地铁车站结构设计中空间效应的影响

郑伟

[济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东济南250002]

0 引言

在地铁车站结构设计中空间效应对具体呈现出的建设结果的影响较大，通过对空间效应的有效掌握，不仅能够有效缩短地铁车站结构的设计时间，降低成本投入，减轻建设单位的资金投入压力，还能够在视觉上带给人们较为舒适的享受，规避传统设计中的诸多隐患问题，具有多重良性效果。由此可见，对地铁车站结构设计中空间效应的影响进行探究是十分必要的，具体策略如下。

1 平面简化设计的概述

1.1 模型假设

地铁车站结构需要依据地铁交通设备本身的形态进行设计，所以地铁站多为狭长型。在进行具体的地铁车站结构设计中，设计人员需要从客观实际入手进行简约化的平面结构模型设计，为接下来的设计环节做铺垫，以保障后续工作都能够以此作为基础得到顺利推进，在设计上呈现出更为优质的水准。不过在进行简化模型的构建时，相关技术人员还需遵循一定的原则，满足下述条件：第一，为了便于地铁运行且实现对空间的有效节约，在进行地铁车站结构设计时，设计人员需要遵循横空间结构尺寸小于纵向空间结构尺寸的原则，并且在地铁车站结构的纵向空间尺寸上做到无限大，以实现平面简化设计的有效性。第二，为保障地铁车站结构的稳定性和安全性，设计人员需要遵循纵向结构连接点的连续性原则，以保障在长期的使用过程中纵向结构不会出现塌陷等危险问题，实现对人们人身安全的有效保护。第三，设计人员需要加强对地铁车站结构设计材料以及结构几何尺寸的控制，并且保持纵向结构上的持续不变，使得纵向受力点所承载的负荷力相同，实现整体稳定性的进一步提升[1]。

1.2 地铁车站结构平面简化设计中存在的问题

在特定的环境下，地铁车站结构平面简化设计模型能够直观地显现地铁站的实际情况，但在实际分析中却发现，假设设计和实际设计之间的差异性较大，想要改善这一情况，设计人员就必须针对当下所存在的问题进行有效研究，为后续的多方面调整做准备。经过分析与整合，以下将对平面简化设计中存在的问题展开具体阐述：其一，在实际情况下，地铁车站结构设计中支撑柱在纵向方向上并不具备连续性，但在假设的情景下纵向结构中的支撑柱保持着较为完美的连续关系，这使得二者之间的差距较大，为后续工作的推进带来了极大的阻碍。其二，在实际情况下，中柱也不具备连续性，如果按照这一规格开展地铁车站建设工作，将会导致纵向结构上的稳定性缺失，极容易在使用中出现结构逐渐变形的问题，不仅为后续的维护工作带来了巨大的压力，还极容易造成较大的人员伤亡情况，使得地铁车站结构设计面临巨大的社会谴责和舆论压力[2]。

2 空间模型用于地铁车站结构设计的必要性

空间模型用于地铁车站结构设计具有必要性，经过分析与整合，以下将从几个方面对此展开研究：第一，具有结构迁移性优势。传统的平面设计直观性不足，其中存在的实际设计问题不易被发现，为后续的地铁站建设埋下了巨大的隐患。而空间模型用于地铁车站结构设计则有效地改善了这一问题，能够带给人们较为直观的感受，使得设计师能够在设计的过程中发现存在的设计问题，及时地加以解决，凸显出了空间模型用于地铁车站结构设计的结构迁移性透视。第二，地铁站位于地下，在使用的过程中需要承受水压力、土压力、荷载压力等，对顶板设计机构的稳固性要求较高。只有保障顶板结构能够具备承受这些压力的能力，才能够保障地铁站运行的安全性。但在实际的分析中却发现，由于底梁和顶梁高度问题，地铁站中间段承受的压力较大，所以坍塌的风险也相对较高，这为地铁站结构设计带来了巨大的挑战。在这样的情况下，空间模型用于地铁车站结构设计能够为顶板设计提供新的思考路径，为设计人员创造更多的尝试机会，逐步地依据实际情况做出相应的优化，最终设计出与当地实际情况契合度最高的设计方案，确保顶板的承载力在规定范围之内，有效地避免了因顶板设计不足而造成的安全事故问题[3]。

3 地铁车站结构设计中空间效应的影响分析和优化策略

3.1 基本参数

在进行地铁车站结构设计时，想要实现对空间效应的有效控制，就应当以地铁车站工程的实际情况和特点作为基础，以三维有限元作为平台对地铁车站结构设计加以分析，并做出假设和简化调整，使得基本参数能够维持在较高的标准范围之内。以下将从土层参数、构件参数以及静力荷载三个方面对此进行研究：其一，土层参数。在地铁车站施工的过程中粉质黏土、砂层、中风化岩等共同构成了土层，设计人员应当以摩擦角、黏聚力、泊松比、容重等作为基本参数的计算落脚点，得出相应的数值，并且将其与标准数值进行对比，从而确定地铁车站结构设计的调整方向，实现对空间效应影响的有效控制。其二，构件参数。地铁车站结构设计中构件参数主要是指对地下连续墙、混凝土支撑等结构部分的弹性模量、泊松比、容重的构建参数的检测计算，设计人员通过对构件参数的控制能够有效地稳定空间结构对地铁车站结构设计的影响，进而呈现出优质的成果。其三，静力荷载。地铁车站结构设计中的模拟环节主要是为了验证设计方案是否具备可实施性，在实际的使用中都存在哪些问题，因此在设计的过程中应当以真实的环境作为基础，最大化地还原铁路运行环境，对基坑、中心位置、荷载的宽度等进行一比一还原，从而保障地铁车站结构设计方案中存在的问题能够突显出来，在设计阶段加以解决，实现设计的有效性。

3.2 计算过程

在地铁车站结构设计中，站台位置是重点的研究对象，相关设计人员需要以此作为基础，依据自己的经验和所掌握的理论知识综合性地分析地铁车站工程。与此同时，设计人员在进行有限元计算式时，还需加强对计算范围的控制，以保障所有的设计计算工作都能够在科学合理的范围内进行，实现对计算规范性的有效提升，避免不必要的误差的产生和时间的浪费，缩短地铁车站结构设计工期，最终呈现出与客观实际紧密相连的设计结构，为后续的施工提供有效支持。此外，在进行地铁车站结构设计模拟检验时，相关设计人员还需将实际工程情况作为立足点，按照规范流程开展相应的工作：第一，设计人员应当就所采集的实地信息作为模型构建的重要元素，融入边界条件，使得模拟情景能够最大化的还原天然地应力场。第二，地铁站结构设计涉及向下挖掘的施工环节，想要有效的利用地下空间，对支撑力的优化提升是不可或缺的，对此，在计算的过程中，相关工作人员应当加强支撑结构设计，并且做到开挖至基地，以实现地铁车站结构设计的有效性。

3.3 计算结果

地铁车站结构设计中空间效应的计算结果主要是指，地铁车站铁轨与基坑水平位移变形情况、地铁车站铁轨与基坑沉降变形情况，从这两个方向入手，分析其与地铁车站结构的关系，落实针对性的优化策略，才能够实现地铁车站设计的有效性。首先，地铁车站铁轨与基坑水平位移变形情况。在地铁站换乘路段的施工工作结束后，与设计图纸之间所产生的位移差应当维持在最大数值的第三道支撑位置的范围之内，并且将铁路路基边缘水平的位移最大数值维持在2.2mm 的范围之内，如果在模型检测阶段测得的数值超出了这一标准数值，则表示地铁车站结构设计不符合实际建设要求，相关工作人员应当从空间效应影响入手，做出针对性的设计调整，以保障后续地铁站运行的稳定性。其次，地铁车站铁轨与基坑沉降变形情况。换乘阶段施工是铁路整体施工中最大沉降数值出现的位置，设计人员应当加强对这一阶段的计算，并且对所得数值进行着重的观察研究，从路线中间阶段入手进行设计调整，以保障地铁车站结构设计的有效性，实现对空间效应影响的有效优化。

3.4 计算结果分析

相关工作人员应当从实际入手，以地铁站的实际开挖情况作为基础进行针对性的分析，提炼出铁路在使用过程中可能出现的最大位移变化数值，为后续的工作提供可靠的参考依据。在对我国地铁站的设计分析中可以发现，地铁车站结构设计中位移的最大值通常维持在2.2mm 的范围之内，而其最大的沉降值则维持在2.5mm 的范围以内，相关设计人员应当通过对这一数值的分析制定针对性的地铁车站结构设计优化方案，首先，在地铁车站结构设计中，设计人员应当加强对连续墙的结构维护设计，使其具备较好的稳固性，从而使得地铁站能够在运行的过程中实现对其的有效利用，将铁路位移和沉降的范围控制在标准数值上，有效地延长地铁车站的使用寿命，降低后续的维护成本投入，使得地铁车站能够更好地为人们服务，满足城市居民的出行需求。与此同时，在进行钻孔灌注桩施工设计以及加固隔离设计上，还需投入更多的时间和精力，为铁路的运行提供更为可靠的支持力量，让地铁车站结构设计中空间效应发挥最大化的良性影响力。其次，在新的时代背景下，计算机技术为各个行业都带来了支持力量，成了当今时代发展的主要基调，让人们的生活和工作都愈发的便捷。在这样的情况下，地铁车站结构设计应当做到紧跟时代的发展步伐，加强对计算机软件的应用，将采集到的数据上传到计算机软件中，快速的得出数据分析结果，从而实现对沉降数值和水平位移数值的有效控制，满足地铁车站结构设计的标准要求。

4 结语

综上所述，地铁车站结构设计中对空间效应的控制和利用有着极大的意义和价值，相关单位应当在这一方面投入较大的精力和时间进行针对性的分析与研究，找到空间效应控制的关键所在，综合性地分析其中的多种要点，减少不当操作行为的出现概率，形成较大的良性影响力。