明挖地铁车站结构设计
摘 要: 对明挖地铁车站结构设计进行了分析总结，阐述了明挖地铁车站结构模型，结构设计和施工图设计等注意事项，对类似工程设计有一定的借鉴作用，以确保地铁车站结构设计的安全、合理、可靠。
关键词: 地铁车站，车站模型，结构设计，施工图设计
0 引言
地铁车站联系着地面与地下的客运功能，其安全稳定最为重要。但由于地铁车站的结构造价相对较高，因此，如何做到经济上的合理和结构上的安全可靠是非常重要的。
1 结构计算模型简化
根据结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层的相互作用，按底板作用在弹性地基上的平面闭合框架结构进行计算。底板与地层的作用采用一组土弹簧进行模拟，如果弹簧反力超过地基承载力，则取消相应弹簧并用最大地基反力代替。为了反映土体的非线性特性，支承链杆的等效刚度可采用最简单的理想弹塑性模式( 当反力 R≤R0时，支承链杆刚度为常数 K; 当 R ＞ R0时，K = 0。其中，R0为地基的极限承载力) 。当覆土厚度沿线路纵向有较大变化、结构上部直接建有建筑物或底板坐落地层有显著差异时，应考虑进行空间结构分析。
考虑水反力时，如果弹簧受拉则取消底板受拉弹簧以水反力代替。计算侧向压力时按水土分算考虑，即浮容重土压作用在围护结构上，静水压作用在主体结构上。
地下结构承受的水压力不仅受水位影响，还受水压力折减因数的影响［1］。主体结构计算要特别注意水位的选择( 使用阶段工况: 水位一般取抗浮水位，当抗浮水位在地面以上时，可取地面) ，活荷载的选取( 特别是盾构始发、吊出井位置) 。
围护结构参与主体结构计算时，考虑围护结构是临时结构，设计年限不是 100 年，需对围护结构的刚度进行折减。笔者对主体结构计算不考虑围护桩、考虑围护桩和考虑刚度折减 0． 5 围护桩进行分析比较: 考虑围护桩和考虑刚度折减 0． 5 围护桩弯矩相差均在 5%左右，总的来说折减系数越小，主体结构构件弯矩越大，不考虑围护桩弯矩最大; 不考虑围护桩主体结构在底板角部、侧墙支座、跨中、底角处弯矩较大，主要是围护桩与侧墙协同工作分担一部分力。根据工程经验在计算主体结构考虑围护结构刚度折减 0． 5 比较接近实际受力情况。主体结构建模计算中柱按等效面积输入高度( 如中柱为 700 mm ×1 200 mm 矩形柱，纵向柱距为8． 5 m，按等效面积原则计算的墙厚度为700 ×1 200/8 500 =98． 8 mm) ，宽度取 1 m 板带。
2 结构设计
2． 1 设计易忽略的问题
在车站渡线段设计中，若两条线路坡度不同，但建筑专业只提供了一条线的纵剖，建筑横剖也未反映线路坡度的变化。结构人员考虑不仔细，造成设计出现错误。
盾构井盾构出入洞边墙预留钢环位置因盾构中心线与轨道的相对关系标注不明确，造成钢环安装的高度与实际要求的高度有误差( 对轨道的标高与盾构端面的关系没有足够的重视) ，待盾构准备进洞时才发现问题。盾构过站应注意限界要求，横梁是否侵入盾构机过站净高的要求，是否影响盾构机过站施工( 尤其是防淹门、人防门的横梁，一般较高，设计应注意) 。当横梁侵入盾构机过站净高，应减少横梁高度，梁高度不能减少时，横梁需要进行二次浇筑。
2． 2 设计与施工的结合
以基坑设计为例，支撑的布置是很有讲究的。竖向支撑过密或者上下支撑不对齐会影响土方的水平运输; 靠近基坑底面的基坑应考虑垫层、底板厚度、斜拖以及支撑牛腿的高度，有围檩的支撑体系应考虑墙体支撑的位置不影响墙体竖向钢筋的搭接。纵向支撑的布置还应该考虑与主体结构的关系，为确保接缝各工序施工质量及操作空间，支撑架设在主体结构各层梁板的上方净距: 焊接或机械连接(Ⅱ级接头) 不小于 1． 4 m，机械连接(Ⅰ级接头) 不小于 0． 5 m。
水平支撑过密会影响土方垂直运输; 对于较宽的基坑，水平支撑的方向布置也很有讲究。当基坑周围环境比较复杂的时候( 单方向开挖) ，设置支撑除考虑基坑的安全外，施工开挖的方向也是设计考虑的因素之一。一般土方的运输方向应与支撑布置方向垂直，因此设计中应特别注意。
2． 3 设计应考虑的细节
对于覆土较浅的车站结构计算，地下 1 层侧墙、顶板及中板按纯弯构件计算; 地下 2 层、3 层侧墙、底板和 3 层以上车站中板属小偏压构件，应按压弯构件进行配筋计算，按纯弯构件验算，以保证构件的安全。板和侧墙配筋计算考虑支座处设置的腋角和刚域作用; 梁、板和侧墙计算配筋面积取按基本组合计算强度配筋和准永久组合计算裂缝配筋二者较大值; 盾构井底板、侧墙支座处剪力较大，如需配置抗剪钢筋，宜采用封闭箍筋。
中板开洞较大时应建立平面模型核算横梁与中纵梁交接处弯矩和剪力是否满足，并加强该处侧墙抗弯、抗剪能力及该处楼板配筋。中板扶梯开洞处可设置变截面梁，计算配筋可按明梁为挑梁来计算，不考虑暗梁的作用，单柱结构扶梯孔洞尽量对称设置，避免产生过大扭矩。对集中荷载较大的情况，分布钢筋的截面面积应适当增加。
纵向肋梁是影响梁板结构内力的主要部位，纵梁刚度的增加将引起柱上板带弯矩向跨中板带转移，当梁板刚度比达到某一个定值后，这种变化慢慢会稳定下来，在一种柱跨与板厚结构条件下，必有一个最佳梁板刚度比与之对应，板中剪力分布亦同弯矩一样，随纵梁刚度变化发生新的分布规律。
3 施工图设计
1) 车站主体结构一般不宜设置后浇带( 有明确要求除外) ，设计文件中一般不宜交代跳段施工。
2) 顶纵梁尽量不要上翻或部分上翻; 底纵梁尽量不要下翻( 多与相关专业沟通) ; 中纵梁错台底面和底纵梁错台顶面应设在柱外侧( 伸过柱) ，便于纵梁钢筋锚入柱内。
3) 主次梁交接处箍筋加密，并且次梁断面也要加箍筋，如图 1所示，因为地铁中次梁的宽度较宽。
4) 折梁尽量不要上翻或下翻，要用板的混凝土来抵抗折梁产生的合力。如必须上翻或下翻，应多于一跨柱距开始翻折。配筋大样图见图 2。
5) 顶板边支座非侧墙而是通道、风道开孔时，由于侧墙开孔导致顶板在边支座处的支座条件弱化，不能达到固端支座的条件，此时在该边支座处附加钢筋无益，应考虑将邻近跨中进行加强; 主体结构与通道、风道接口处暗梁受扭转作用，暗梁箍筋适当加大并全长加密。
6) 当洞口开到墙边或离墙很近时，悬挑板的箍筋应做成封闭箍筋来抵抗水平力。
7) 顶板外侧钢筋不宜伸入边墙作为边墙附加钢筋，边墙外侧钢筋不宜伸入底板作为底板附加钢筋，施工较困难。
8) 楼扶梯孔边梁设置不能影响楼扶梯净空。楼扶梯柱设置不能影响公共区使用功能。
9) 扶梯吊环设计: 构造要求、受力检算。扶梯吊环不能设置在两根近距离梁之间，吊环方向与扶梯运行方向一致。
10) 注意轨顶风道结构找坡( 主要用于排水) ，板厚度渐变。
4 结语
本文是笔者对地铁结构设计与配合施工工作中接触到的一些问题的思考与总结，希望对地铁车站设计有借鉴作用。
参考文献:
［1］ 徐小君． 地下工程结构外水压力折减分析研究［J］． 山西建筑，2005，31( 3) :28．
［2］ GB 50157-2003，地铁设计规范［S］．
［3］ GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］．
［4］ 刘国彬，王卫东． 基础工程手册［M］． 第 2 版． 北京: 中国建筑工业出版社，2009．
［5］ 中国中铁二院工程集团有限责任公司( 总体总包单位) ． 长沙市轨道交通 1 号线一期工程 初步设计、施工设计技术要求［Z］． 2010.
京公网安备 11010202007575号