关于明挖地铁车站结构设计中若干问题的探讨

摘要：随着中国经济持续快速发展和城市化水平的提高，我国城市地铁的建设正大规模地开展。本文以明挖法地铁车站框架结构为研究对象，简述地铁车站结构设计及构造中存在的一些值得商榷的地方，以供同行參考，进行设计优化。

关键词：地铁车站；结构设计；设计优化

引言

为解决城市交通拥堵问题，修建具有超强运力的地铁与轻轨已逐渐成为大城市的首选手段。目前国内绝大多数直辖市及省会城市已经部分建成或正在修建地铁。地铁在城市中的经济效益与社会效益也是有目共睹的。但是对于以地下工程为主的地铁结构，在结构设计中由于岩土性质的复杂性、设计理论的局限性，使地铁结构设计及构造中存在的一些值得商榷的地方，需要我们在实践中不断的探索、求解，不断优化地铁设计。

一、地震作用对地铁整体现浇框架结构的影响

1.侧墙大开洞对抗震设计的影响

标准的两层地下车站结构型式一般为单柱双跨或双轴三跨两层整体现浇砼框架结构，结构刚度分布均匀、对称。但在车站主体结构与出入口、风亭以及大外挂物业用房相接处，侧墙必须大开洞。大开洞严重削弱了结构侧向刚度，且造成结构两侧刚度不对称，对结构抗震产生不利影响，结构设计时此影响应予以考虑。

2.结构中柱设计对抗震设计的影响

车站结构中的中柱在抗震设计中基本是一种脆性破坏，是框架结构中受力最薄弱的部位，和首先遭到破坏的构件。因此，提高地下框架抗震性能的最有效的方法是改善中柱的受力性能和受力特征。目前，中柱基本采用的是普通钢筋砼柱，砼强度较高，轴压比偏大，对抗震不利。故中柱应尽量采用塑性性能良好的钢管砼柱。

二、侧向水土压力的不确定性对结构设计的影响问题

1.对中板配筋设计的影响

各层板在侧向水土压力和竖向荷载的共同作用下，实际上处于偏压受力的状态。但是，由于侧向水土压力计算理论上的缺陷以及水压力的多变性，目前各层板的配筋大多按纯弯构件计算，按偏压进行验算，所得结果是偏于安全的。笔者参与的多条地铁线路设计总体技术要求，均有此规定。一般情况下，按上述方法设计时，偏压验算都能满足，因此，设计人员往往不进行偏压验算。但是，在板的轴向压力很大的时候，属小偏压构件，如仍按纯弯构件进行配筋计算，受力上偏于不安全。在这种情况下，应按偏压构件设计，按纯弯构件验算，以保证结构安全。

2.对车站侧墙设计的影响

水位的变化对侧墙剪力的大小影响很大，当水位取至抗浮设计水位时，由于底板所受水浮力很大，向上凸起，侧墙向外侧鼓出，导致侧墙外侧土体产生被动土压力，侧墙剪力最大。以一般两层站为例，侧墙在与底板的节点处，剪力可以达到800kN以上，大于不配箍墙（板）构件抗剪承载力。可见，侧向水土压力的取值，对侧墙的剪力设计值影响很大。

三、复合墙结构设计构造

地铁设计规范在条文说明中提到，把地下连续墙（灌注桩）等基坑支护作为主体结构的一部分加以利用，既可节约工程投资，又减少了资源的消耗，符合可持续发展的要求。我国大多数明挖地铁车站结构都是按照这一原则设计的。

在复合墙结构中，设计一般考虑土压力由围护结构承担，而水压力由主体结构侧墙承担。此外在必要时，还在围护结构与车站顶板相交处设置抗浮压顶梁，参与车站结构抗浮。但是，在实际的设计及施工过程中，复合结构的围护结构往往被认为是临时结构，其质量问题就容易被忽视。比如在设计时，部分设计单位对围护结构未提出诸如构件使用年限、砼裂缝宽度等耐久性要求；另外在施工时，有的施工单位不注意围护结构施工质量，遇到围护结构侵限问题时，往往只限于对围护结构侵限部位的混凝土进行凿除，对于暴露在外的围护结构钢筋，未能做到实质性的保护，给工程留下安全隐患。

地铁设计规范认为，在采用复合墙结构时，应考虑在长期使用过程中，外部荷载由于地下墙材料性能退化和刚度下降向内转移。但在实际施工过程中很难保证围护结构的施工质量，因此建议围护结构仅参与车站主体抗浮，而不作为永久结构参与到主体结构计算中，这样处理对施工年限100年的工程来讲，结构会偏于安全一点。

四、围护结构设计中支撑纵向布置与车站主体结构关系

部分车站的围护结构和主体结构是分别由两家不同的设计单位或同一家单位不同人员设计的。因此，围护结构设计人员尽量减少围护墙（桩）的配筋，往往未仔细考虑对主体结构施工产生的影响。最易出现的设计疏忽，就是钢支撑距离车站中板距离过近。曾有一地铁站围护结构设计中钢支撑压过低，中板结构顶面到钢围檩的净距值在500mm左右。施工主体结构时，施工单位又未提前考虑此问题，侧墙钢筋只能齐刷刷地在围檩下截断，拆完中板上支撑后，才发现此处钢筋连接非常困难。其他如钢支撑间距小于2.5米，也容易造成基坑开挖阶段土方难以运出。故围护设计与主体结构设计人员应相互配合，使结构构造合理，施工便利。

结语

地铁建设在我国大规模铺开的时间不长，现行地铁设计规范条文过于宽泛，结构设计理论方面显得较为笼统。地铁车站设计方面又没有专门的图集或构造手册之类的资料，使得设计人员对具体工程设计理解上存在很大的差异，造成设计的混乱甚至错误。因此对一些问题有必要统一认识，使地铁设计做到安全、合理、经济。

参考文献：

[1]GB50157-2013地铁设计规范[s]。北京：中国计划出版社，2003.

[2]GB50007-2011建筑地基基础设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社.2011.

[3] JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社， 2012.

作者简介：马剑飞，男，1978，毕业于武汉理工大学结构工程专业，工程师，主要从事地铁车站的基坑和主体结构设计工作。