明挖法地铁车站结构设计方案

2019-10-12赵硕

四川水泥 2019年8期

赵硕

（中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210000）

目前国际上建立地铁站使用次数最多的是明挖法，由于明挖法具有诸多优点，所以在地铁施工过程中占据着不可撼动的位置。同时使用明挖法建立地铁车站，需要在保证安全的前提下进行，在结构设计过程中能够方便施工，进而实现低成本高收益。使用价值高的地铁站通常具有低成本运营、结构简单安全和施工方便等优点，但是在设计的过程中还存在较多的问题，甚至会给设计人员造成一定的困扰。本文根据明挖法在地铁站施工中遇到的问题进行分析和探索，供设计人员参考。

1 工程概况

某城市建设一座地铁站，地铁宽为9m，车站的南侧公交站距离地铁站出口1km，北侧地铁出口35m 处是绿化带。周边建筑较少，车站主体无电路管线。车站顶板的覆土厚为4m，底板深为15m。车站全长196.56m，段宽32.5m，车站设有4 个出口，运用明挖法进行施工。

2 结构类型

2.1 主体构造

在地铁站施工过程中，要全面考虑安全、经济和施工等因素。明挖法作为最常用的施工方式，主要是通过箱型框架结构形式来完成施工任务[1]。根据该框架结构的特性，对站台宽度进行设计，站台宽度是整个设计的参考标准，当站台宽度在8m 以下，车站不设置无柱单跨结构，宽度超过12m，需采用单柱双跨结构，如果站台宽度超过14m，需要使用双柱跨箱体结构。

2.2 围护结构的设计

根据大量明挖法施工的事例可以发现，围护设计的合理性直接影响到成本预算，如果围护类型选择不合理，将会降低施工的效率，甚至会出现返工情况，进而导致工程建设成本超出预算[2]。目前围护结构的种类有很多，为了能够选择合适的围护结构，设计人员需要根据工程的实际需要来确定。在选择围护结构类型时需注意如下问题：

（1）如果在工程施工的过程中，根据需要增加预应力时，首先要确定支撑种类、支撑位置以及温度变化等情况，通常情况下轴力应控制在50～80%。

（2）围护桩的配筋相关技术参数。目前我国在进行地铁车站建设的过程中，通常会采用均匀配置钢筋的方式来进行围护结构的设计，实际上围护桩的弯矩是不同的，均匀配筋可能会造成不必要的投入。所以设计人员需要充分考虑围护桩弯矩受力情况，运用相关规程进行计算，然后进行合理配筋。

3 明挖法基坑的建设

3.1 明挖法基坑的种类

明挖法的基坑有两种类型：围护结构基坑、放坡基坑。通常情况下地铁车站的位置上处于城市的繁华地区，地质条件较为复杂，周围建筑物较多，交通较为拥堵，因此很多情况下选择围护结构基坑。

3.2 明挖法施工的主要部分

在进行基坑施工的过程中，明挖法是最为常见的施工方式，这种施工方式能够从地表开始施工，自上而下进行作业，然后开始进行结构工程施工，施工结束后回填，对路面进行复原。明挖法的主要施工程序如下：

（1）在基坑周围设置围挡，然后合理改动工程区域的管线，下一步加固地基，最后进行堆砌连续墙。

（2）在施工过程中，需要严格按照设计要求进行，按照一定的施工顺序建立数道支撑，通常情况下，第一道支撑采用混凝土支撑，接下来的支撑使用钢支撑，直到基坑底部，如图1 所示。

（3）在进行基坑底部处理的过程中，需要对底板进行防水处理，还要在边墙上留有一定的施工缝。

（4）拆除支撑，拆除基坑的纵梁、柱以及中板的支撑，同时进行防水处理。

图1 明挖法支撑

4 运用明挖法需要注意的问题

4.1 需要注意的问题

（1）确定设计方案，在基坑支护施工过程中，设计人员需要提前对基坑开挖的深度以及基坑所处位置的地质条件进行勘测，同时充分考虑经济和设备使用等因素，综合考虑各种因素再进行支护的合理规划，这样一来可以保障结构的安全性。在地铁车站的建设过程中，使用较多的支护结构有：搅拌桩、连续墙和土钉墙。如果条件允许，可在地铁站周围安装防水设施，进一步提高地铁基坑的稳定性。

（2）全面考虑工程主体结构和设计要求，地表下的连续墙支护是整项工程的主体结构，可适当发挥其作用，这样一方面可以节约成本，另一方面可以减少资源的浪费，和我国当前的绿色发展理念相吻合，所以在设计过程中要考虑围护结构的负荷等。在投入使用之后，应该提前做好工程材料因使用年限增加而导致承受能力下降的情况，在设计之初通常按材料刚度的75%进行设计。

4.2 明挖法使用需要注意的技术问题

在地铁车站设计的过程中，明挖法的使用需要解决如下问题：

（1）细节问题，例如板开洞问题，如果在中板开洞过程中，洞的直径较大，需要提前建立平面模型，计算梁的负荷和交叉处的弯矩，确保相应技术参数符合实际要求，同时还要增加侧墙的抗剪和抗弯能力。对于覆土较薄的地铁车站结构需要进行侧墙、中板以及顶板的弯构件计算。地下侧墙、底板按照配筋计算，这样可以最大限度地保证构件的安全使用。

（2）对于地铁车站主体结构的计算，应该遵循科学合理的原则。在相应的结构计算过程中一般选择二维断面的计算方法，主要因为该种运算方法计算简单、普及性较高，但是要考虑其应用范围，范围过大会造成计算的失误。如果无法对中板以及顶板开孔进行分析，需要详细计算前板的外刚度，如果造成内力偏小，会导致工程施工的成本大幅上升。总结以往的计算方法，三维计算较为精准，特别是在特殊情况下，能够将误差降到可忽略的范围，主要是因为三维计算能够将内力传递的途径进行精准判定，这样一来就可以保证精确计算所有板的载荷力，如果想要保证计算结果的准确性，设计人员应设置梁板的刚度，满足使用要求。

（3）在设计的过程中要格外注意地下水。当前我国对地铁车站的设计和主要设计的抗浮性进行了明确规定，在实际施工的过程中，需要根据点水情况计算车站应力，为车站投入使用提供保障。