结构设计在明挖法地铁车站中的探讨

结构设计在明挖法地铁车站中的探讨

张 坤 康 帅

中铁隧道勘测设计院有限公司，陕西 西安 710016

摘要：自从改革开放以来，我国经济日新月异，取得了举世瞩目的成就。同时越来越多的人口涌入中国各大城市，造成城市的交通越来越拥堵。虽然各大城市的地面交通已经相当发达，但还是不能满足人们出行的需求。因此大力发展地下交通——建设地铁才是解决现状出行困难的最有效的方法。在当前的地铁建设中，明挖法施工是地铁车站最为常见也最为简单高效的工法，本文将对常用的明挖法在车站结构设计中的应用加以探讨。 关键词：明挖法；地铁车站；结构设计 中图分类号：U231.4 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）62-0028-02

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1 前言

在我国的各大城市，如北京、上海、深圳等地铁线路已经四通八达，它作为重要的交通枢纽每天为这个城市输送着成千上万的乘客。现如今，世界各地的地铁站大部分采用的都是明挖法，因为明挖法施工更安全、高效，施工质量更容易保证。明挖法施工的地铁站需要经历围护结构施工→开挖→加撑→回筑→拆撑等多个工序，但是由于地铁站周边环境复杂，且大多数位于城市主干道下方，这就对地铁的安全设计、施工提出了更高的要求。本文将对明挖法施工车站中围护结构、主体结构两部分进行分析探讨。

2 地铁结构设计中应遵循的原则

地铁在我国经历了数几十年的发展，地铁建设者们在实践中也积累了很多宝贵经验，如何保证明挖法车站的安全性、可靠性及可实施性，设计应遵守以下几个基本原则：

（1）地铁设计者应根据车站周边交通、建（构）筑物沉降要求及工程地质选择选取合理的施工方法，保证车站施工的可实施性。

（2）地铁设计应根据车站埋深、工程地质、水文地质、施工方法、建筑艺术效果等因素确定选取合理的断面形式，同时应满足地铁相关限界要求。

（3）结构计算模型应符合实际，计算应考虑施工及地铁正常运营时不同的荷载工况组合，特别是施工时或者后期可能出现的较大的活荷载。

3 明挖法在地铁站结构设计过程中应注意的问题

首先，对于基坑的支护设计方案中，在设计过程中必须保证支护方案的合理性，结合周边环境、工程地质及水文地质条件，从实际出发，考虑车站基坑周边的交通环境，通过对地质条件的分析，以及所需要的费用等方面全面的来考虑后，在多个方案中选取最符合实际情况的科学的方案进行实施作业。现在地铁施工运用的支护结构有支挡式结构、土钉墙、放坡等，支挡式结构因为占用场地少，整体稳定性好而被大量使用。其中桩+内支撑或连续墙+内支撑运用较为普遍，在条件相对较好的地层中，钻孔桩因为其低廉的造价发挥着比连续墙更大的优势。围护桩顶挡墙需高出地面作为挡水，同时需在地面设置排水沟，严防地面雨水灌入基坑。

其次，在围护结构的设计和主体结构的设计过程中，宜将围护结构的地下连续墙或钻孔桩作为主体结构侧墙的一部分与内衬墙共同受力，墙体的结合方式可选用叠合式或者复合式构造。两种结构结合起来设计，可以减少工程量，节约成本。当设计中采用复合式地下墙结构时，设计者应该利用围护结构来承担土压力，利用主体结构的侧墙来承担水压力。灌注桩结构既是主体结构的一部分，也是围护结构的一部分。采用灌注桩围护结构时，由于后期所使用的材料各方面的性能都有一定的下降，所以在设计初期灌注桩的刚度需要进行折减考虑，一般折减率为50%。

4 明挖法地铁车站主体结构设计应该注意的问题

明挖法应用于地铁站主体结构设计的过程中有以下几个点应该引起注意：

第一、结构设计应注意的问题

（1）在中板开洞过程中，应该注意开洞的尺寸，当需

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要开较大尺寸的洞时，需在洞边做加强梁，同时验算横梁与中纵梁交接的地方的弯矩和剪力是否能够满足要求。一般采用的方法是通过建立平面模型。同时需进行纵梁的受弯承载力验算及受扭承载力验算。对于单柱车站而言，扶梯在中板开孔的位置应尽量保持对称。

（2）针对地铁站覆土较薄的结构设计，负一层的侧墙，顶板和中板都可以仅按纯弯度的结构计算；但对于地下负二层，负三层的侧墙以及中板等小偏压结构的计算，应该使用压弯构件进行设计增加钢筋配比后，再次按照纯弯构件进行验算。因为负二层，负三层板在施工及使用过程中承担着更大的轴向压力，如仅按纯弯构件进行配筋验算，结构偏于不安全。

第二、在主体结构设计计算过程中，必须要采用合理的计算方式。现如今在地铁设计过程中采用的最多的简单计算方式是二维断面计算。但是这种方式有个普遍的缺点。由于此计算方式为二维计算，面外的刚度在此种计算方式中无法得到考虑，这样的计算导致板内力远远小于梁内力，从而使得梁截面高度过大，造成资源上的浪费。同时对车站顶板以上的覆土空间造成影响，特别是市政管线设置影响较大。其次就是这种方法没有办法对主体结构内的中板和顶板开孔时进行内力分析。与三维计算方式比较，二维计算得到的梁内力与三维计算结果相差甚大。相差巨大的原因就是二维计算在计算时按照从板到梁，再从梁到柱的计算顺序，其中板上所有的纵向力都要传递到纵梁上。而且采用这种二维计算方式的前提是梁的刚度和板的刚度都足够大才可以。通常地铁站的梁高度与板厚度的比例接近2：：1，而在地铁站的设计中，通常梁都要承担板的支座的角色，实际上梁自身的刚度与计算中作为板的支座的刚度是不同级别的。因此，地铁主体结构计算时尽量采用三维计算，这样使得计算结果与主体结构的实际受力情况基本吻合，不但可以节约地铁站建造过程中的资源，也能够使地铁站比二维计算所设计出来的情况要安全可靠许多。

第三、随着地下空间大量的被开发利用，地铁的开挖深度也越来越深，因此地铁车站的抗浮也是一个必须要注意的问题。虽然抗法水位的确定还是一个有争论性的话题，但是地铁行业各设计院之间对于抗浮计算倒是比较统一：在仅考虑结构自重的情况下，抗浮安全系数不小于1.05；在考虑侧摩阻力时，抗浮安全系数不小于1.15。

5 变形缝的设置

地铁车站纵向较长，不论是车站纵向结构形式变化，或者是上部荷载的变化，都可能造成地基的不均匀沉降，导致其下部地基不均匀；大体积混凝土结构的浇筑及混凝土自身因温度的收缩膨胀、徐变等问题将引起结构的纵向变形。这使得结构沿环向开裂，轻者结构表面会出现大量裂纹，重者会导致结构漏水。地铁结构沿纵向设置变形缝可解决以上问题，但设置变形缝，缝的两侧就有可能产生影响行车安全的差异沉降，尤其对置于软弱地基上的结构，因此变形缝的设置应慎重。如果单靠加大纵向配筋还不能完全解决这个问题，因为普通钢筋是在混凝土受力变形之后才发挥作用的（裂缝

（下转第 30 页）

工程管理

少。加强对设备的检修与维护工作，才能为路桥施工的顺利开展提供支持。

2.5 创新监督

在以往路桥施工的监督模式中，往往只是简单的对施工人员的现场施工进行监督，而没有形成系统化的全面监督，忽略了其他影响施工质量与安全的材料、设备等。只有从根本上改变当前的监督模式，将监督延伸至路桥施工的各个环节，才能全面、有效的对施工质量与施工安全进行保障。以避免施工事故的发生，造成严重损失和不利影响。

2.6 创新过程

施工单位对路桥施工管理的认识不足，把施工管理看做的工作存在，认为施工管理只是一次性的。但在实际的管理过程中，常常会有不确定性发生。只有提高施工管理的灵活性，并严格把控和评定施工的各个环节，才能保证施工的质量与安全。并且，管理人员还需对突发事件进行总结，避免问题的再次发生。

2.7 施工安全创新

路桥施工具育危险性，施工环节极易发生安茜隐患，需按照规章制度，确定切实可行的施工方案，经过监理公司审批后，再考试项目施工，专业管理人员需检查验收每一项目安全，对施工项目进行随时抽查，并仔细记录检查结果。现

（上接第 28 页） 出现时钢筋应力可能只是40～60 MPa）。变形缝的设置是一个直接影响工程质量或工程安全的问题，需要进一步研究和认真对待。

6 结束语

社会在发展，在进步，如果社会进步了，但我们的交通却慢了下来，必定会拖住我们社会前进的脚步。但是地表空间是有限的，我们不能通过减少绿化面积，减少居民的居住面积来增加道路的数目，在有限的面积下，我们应该合理利用地下空间，发展地铁交通，为人们出行提供便利。在地铁建设中明挖法施工，不但施工简单、造价低廉，而且安全性更高。相对其他工法来说具有很大的优越性，现在大部分地区的地铁施工均采用明挖法施工。为了更好的发展地铁交通，

场需具有专业安全员给予实时跟踪，使不安全隐患得以纠正。加强定期巡查，每日均实施安全巡查，安全人员做好当日安全台帐，详细记录、检查安全隐患、强化人员培训，利用管理层培训，提高其安全管理水平，对管理人员、领导人员进行实时培训，促使他们把握路桥施工的法律法规、进而使安全生产取得良好效果。按照分项工程情况，每个工程在开工前，施下人员需明确操作方法，提高安全预防意识，有效掌握生产施工过程中可能发生的安全问题。

3 结论

路桥有效的管理，从而保证并提升路桥施工质量，保证企业经济效益，使施工管理更加规范化，标准化，积极辅助工程进展。创新管理落实到路桥施工的各个环节，保障工程建设的顺利进行和施工企业的经济效益，提高路桥施工行业管理水平。

参考文献

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我们应该发挥明挖法的巨大优势，确保地铁建设的安全与高效。

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