明挖法地铁车站结构设计中几个问题的思考

沈秋彬

摘 要：由于在地铁结构设计时相关规范叙述不够详细，在实际设计工作中难以实现设计标准和设计原理的统一，这给设计人员带来了许多问题。本文通过论述侧向水土压力，抗浮水位，侧墙结构体系和支架垂直布置方式四个方面，分析并讨论了其存在的争议和细节。

关键词：地铁车站;土压力;水压力;水浮力;复合墙

地铁车站的施工方法主要有浅埋矿山法、明挖顺作法和盖挖逆作法，其中明挖顺作法是目前我国地铁车站采用最多的一种施工方法。地铁结构有自己独特的结构特征，例如，墙板结构通常较厚，顶板覆土较深，通常可达3m;车站结构设计受到许多因素的影响，例如布线、通风等。在地铁的结构设计当中，设计人员经常遇到许多难以明确的设计问题，如侧向水土压力的计算以及抗浮水位的确定等。在下文中，我们将分析和讨论一些地铁车站设计中遇到的典型问题。

一、地铁车站的结构形式

根据地铁车站的功能要求，通常采用箱形框架结构形式，地铁车站被设计为长条状结构，通常横向布置成2～4跨，沿纵向设置多个跨距，横梁通常不设置在车站结构的内部，局部设置在结构内部的横梁需要根据实际情况严格限制高度。同时，对于基坑的设计应科学合理地适应形势，不应影响地下管线。在设计结构顶板，侧墙和底板时，厚度应满足设计要求，以承受各种荷载，如车辆荷载和施工荷载。在一般情况下，厚度为0.6m至1.0m，在对顶板梁和底板梁的设置时，应根据荷载要求设定它的厚度，与一般民建楼板相比，中间板由于需要承载更大的荷载，因此设计时需要设置厚些。

二、围护结构的设计

（一）围护结构形式

根据我国相关的施工标准，选择连续墙作为设计过程主要结构的组成部分不仅可以节省经济成本还可以保证施工质量。通常侧墙的主要结构有三种形式：单层墙，复合墙和叠合墙。本文简要介绍了这三种形式：

（1）单层墙。主体结构的侧墙直接呈现包裹结构，没有设置内衬，并且使用特殊装置来处理凹槽部分之间的连接。在具体的施工过程中，正向施工方法和反向施工方法采用不同的连接形式。在正常情况下，柔性防水连接用于正向施工中，刚性防水连接和整体连接应用在反向施工中。

（2）叠合墙。叠合墙是将地下连续墙与车站内衬墙做成一个整体。对于两个相结合的位置，需要采取合理的措施，以确保剪切力的传递。此时地下连续墙既作为车站基坑开挖阶段的支护结构，又是车站主体结构的一部分，在車站使用阶段与内衬墙一起受力。

（3）复合墙。复合墙包括围护结构和内衬墙，但与叠合墙有一些差别，主要是复合墙体不能实现剪力和弯矩的传递，但可以传递反向压力。复合墙形状各异，主要是排桩，防水层和内衬墙的组合。结合这些实际情况，设计时应该科学合理地选择这些类型。

（二）围护结构的计算

通常地铁车站结构设计时应采用包络设计，既对施工过程中可能出现的各个工况分别计算，取最不利值设计。作者在进行实践中总结了以下几个方面：（1）在施工过程中，有必要对桩墙施加预应力，对于预加压力的大小，应充分考虑各种因素，包括温度变化，支撑类型等，以确保预加压力的充分性。（2）通常情况下，需要对围护结构中使用的钢筋进行均衡设计，但实际上这种结构会造成很大的浪费，所以在进行围护结构设计时，可以通过两种方式进行配置：一种是在横截面受拉和受压的地方，将钢筋纵向布置，且使周边配置均匀化;另一种是当桩的截面是圆形时，钢筋可以集中纵向布置。

（三）主体围护结构设计

在主体的围护结构设计中，首先应确定其类型。从上面的讨论中我们知道围护结构的一般形状分为单层墙，复合墙和叠合墙。在计算中，单个墙和叠合墙的计算模型应采用单面墙，而复合墙的计算模型应采用两面墙。

（1）在地铁基础施工过程中，在地基中会设置拉力或压力弹簧，在对设置地基弹簧时需要根据设计要求合理布置，对于受拉弹簧，必须在基坑下方围护结构中，受压弹簧主要位于基坑上方的围护结构中。

（2）荷载计算在主体结构的设计过程中也非常重要。主要结构荷载通常包括垂直荷载，水平荷载，地面超载和底板有利荷载。荷载的计算直接影响主体结构的质量。垂直荷载主要是指覆土的重量，该部分应根据具体公式计算。水平荷载主要来自土的侧向压力和水平方向的侧向水压。荷载计算应针对不同的设计内容使用不同的计算方法，例如，针对砂性成分土层应采用水土合算，否则需要水土分算。超载主要是指地面上一些机械装置和材料施加的压力。

（3）由于地铁车站的支座处构件与平面计算模型相比较弱，在车站横断面模型支座的地方添加刚域，以减少支座处的内力，设置刚域时，可以根据墙厚或柱宽调整。同时根据相关要求，应相应增加跨度中间的弯矩，并减小支座处的弯矩。

（四）设计细节问题

在设计地下轨道工程结构时，有必要注意一些细节问题，例如，在计算覆土荷载时，要考虑到深浅的问题。同时，顶板、中板和底板配筋设计建议根据纯弯构件计算，侧墙配筋设计可根据压弯结构构件计算。在计算侧墙配筋时，应充分考虑两个因素，一是支座的腋角设置，二是在支座处设置的刚性区域。对于侧墙支座处，如果剪切力较大，应通过设置加强钢筋来解决，以确保结构符合设计要求。

三、结语

总之，地铁出行越来越受人们的欢迎，目前结构设计对施工期间的质量具有显著影响，并且通过合理的设计能节省经济和成本。因此地下车站设计过程应充分考虑各种因素，包括车站结构和围护结构计算，确保地铁建设质量，为人民提供好的出行条件，缓解城市交通压力，促进社会的持续稳定发展。

参考文献：

[1]GB50157-2003地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2]DGJ08-109-2004上海城市轨道交通设计规范[S].

[3]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.