明挖地铁车站结构设计浅析

明挖地铁车站结构设计浅析

发表时间：2018-09-18T18:54:27.343Z 来源：《基层建设》2018年第23期作者：修常红[导读] 摘要：随着我国城市轨道交通的发展，地铁已经成为人们上班以及日常生活中非常重要的交通方式。

中交铁道设计研究总院有限公司北京海淀 100088 摘要：随着我国城市轨道交通的发展，地铁已经成为人们上班以及日常生活中非常重要的交通方式。特别是在上下班高峰期，人流量非常大，如果地铁车站整体设计不合理或存在安全隐患，会给人们出行带来不便，引发严重的拥堵问题等，甚至威胁乘客的生命安全。因此，地铁车站的设计就极为重要，文章简析了地铁车站的结构设计中需注意的问题，为保证明挖地铁车站结构设计的安全性提供一定的参

考建议。

关键词：地铁车站；结构设计；意见建议

一、前言

随着中国经济的不断发展，我国城市的人口越来越多，城市交通压力也在不断加大，地铁已经成为了人们日常工作出行不可缺少的重要途径，国内许多城市都在大力推进轨道交通建设。对地铁车站进行科学合理的设计，才能够保证地铁的正常运行。目前国内地下车站比较常用的施工方法有明挖法、盖挖法。明挖法以其经济、快速、质量好等等优点在地铁施工中得到了广泛的应用。

二、车站主要结构设计原则

2.1地下车站在设计过程中，应根据使用条件，施工工艺，结构类型等进行设计。结构净空尺寸不仅要满足建筑功能、设备使用以及施工工艺等技术要求，还要考虑施工误差、后期结构变形和沉降的影响，留有必要的富裕量。根据其施工方法、结构类型及荷载特性等，选用与其特性近似的结构设计规范和设计分析方法，并结合施工监测逐步实现信息化设计。此外，设计还应符合城市整体规划、运营、施工、防水、防火、抗震、人防、杂散电流防护等有关要求。

2.2结构设计分别按施工阶段和使用阶段进行强度、刚度和稳定性计算。结构分析应模拟实际施工过程，对结构在施工阶段、使用阶段可能出现的永久荷载、可变荷载、特殊荷载按最不利荷载组合进行分析计算，对结构进行承载力极限状态和正常使用极限状态验算。

2.3按《地铁设计规范》主体结构以及因结构损坏或大修队地铁运营安全有严重影响的其他结构，设计使用年限为100年；使用过程中损坏可以更换但不影响运营安全的次要结构构件，设计使用年限为50年。车站结构安全等级为一级，按荷载效应基本组合进行承载能力计算时重要性系数为1.1。

2.4车站结构设计应根据最不利水位情况进行抗浮稳定验算。在不考虑侧壁摩阻力的情况下，抗浮安全系数Kf≥1.05；当考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数Kf≥1.15。如果不能达到抗浮要求，应采取相应的措施，如设置压顶梁、抗拔桩、反滤层等。

2.5地铁车站需满足《城市轨道交通结构抗震设计规范》的相关计算规定，应注意地铁车站抗震设防类别为重点设防类（简称乙类），应按提高一度采取抗震措施。有人防功能的车站还需要进行专门的人防荷载计算，根据人防功能定位防护等级，按人防规范规定在核爆及常规武器作用下采用等效静载法进行动力分析。一般来说，抗震和人防工况都不是控制受力工况，主要注意满足相关构造要求。

2.6针对基坑支护结构及其相关构件，需满足基坑的各项稳定性，强度和变形要求，要严格控制地面沉降，以确保重要管线与相邻建筑物结构可以正常使用，另外还要根据基坑安全等级提出相应的监控要求。

三、结构设计内容及需注意的问题

地铁车站结构设计的主要内容包括：围护结构设计；主体结构设计；其他如结构防水、施工场地布置、管线迁改、交通导改、施工监测等设计。

3.1围护结构设计

基坑计算软件一般可采用理正深基坑或同济启明星支护分析软件。基坑计算需满足整体稳定性、坑底抗隆起、墙底抗隆起、抗渗流稳定性、抗承压水稳定性、抗倾覆稳定性等要求，根据项目所在地区所采用的规范，有不同的限值。

围护结构的分析计算，要根据施工过程中开挖、架支撑、混凝土浇注、拆撑等步骤，分阶段进行内力分析。施工阶段按“增量法”对围护结构内力进行计算，须考虑计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按先变形后支撑的原则进行结构分析。安全等级为一级的支护结构，其结构重要性系数不应小于1.1，支护结构构件按承载能力极限状态设计时，基本组合作用的综合分项系数不应小于1.25。

基坑设计的过程中需特别注意的问题：围护墙体、止水帷幕的选型须结合不同地区地层情况，合理可行；围护结构的入土深度应根据基坑的开挖深度，结合场地的地质条件并综合不同地区经验经计算确定；支撑的平面与竖向布置要避开结构板柱，可考虑换撑；地连墙没幅墙要设置两道支撑并对称布置，端头井与标准段连接的转角处（阳角）必须设一道支撑。

3.2主体结构设计

3.2.1设计分析方法：对于复合墙结构一般采用一次加载法进行设计，结构计算一般可采用SAP2000或SPB84建立二维 “荷载-结构”模型进行分析，车站纵向取每延米结构作为计算单元，分别用水平弹簧和竖向弹簧模拟地层土对侧墙水平位移及底板竖向位移的约束作用。地铁车站主要承受水平向的水土侧压力与竖向水土压力和水反力，由于地下站一般设于路面下，还需考虑地面超载（一般20kPa），以地下两层站为例，荷载简图如图3.2-1所示。

图3.2-1 正常使用工况荷载简图

3.2.1结构设计要点：在建模过程中应注意框架柱需采用的等截面或等刚度的方式分配到1m宽的板带上；地下车站主要构件多以裂缝控制配筋，钢筋混凝土构件（不含临时构件）正截面一般按三级裂缝控制，即正常使用极限状态验算的明挖结构最大裂缝宽度允许值≤0.3mm；在满足设备、建筑使用功能的前提下，尽量保证顶梁不上翻，底梁不下翻；结构中纵梁可以采用5跨连续梁简化计算或建立车站纵向框架模型进行计算，框架柱应满足抗震轴压比的要求；一般板墙支座处剪力会较大，有时需配置箍筋，此处箍筋以拉筋的形式布置，但是拉筋构造必须满足单肢箍的构造要求；在侧墙开洞处，钢筋遇通道或风道孔会截断，需考虑将钢筋伸入过梁内锚固，同时主体结构与

出入口通道和风道连接处设的过梁需考虑抗扭钢筋的配置。

3.3其他设计

地下结构防水应遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则进行设计，按照防水等级明确采用全包、半包防水、变形缝、施工缝处的防水做法。

此外，项目初期就有必要做好勘察和资料收集工作，收集车站周边建构筑物，管线资料，了解地面交通情况，合理的布置施工场地，盾构始发站应满足盾构始发堆砌管片等对于施工场地的要求。设计需要对主要雨水管，污水管、给水管等管线确定一个合理的迁改方案，既保障周边居民的正常生活，也要保证基坑的施工安全。一般来说，设在道路以下的车站需要考虑交通导改，在条件允许的情况下，可借一还一，机动车道可按3.5米宽布置，人行道加非机动车道按4米考虑，管线和交改方案在实施前都需征得当地相关主管部门的确认。地铁工程的建设每个部分都是相互联系的，与各专业、各部门之间的是沟通协调的也是设计的关键。

四、结语

随着我国各大城市大力发展轨道交通建设，我国的地铁设计技术已经相对成熟，但应根据不同地区的地质情况结合地方经验，合理选择结构类型和设计方法，结构设计人员在设计时要秉持认真严谨的工作态度，各级部门也要加强对图纸的审查，才能保障地铁车站结构设计的安全性、适用性。与此同时，积极推动BIM等技术在地铁建设中的应用，从设计到施工、使用全周期清晰化、标准化，这不仅仅是地铁建设也是整个建筑行业的发展趋势。文章主要是从地铁车站的设计原则出发来探讨比较具体的设计方法，为设计人员提供一定的参考建议。

参考文献：

[1]高志宏.浅谈明挖法地铁车站的设计分析方法[J].甘肃科技，2010，09：118-120+184.

[2]赵锴.明挖法地铁车站结构设计探讨[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2011，04：19-23.

[3]黄磊，侯志友.明挖地铁车站结构设计[J].山西建筑，2012，10：57-59.

[4]陈高峰.明挖地铁车站结构设计研究综述[A].中国土木工程学会城市轨道交通技术推广委员会.2010.

[5]刘嘉，王余鹏.浅谈明挖地铁车站主体结构施工方法及工艺流程[J].科技信息.2011（06）.

[6]杨建学明挖地铁车站不同计算方法计算结果比较.