需要依次改变材料属性即可实现。

2.4 车站通道出入口设计

地下车站出入口通道力求短、直，需弯折的通道不宜超过三处，弯折角度宜大于90°，避免做阴角形式，方便施工。通道长度超过60m时，其净高要考虑设置排烟风管的空间。当人防段距出入口敞口段较近，排烟系统风管可以考虑从主体里敷设；当出入口通道长度超过100m时，应在合适位置设安全出口。楼梯宽度至少1.8m，楼梯踏步高应相同，防止有乘客摔伤危险，出入口同时设置楼梯及扶梯时，宜采用两扶夹一楼形式，防止客流淤积，楼梯的第一节踏步距扶梯上工作点宜不小于2600mm，防止乘客从扶梯摔下至楼梯。

出入口宜平行道路红线，出入口退缩道路红线的距离应根据规划、地域的要求来确定。独立修建的地面出入口一般应设在规划道路红线以外，在特殊情况下，临时出入口可踏红线或设于人行道上，但必须征得规划部门的同意。

2.5 站台层设计

站台宽度应以各车站远期设计客流量计算确定，并应按客流控制时期的高峰小时客流量验算。设置在站台层两端的设备与管理用房，必要时可伸入站台计算长度内，但不应超过一节车厢长度，且不得侵入侧站台计算宽度内且不小于2.5m，并应满足距楼梯口的距离不小于8m。公共洗手间、污水泵房、屏蔽门控制室、变电所等设备与管理用房应集中布置在站台层一端、站厅层主要设备与管理用房的下方，其他设备与管理用房应根据功能设置位置。设备房间上方不得设置有水的房间，上下方有水房间集中布置，方便给排水开洞及预埋管等。站台层供电设备的房间，应满足设备至墙边的距离。

综上所述，明挖法地铁车站结构设计较为复杂，要想保证结构的稳定性和可靠性，需要从选型工作入手，并且做好计算工作，保证参数的正确以及结果的负荷承载能力。

[1]刘强，贾明杰.地铁车站明挖法施工基坑支护安全性研究[J].引文版：工程技术，2015(19)：151.

[2]刘欣.浅谈单柱与无柱地铁车站结构设计比较[J].甘肃科技，2010，26(9)：106～108.