明挖地铁车站与风道接口结构设计问题探讨

郭正伟，夏梦然，张阅博

（中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州450000）

摘要：以明挖地铁车站与风道接口结构设计问题为研究对象，结合相关理论及实际工程设计经验，从结构布置、抗浮等角度展开分析与探讨。在此接口的结构设计中，应加强和优化变形缝的布置及接口处梁柱体系的设计，选择合理的设计参数，确保结构安全可靠；地下水位特别高的车站，应做好接口处主体结构局部抗浮验算，采取合理有效的抗浮措施，确保主体结构抗浮满足要求；同时，对预留接口的相关设计问题也进行了探讨。

关键词：明挖法；地铁车站；风道接口；结构布置；抗浮；变形缝；预留接口DOI：10．3973/j．issn．1672－741X．2017．S1．014中图分类号：U45

文献标志码：A

文章编号：1672－741X（2017）S1－0086－05

DiscussiononStructuralDesignofConnectionInterfacebetween

Open-cutMetroStationandVentilationDuct

GUOZhengwei，XIAMengran，ZHANGYuebo

（ZhengzhouInstituteofChinaＲailwayEngineeringConsultingGroupCo．，Ltd．，Zhengzhou450000，Henan，China）Abstract：Thestructuraldesignofconnectioninterfacebetweenopen-cutmetrostationandventilationductisdiscussedandanalyzedintermsofstructuralarrangementandanti-floating．Theauthorsrecommendthat：1）Thearrangementofdeformationseamsandthedesignofbeam-columnsystematconnectioninterfaceshouldbestrengthenedandoptimizedandrationalparametersshouldbeadoptedsoastoguaranteethesafetyofthestructure．2）Theanti-floatingcalculationandanti-floatingmeasuresshouldbestrengthenedformainstructureatconnectioninterfacewithhighgroundwaterlevel．Therelevantdesignofreservedinterfacearediscussedaswell．

Keywords：open-cutmethod；metrostation；tnterfaceofventilationduct；structuralarrangement；anti-floating；deformationseam；reservedinterface

0引言

构抗浮问题的原理及常用的抗浮措施。

本文针对明挖地铁车站与风道接口的结构设计问题，在总结多地已建或在建地铁设计经验基础上，结合相关理论分析和探讨接口设计的常用做法及存在的问题。

目前，中国内地地铁建设正进入高潮，运营的城市

其与风道接口处受力不断增多。在地下车站设计中，

复杂，通常是结构设计中最为关键和困难的环节，后期

运营后出现的结构损伤、开裂、甚至漏水多发生在此部［1－2］

，位开展对相关设计问题的研究很有必要。目前，国内对明挖地铁车站多从应力、变形、抗裂针对风道接口相关设计问题的文献等角度进行分析，

2］较少。文献［认为地铁结构中靠近顶板或底板的孔洞边缘处的应力集中系数较孔洞其他部位大，为受力

3］认为风道开口部位由于围护结构不利部位；文献［

（已破除）不参与抗浮导致接口处主体结构抗浮不满

4－5］论述了地下结足，但整体抗浮满足要求；文献［

收稿日期：2017－02－17；修回日期：2017－04－20

1风道与车站接口处变形缝的布置

一般风道与车站主体接口处跨度较大，为30～50

m，变形缝的设置影响结构型式选择、梁柱体系布置等。问题，通常是地铁车站设计的重点和难点

变形缝的存在增加了结构布置的复杂性，其合理与否对后期的运营安全可能产生影响。一般变形缝布置主要考虑以下方面：1）变形缝的平面和立面形状尽量保持顺直，减少弯折。弯折过多将给止水带的制作

［6－7］

2010年毕业于石家庄铁道大学，mail：第一作者简介：郭正伟（1984—），男，河南邓州人，隧道工程专业，硕士，高级工程师，现从事地铁设计工作。E-328233432@qq．com。

增刊1郭正伟，等：明挖地铁车站与风道接口结构设计问题探讨87

和安装带来困难，且易成为后期漏水的隐患。2）变形缝突出车站主体侧墙一般为1．0～1．5m，不宜过长。过长使此处风道顶板悬挑过大，结构的变形及裂缝难以满足设计要求；过短可能使变形缝置于车站主体围护结构内，导致底板处变形缝两侧落于软硬不均基础上，削弱其后期抵抗变形的能力，且可能削弱后期防水效果。某城市地铁车站与风道接口变形缝如图1所示。

图1某城市车站主体与风道接口变形缝防水实例Fig.1

Waterproofdeformationseamofconnectioninterfacebetweenametrostationmainbodyandventilationduct

2风道与车站接口处梁柱体系的设计

风道接口处由于主体侧墙开洞，使侧墙受力整体性受到削弱，一般设置梁柱体系确保受力的可靠和结构安全，同时应进行详细的设计与验算，确保设计方案安全可靠。

设置变形缝的情况下，接口处梁柱体系布置应综合考虑变形缝的位置及形状，主要考虑以下方面：1）根据跨度、覆土厚度等因素，全面考虑恒载、活载按不同工况下最不利组合进行结构设计及配筋，满足结构（含梁、柱体系）的变形、裂缝控制要求。2）考虑到变形缝的施工空间要求，梁/柱边缘距离变形缝应不小于0．3m，否则影响止水带的安装。3）受风道建筑空间及通风要求的限制，不可避免地存在顶梁上翻和底梁下翻，实际设计中尽量降低上/下翻的高度，有条件时可考虑采用宽边梁方案。地铁车站与风道接口梁柱布置如图2和图3所示。

在某些情况下，风道受周边地面条件制约，或风道内设备布置的限制，风道结构很窄，无法设置变形缝，此时，可将车站主体和附属方向的梁柱体系布置统筹考虑，尽量结合设置，既满足主体部位分跨要求又兼顾风道结构的分跨。地铁车站与风道接口梁柱布置型式如图4所示。

（a）平面图

（b）立面图

图2地铁车站与风道接口梁柱布置设计参考图（变形缝）Fig.2

Arrangementofbeamsandcolumnsofconnectioninterfacebetweenmetrostationandventilationduct（deformationseam）

图3某城市车站主体与风道接口梁柱体系实例

Fig.3

Beam-columnsystemofconnectioninterfacebetweenametrostationandventilationduct

在不设缝情况下，为预防运营后接口两侧地基不均匀沉降对结构产生不利影响，一般需对附属基底进行局部加固处理（主体一侧较深，地层相对较好，一般不对主体基底进行加固，且主体结构完成较早，沉降已基本稳定），加固可采用三轴搅拌桩、高压旋喷桩或其他有效的加固形式，一般加固深度基底下不小于2．0m。基底加固处理如图5所示。

3风道与车站接口处车站结构的抗浮设计

在地下水位特别高的地区，车站主体抗浮往往难以满足。针对主体结构的抗浮措施，目前国内广泛采用围护结构与压顶梁相结合、利用二者自重参与抗浮来进行设计。根据理论分析验算，此时风道接口范围内由于围护结构无法参与抗浮导致主体结构抗浮无法满足要求，需采取加强抗浮措施，常用的措施如

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隧道建设

第37卷

下：1）在靠近风道侧主体底板下设置部分抗拔桩参与抗浮，抗拔桩的参数根据接口范围的抗浮计算确定。2）将风道底板以下围护桩或地连墙锚入风道底板，使之参与主体结构抗浮，满足主体结构抗浮要求，同时应

做好节点防水的设计，确保防水效果

［7－8］

。也可以将上述2种防水方案相结合使用。风道与主体接口处主

体结构常采用的抗浮措施如图6和图7所示。

（a）平面图

（b）立面图

图4地铁车站与风道接口梁柱布置设计参考图（无变形缝）Fig.4

Arrangementofbeamsandcolumnsofconnectioninterfacebetweenmetrostationandventilationduct（withoutdeformationseam）

图5某城市地铁车站接口处风道基底加固设计参考图Fig.5

Ｒeinforcementdesignofbaseofventilationductatconnectioninterfacebetweenametrostationandventilationduct

图6

风道与主体接口处主体抗浮措施1

Fig.6

Anti-floatingmeasureforconnectioninterfacebetweenventilationductandmainbody（No．1）

图7

风道与主体接口处主体抗浮措施2

Fig.7

Anti-floatingmeasureforconnectioninterfacebetweenventilationductandmainbody（No．2）

4

明挖车站与预留通道接口

预留风道接口是地铁车站设计中常遇到的问题，是车站后期开发设计中必须处理的问题。预留接口的型式根据预留时间、施工难易、防水可靠性等因素综合确定。预留接口既要满足使用阶段结构的安全可靠及相应防水性能，还要为后期开发预留条件，保证接口安

全可靠、易于处理且具有良好的防水能力［9］

。在工程实践中，目前车站预留接口的处理型式如下。

1）在建通道侧墙处预留暗柱及过梁，保证后期开洞结构体系安全，使用阶段按照一般墙体所受恒载和活载进行结构设计封堵，同时预留后期连接条件，一般

在暗柱、过梁及底部预埋钢筋接驳器。后期开发时人工或机械破除暗柱及过梁范围内墙体。预留接口的结构处理设计图1如图8所示。

（a）平面图

（b）立面图

图8预留接口的结构处理设计图1

Fig.8

Structuraldesignofreservedinterface（Ⅰ）

增刊1郭正伟，等：明挖地铁车站与风道接口结构设计问题探讨89

此方案不考虑后期连接型式，施工简便，但后期开发中问题较多。按目前的施工技术水平，后期破除墙体施工极易破坏既有主体侧墙结构，

影响主体结构安全；接缝处防水难以处理，漏水后会在主体与通道内串流，影响二者的正常使用；同时施工时可能影响站内的正常运营。

但随着施工技术的不断进步，后期开发中遇到的问题可以逐步解决。比如钢筋混凝土的整体切割技术可以降低墙体破除对主体结构的影响，也可以降低接缝处防水处理难度。但后期开发对站内正常运营的影响还是很明显的。此方案可作为远期预留开发使用。

2）在建通道设计时，于预留通道方向延伸1．0m左右，此部分结构根据所受恒载和活载进行结构设计并进行墙体封堵，同时于墙体四周预埋钢筋接驳器，后期开发时直接破除封堵墙体即可进行预留通道施工。预留接口的结构处理设计图2如图9所示。

（a）平面图

（b）立面图

图9预留接口的结构处理设计图2

Fig.9

Structuraldesignofreservedinterface（Ⅱ）

此方案使在建通道施工时结构局部外扩，导致基坑及围护结构布置不规则，既增加了设计难度，也增加了一部分工程量，在后期开发中具有优势。后期墙体破除施工基本不影响主体结构安全；防水处理空间充

裕，防水质量可较好保证；同时接口施工对既有车站的运营影响较小。此方案可作为近期预留开发使用，远期预留开发亦可推荐使用。

最后，在建通道与预留通道同期设计同期施工，使用阶段对接口进行简单的建筑封堵，后期根据使用需要进行相应设施的安装及验收后可投入使用。

预留接口处涉及到的结构布置、抗浮等内容与风道接口处结构设计问题类似，

可参考进行设计。5结论与讨论

在明挖车站主体与风道接口设计中，应加强和优

化变形缝及接口处梁柱体系的布置，合理选择设计参数。地下水位特别高的车站，应做好接口处车站主体局部抗浮验算，采取合理的抗浮措施，以满足主体结构的抗浮要求。

根据近远期的施工需求并综合考虑对后期施工的影响，合理选择预留接口型式，可考虑采用结构外扩、不外扩及同期实施3种方式，既满足短期施工及使用需求，

又尽量降低远期开发建设对既有结构及运营产生不利影响。预留接口处涉及到的结构布置、抗浮等内容参考风道内容进行设计。

本文主要根据实际设计中针对风道接口存在的问题进行分析和梳理，

尚缺乏必要的定量分析，需进一步深入地对这些问题开展研究。

参考文献（Ｒeferences）：

1］王雯．地铁车站主体结构内力分布规律及其影响因素研

究［

D］．西安：西安建筑科技大学，2015．WANGWen．Studyofdistributionlawofinternalforceof

mainstructureofsubwaystationanditsinfluencingfactors［D］．Xi’an：Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology，

2015．2］齐锋，陈晓宝．对复合式地铁车站内衬墙开裂原因的探讨

［J］．施工技术，2006（10）：55－56．

QIFeng，CHENXiaobao．DiscussiononmainfactorsofcompositeMetrocrack［J］

．ConstructionTechnology，2006（10）：55－56．

3］郭正伟．采用压顶梁抗浮的地铁车站主体结构整体响应

分析［

J］．城市轨道交通研究，2016，19（3）：71－76．GUOZhengwei．AnalysisofthewholeresponseofMetrostationmainStructurebuiltwithanti-floatingcopingbeam［J］．UrbanMassTransit，2016，19（3）：71－76．

4］高海．地下水对某已建地下结构的浮起作用分析［D］．

哈尔滨：哈尔滨工业大学，

2010．［［［［90

隧道建设

第37卷

GAOHai．Analysisofthefloatingeffectofgroundwateronabuilt-inundergroundStructure［D］．Harbin：Harbin

InstituteofTechnology，2010．

［5］李广涛．广州地铁暹岗站的抗浮计算分析［J］．隧道建设，

2013，33（11）：937－941．LIGuangtao．

Analysisofanti-floatingcalculationof

XiangangMetroStationinGuangzhou［J］．Tunnel

Construction，2013，33（11）：937－941．

［6］施仲衡，张弥．地铁铁道设计与施工［

M］．西安：陕西科学技术出版社，

2006．SHIZhongheng，ZHANGMi．Designandconstructionofundergroundrailway［M］．Xi’an：ShaanxiScienceandTechnologyPress，2006．

［7］朱祖熹．地铁防水工程存在的若干问题与对策［J］．中国

建筑防水，

2011（18）：1－7．ZHUZuxi．ProblemsexistedinMetrowaterproofinganditscountermeasures［J］．ChinaBuildingWaterproofing，2011（18）：1－7．

［8］李峰，刘柳．北京地铁防水工程常见问题分析及应对措施

［J］．公路交通科技（应用技术版），2016（1）：202－204．LIFeng，LIULiu．

Analysisofcommonproblemsin

waterproofingprojectofBeijingSubwayandcountermeasures［J］．JournalofHighwayandTransportationＲesearchandDevelopment（ApplicationTechnologyEdition），2016（1）：202－204．

［9］肖红萍，史平平，白迎春．轨道交通地下空间规模化开发

利用研究［

J］．都市快轨交通，2016，29（6）：16－19．XIAOHongping，SHIPingping，BAIYingchun．Studyofthelarge-scaledevelopmentofundergroundspacesofrailtransit［J］．UrbanＲapidＲailTransit，2016，29（6）：16－19．