地铁车站结构设计方法探讨

地铁车站结构设计方法探讨
摘要：城市轨道交通工程结构设计是工程建设的基础，贯穿着工程建设全过程，决定了工程建设水平。

为提高设计水平和施工质量，本着“结构为功能服务”的原则，在满足设计原则和技术标准的基础上，科学选用结构设计方法进行车站
结构设计。

通过优化细部结构，增加了空间利用率，不仅能充分发掘结构性能，
还能节约工程投资。

基于此，本篇文章对地铁车站结构设计方法进行研究，以供
参考。

关键词：地铁车站；结构设计；方法
引言
城市发展对于地铁建设的需求量不断加大，深基坑的深度会随着地铁工程的
需求逐渐加深，在深基坑中修建地铁车站过程中极容易出现风险，给施工的安全
性以及质量会带来或多或少的影响。

因此，在设计阶段就要统筹考虑地铁车站建
设全过程，科学选用合理的设计方法，有效降低施工风险。

在选择过程中，要对
设计方案进行全面的优化，要保障地铁车站及其影响范围内的地下管道和建筑物
的安全，从而确保施工过程的效率与安全。

1车站主体结构设计
地铁车站的主体部分结构设计使用年限为100年，车站内部的楼梯、站台板
等内部构件的设计使用年限为50年。

以石家庄地区的某地铁车站为例，其底板
埋深约为24m，车站高度约为22m，车站标准段宽度约为22m，拟建地区的地下结
构抗震设防烈度7度，抗震等级为二级，结构按6级人防进行验算，防化等级为
丁级，抗浮设防水位较深，无需考虑抗浮设计。

针对此设计概况，初步选定地下
车站基础采用平板式筏基，天然地基，主体结构型式采用双柱三层三跨标准箱型
断面结构，纵向柱跨9.0m，横向跨度为9.2m、6.9m和9.2m。

地下车站整体不设
置变形缝，在主体与附属结构连接处设置变形缝，在施工工序衔接处设置施工止
水缝。

地铁车站结构的设计要符合结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层
的相互作用，因此选定结构模型后，通过选用荷载-结构模型进行结构计算，采
用静止土压力系数和水土分算原则，选用有限元计算软件进行计算，最终设计满
足设计标准要求。

数，采用水土分算原则。

2车站围护结构设计
围护结构方案应遵循“安全、经济、方便施工”的原则，并综合施工方法、
沿线地形及地质条件等因素，在多方案比选的基础上选择最合理的围护方案。

本
地铁车站场地内地下水位较深，无需进行降水，仅靠结构自重即可满足抗浮需求，故围护结构不采用地下连续墙。

钻孔灌注桩作为基坑围护结构，具有较大的刚度，通过施加的横向支撑即可满足较深基坑施工期间的围护需求，技术成熟，价格合理，石家庄地区多采用此种围护结构，具有工程实际经验，且本站所在场地地下
水埋深较大，无降水要求。

综合以上情况，本站采用钻孔灌注桩的围护结构形式。

围护结构的水平受力体系有锚杆和内支撑，考虑到内支撑架设速度快、可反复利用、施工技术成熟等优点，本工程采用内支撑的设计方案。

明挖车站基坑的支护
参数应根据工程地质、水文地质、施工条件和环境因素，并按照现行相关规范进
行计算确定。

本工程钻孔灌注桩的内力计算沿车站纵向取单位长度按弹性地基梁
计算，按基坑开挖、支撑架设、施作主体结构及回填的施工过程和完成后的使用
阶段进行内力计算。

钻孔灌注桩在施工期间作为基坑支护结构，考虑承担施工期
间全部的侧向土压力，按强度和变形控制设计，不验算裂缝宽度。

经计算，本车
站标准段基坑的围护结构设计参数如下：围护桩采用φ1000@1400mm的钻孔灌注桩，桩嵌固深度取9m；钢支撑竖向共设置三道，第一、三道采用φ630、t=16mm
的钢管支撑，第二道采用φ800、t=16mm的钢支撑。

冠梁尺寸为800×800mm，钢
围檩采用双拼工45C，围护桩桩间网喷100mm厚C20混凝土护壁。

上述设计参数下，本车站基坑围护桩最大水平位移和地表最大沉降均满足规范要求。

3车站内部结构设计的优化
地铁车站公共区站厅至站台层楼扶梯设置处开洞较大，为保障车站中板受力
安全性，需在开洞边设置加强梁。

通过调查发现，在现已建成运营的地铁车站中，洞边加强梁往往设计为下垂梁形式。

梁底端至楼梯板踏步装修层高度Ｈ受乘客通
行限制。

根据相关规范要求，Ｈ通常取２．４ｍ。

为减小中板沿纵向的开洞尺寸，
本工程将洞口处的下垂梁调整为与中板等高的暗梁，既能增大站厅层有效使用空间，又能减小开洞中板开洞面积，还能减小中板支模的施工难度。

地铁车站主要
采用板式楼梯和梁式楼梯。

因出入口楼梯需考虑战时人防荷载的影响，而板式楼
梯无法满足受力要求，因此出入口楼梯多采用梁式楼梯。

与出入口相比，车站站
内公共区楼梯在设计时不需考虑人防荷载，为能充分利用楼梯下部空间，地铁车
站公共区采用板式楼梯，且整座楼梯仅在中间休息平台下设置２根梯柱。

通过适
当增加梯板的厚度，该设计可满足受力要求。

4 BIM技术在地铁车站结构设计的应用
BIM技术在地铁车站建模和传统的地铁车站建模之间存在一定的互通关系，
二者都需要建立相应的模型，对设备管线的动向进行动态模拟，预先排查管线可
能发生的问题并检查碰撞，最后将分析的结果提交并进行审核分析。

BIM技术在
地铁车站的使用过程中，由于Revit的软件携带的组件较少，特别是梁、柱截面
和墙体等，很难满足建模的实际需求。

因此在建模过程中，第一步就需要创建对
应的构件族，然后根据实际的车站情况创建项目样板文件，创建好有效的文件才
能最终输出三维模型，最后根据地铁车站实际地质状况来设置约束和定义荷载组合。

地铁车站BIM模型建立后,需要对支座进行检查、对物理模型进行分析及核查，还需要对碰撞模型进行分析，而后不断完善模型。

使用Revit Extensions
把改善提升之后的标准仿真模型发送至Robot，输送途中还能依据真实发展状况，设立基本选项与附加选项，其详细内容包含物质材料、自身重量探究分析、杆端
排放、标准仿真模型交换等，最后产生地铁车站Robot结构的探究分析标准仿真
模型。

Robot能识别及使用Revit的模型材质、荷载、支座、弹簧约束等，并能
将最终分析的结果反馈给Revit，由此形成两软件的信息互通。

除此之外，Robot
还能读取并使用Revit的各种荷载组合，同时根据荷载规范进行荷载组合的计算。

Robot在结构探究分析设立结束之后，会对标准仿真模型展开结构的探究分析与
检测，参考依据最终结果会对其标准仿真模型展开相互对应的删改调整，最后一
步是结构的运算，结束后就能够查阅探究分析最终结果及存档。

结束语
目前本案例的地铁车站主体结构已实施完成，结构安全和变形控制效果良好。

结合工程地质及水文地质特性，选择经济适用的钻孔灌注桩+钢支撑形式，针对
围护桩受力特性对其采用分段配筋，在满足基坑支护结构安全性的条件下可节约
工程投资；选用双柱三层三跨标准箱型断面结构，受力良好，经济合理；将车站
公共区楼扶梯开洞处的下垂梁调整为暗梁，减小了中板开洞面积，增加了站厅层
使用空间；采取BIM技术检查管线碰撞，减少后期管线施工过程中的拆改，优化
工期并节约造价。

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