明挖法地铁车站结构设计中几个问题的思考

徐宁飞

在中央和地方政府部门的不断支持下，城镇化发展的增速日益显著，这也对我国城市的交通行业带来了红利，而城市地下交通轨道是必不可少的一项重大交通工程，为居民带来了便捷的出行方式，对居民出行的交通带来了便利，使城市的发展能得到缓解。同时，在建造这些巨大而复杂的地下工程时，质量是工程项目中每个施工者、设计者们不得不重视的问题。运用好好的施工技术方法也是保障施工质量的前提条件，明挖法就是当前地铁施工运用最普遍的施工技术方法。所以在细节的设计过程里，必须要全方位地考虑每个因素，如顶板覆土、通风不畅等问题，提升地下轨道交通工程的结构设计水平，才是对工程施工质量的保障。地铁工程不是一般的工程，其技术方法尤为重要和关键，明挖法是当前公认的适用方法，而地下的结构复杂，对施工带来了极大的难度。

一、地铁车站的结构形式

根据地铁车站的使用功能要求，一般采用箱形框架结构，将地铁车站设计成长条结构，横向设置2-4跨，对于纵向，应将其设置为多跨，横梁一般不设置在结构的内部，设置部分结构应严格限制横梁的高度。同时在设置基坑时，还应根据实际情况，进行科学、合理的设置，应避免对地下管网产生影响。在设置结构顶板、边墙以及底板时，为了抵抗各项荷载，如车辆荷载以及特殊荷载等，其厚度应达到设计要求，一般情况下，厚度在0.6～1.0m，同时在设置顶梁和底梁截面时，还应根据要求，合理设置其截面高度，与一般的楼板相比，中板由于要承受较大的荷载，因此厚度要较大一些。

二、围护结构的设计

1.围护结构形式

依据我国的地下建筑工程施工的相关标准，在设计过程中选择连续墙作为主体结构的重要部分。这样不仅节约经济成本还对质量有一定的保障。通常情况下，侧墙的主体结构有三种形式：单一墙、复合墙以及叠合墙，笔者就这三种形式简要的介绍一下：（1）单一墙。主体结构的侧墙，直接采用围护结构，不设置内衬墙，并采取特殊的手段，对槽段之间接头进行处理。在具体施工过程中，顺筑法和逆筑法施工，采用不同的接头形式，一般情况下，柔性防水接头应用在顺筑法施工中；刚性防水接头和整体接头，则应用在逆筑法施工中。（2）叠合墙。在主体结构侧墙设置过程中，将围护结构作为重要组成部分，并且围护结构和内衬墙，共同形成叠合式墙，并将其视为整体墙。对于二者结合面的位置，还应采用合理结构以及施工措施，保证剪力的传递。（3）复合墙。复合墙也是由维护结构与内衬墙共同构成，但是与叠合墙存在一定的差异，主要表现在复合墙无法实现剪力和弯矩的传递，但是可以进行反向压力的传递，复合墙有多种形式，主要包括排桩、防水层以及内衬墙的组合形式等。结合这几种实际情况，应科学合理地对这几种施工形式进行选择。

2.围护结构的计算

通常在地铁车站围护结构的计算过程中应精确的计算出结构数据，笔者在通过实践过程中总结了以下几个方面：（1）在施工时，还需要对桩墙施加预应力，一般采用支撑的方式进行施加，对于预加压力的大小，还应充分考虑各个因素，包括温度变化、支撑类型等等，保证预加压力大小合理性。（2）一般情况下，采用均匀配置方式对围护桩钢筋进行设计，但是事实上，采用这种方式进行配置，会造成很大的浪费，因此笔者认为可以采用两种方式进行配置，一种是沿截面受拉区和受压区，钢筋的选择应当是纵向，对周边的布置应均匀而规范，钢筋混凝土桩是圆形截面，可以设计的时候集中纵向。

3.主体围护结构设计

在主体围护结构设计过程中，应先确定围护结构形式，通过前文的论述，我们知道一般围护结构的形式分为单一墙、叠合墙以及复合墙，在结构计算中，单一墙和叠合墙的模型为一面墙，复合墙的模型的表现为为两面墙。（1）应根据具体的设计要求，合理地设置地基弹簧，对于拉压弹簧，需要伸入到基坑底以下围护结构，对于受压弹簧，主要是指基坑以上部分围护结构部分。（2）在主体结构设计过程中，荷载计算的也至关重要，主体结构荷载一般涉及到竖向荷载、水平荷载、地面超载以及底板有利荷载等，这些荷载的设置对主体结构的质量具有直接的影响。竖向荷载主要是指截面以上土柱重量，这部分应按照一定的公式进行计算。水平荷载主要是来自于水平方向的侧向水以及土压力，在计算时，还应根据不同的设计内容，采用不同的计算方式，例如水土合算是针对砂性成分的土层，不然要水土分算。地面超载主要是指一些机械设备以及堆载的材料对地面造成压力，按照要求，地面超载应在20kpa范围之内。在计算过程中，还应考虑地铁运营过程中，人群、设备等对底板造成的荷载，在设计时，考虑的是有利荷载。（3）通过在支座处加刚域的方法，消除内支座处的内力，在设置刚域时，可以按照墙厚或柱宽一半进行设置。相比平面计算模型，地铁车站构件实际约束较弱化，按照要求，还应适当增加跨中弯矩，而支座处问题应适度的处理。

4.设计细节问题

明挖法的地下轨道工程在设计结构的过程中，平时还要留意一些细微处理问题，比如在计算覆土时，厚浅问题是要考虑的内容。同时按照纯弯钩件，对顶板以及中板进行计算，同时按照按压弯构建，对地下二层、三层侧墙进行配筋计算，在完成计算后，为了保证构件安全，还应进行验算。在对侧墙配筋以及板进行计算时，则应充分考虑两方面因素，一方面为支座处设置的腋角、二是支座处设置的刚域作用。对于侧墙支座处，如果存在剪力较大的情况，则应通过设置封闭钢筋的方式来解决，以此保证结构满足设计要求。

5.合理设置变形缝

变形缝的设置对地铁车站结构设计质量具有直接的影响，这主要是因为地铁车站受上部荷载、车站纵向结构的影响，不均匀沉降的发生会时有出现，还有就是混凝土浇筑的过程中温度的控制也非常关键，如果温度把控不好对混凝土结构会引起纵向的形态改变，裂缝的产生就是这样出现的。因此地下轨道工程在结构设计中，还应当根据现场的实际情况，对于变形的设置应科学有根据的设计。解决沉降以及裂缝等问题，尤其是软弱地基上变形缝的设置，应给予一定的重视。通常，剪力较小的位置都会预留施工缝，且该位置应尽量便于施工，应注意不要在大开孔、车站楼扶梯处等薄弱环节进行施工缝的设计，以免影响整体的项目质量。同时施工缝的设置，可以与伸缩缝结合，对于地铁车站顶底板，应禁止设置纵向施工缝。30m是每个地下轨道工程轨道的施工缝长度不允许超过的。总之，在地铁车站建设过程中，施工缝的设置，还应对地铁车站的安全性具有重要影响，相关工作者一定要加以重视，保证明挖法地铁车站建设的顺利进行。

三、结语

综上之述，地下轨道交通的施工技术越来越普及明挖法，这种方法目前在施工过程中对质量有显著的效果，而且比较经济，节约成本。但是地下工程始终是一项体系负责的项目，地下结构复杂，施工难度也大，因此在建造过程中难免会出现诸多方面的问题，而结构设计作为施工前期的重要条件之一，设计的好坏对后期的施工质量和整个地铁的运行都具有直接的影响，因此在地下车站明挖施工的结构设计过程中，应充分考虑各项因素，包括车站结构形式以及围护结构计算等问题，加强明挖法地铁车站结构设计水平，保证地铁建设的质量，为人们提供便利的出行条件，有效缓解城市交通压力，进而促进我国社会的不断、稳定的发展。