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【摘要】：地铁车站作为城市轨道交通枢纽站点、地面客流的集散点,联系着地面与地下的客运功能,其安全稳定是最为重要的。本文以下内容将对明挖法地铁车站结构设计进行分析和探讨，仅供参考。
【关键词】：明挖法；地铁车站；结构设计
中图分类号：S611文献标识码： A
1、前言
21世纪初随着国民经济的飞速发展、城市地面交通的日趋紧张，地下空间的开发，尤其是地下轨道交通的建设进入了一个跨越式发展的时代。随着地铁设计市场的繁荣，许多原来从事民用建筑的设计人员转投地铁设计，而地铁结构设计流程不同一般的民用建筑，有其自身的特点和设计流程，本文通过对自身设计工作经验的总结，总结出地铁车站结构设计主要流程及设计中需要注意的问题做一概述。
地铁结构设计特点 ：百年大计、周边环境复杂、岩土及地下工程具有明显的地域性和多变性、涉及专业多、协调配合多、设计与施工紧密联系。地铁结构的特点决定了地铁结构设计的流程多、设计周期长、反复多 ，其设计过程始终处于边设计、边施工的状态。
2、做好现场踏勘和周边环境资料的收集工作。其中主要包括：
（1）地下管线的类型、直径、材质、埋深、走向。对于重力管线还需了解其坡度方向。
（2）了解地面現状交通的情况（道路多宽、几个车道），结合车站站位确定周边是否有交通疏解的条件。
（3）基坑开挖影响范围（1 倍~3 倍基坑深度范围）内建筑物的用途、重要程度、建成年代、现状、结构形式、基础形式及埋深；
（4）站址周边是否有适合的车站施工用地。施工场地应尽量靠近车站主体结构。一般施工地面积：4 000m2~5 000m2，盾构始发场地面积增加 ：4 000m2~5 000m2，盾构吊出场地面积增加 ：1500m2~2 000m2。
2.1结合收集的周边环境资料 ，确定车站站位的可行性及结构的施工方法。其中主要做好以下几点 ：
（1）根据车站的平面位置及埋深确定对车站站位起控制作用的管线 ，并提出合理的永久或临时迁改方案 ：
①管线迁改的一般原则是 ：沿车站纵向的管线采取永久或临时迁改方案。沿车站横向的管线采取悬吊保护的方案 ；
②当管线无法迁改时 ，与建筑及相关专业沟通采取车站局部增加管廊、调整车站埋深和站位、局部暗挖施工等办法解决 ；
③管线的迁改图应根据车站分期施工方案 ，综合考虑并选择最佳方案 ，尽量避免管线的反复迁改 ；
④市政管线中的污水管、雨水管、中水管一般埋深、管径均较大 ，且为重力型管线 ，有一定的坡度要求 ，设计中应引起重视。当两类管线为砼管并需做悬吊保护时 ，应注意悬吊部分砼管需置换成钢管。
（2）根据现状道路交通情况、周边环境及整条线工程筹划的要求 ，确定合理的分期交通疏解方案 ：
①交通疏解方案应尽量使车站的施工对现状交通的影响降到最低程度。一般疏解后的道路应能满足原有道路交通的需求 ；
②无特殊要求时 ，机动车道按 3.5m，人行道按 2m 设置 ，机动车道的转弯半径按 30m 考虑。
3、明挖法地铁车站围护结构设计应注意的问题
明挖法地铁车站围护结构设计应注意以下几个方面的问题：
第一，应根据现场实际情况选择合理的基坑支护方案。支护结构方案应根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节、经济性等条件综合考虑，支护结构型式的造价从低至高的排列顺序依次为放坡、土钉墙、水泥土搅拌桩、SMW工法、排桩、地下连续墙。如条件允许，应尽量采用坑外降水，以减少水土侧向压力。当采用桩（墙）支护时，应尽量降低桩顶标高，桩顶以上土体采用放坡、砖墙、土钉墙或者喷锚等方式进行支护。举例来说，两层标准地铁车站埋深一般为16米，桩插入深度取为6m，总桩长为22米左右，如果我们降低桩顶标高3米，桩长变为19米，节约的围护桩(墙)工程量就有13%之多。
第二，将围护结构设计与主体结构综合考虑起来进行设计。地下连续墙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，所以在设计中应特别注意。复合式地下墙结构中，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。灌注桩围护结构作围护结构又作为主体永久结构的一部分时，在施工阶段，灌注桩只做强度计算；使用阶段，考虑其先期承受的外部荷载因材料性能退化和刚度下降向内部衬砌的转移，初步设计阶段其刚度可暂按折减到50%考虑。、
第三，围护桩配筋问题。目前围护桩配筋时往往采用圆形截面沿周边均匀配置钢筋的公式（即混凝土结构设计规范）进行设计，事实上围护桩的正弯矩和负弯矩往往大小不同，均匀配筋有时会造成很大的浪费。因此对于围护桩正、负弯矩相差较大的情况下，建议采用《建筑基坑支护规程》相关公式（即沿截面受拉区和受压区周边配置局部均匀纵向钢筋或集中纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩的正截面承载力设计方法）进行设计。
4、明挖法地铁车站主体结构设计应注意的问题
在明挖法地铁车站主体结构设计时应注意以下几个方面的问题：
第一，结构设计应注意的细节问题。
①板开洞应注意的细节。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，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。
②其它细节。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；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。
第二，对于主体结构应选择合理的计算方法。二维断面计算由于其简便性使其成为目前应用最广泛的地铁车站结构计算方法，但是其缺陷也是很明显，首先无法对中板、顶板开大孔进行应力分析；其次由于二维计算无法考虑板的面外刚度，因而得到的板内力偏小、梁内力过大，从而导致梁截面高度过大，从而引起埋深加大，造成浪费。经过对比，三维计算所得纵梁内力比二维计算结果小得多,有时甚至有接近50%的差异。其原因在于，二维计算假定内力传递途径是按照预先指定的板传给梁、梁再传给柱的顺序，所有板上竖向荷载都要传递给纵梁，上述假定适用的前提条件是梁板刚度足够大。对于地铁车站结构来说，梁与板的高度（厚度）相比一般在2：1 左右，梁要作为板的近似不动支座，其相对刚度是不够的，车站结构的实际受力特征是介于无梁楼盖及传统的肋梁楼盖之间，板会直接传递部分荷载给竖向构件，如采用二维计算，其结果和实际必然有一定的偏差。因此建议采用三维计算作为地铁车站结构的主要计算方法，以便能设计出既经济又安全的地铁车站。目前已有很多计算软件可以进行地下结构的三维分析。
第三，在设计中应注意地下水。现有的国家地铁设计规范及多条我国城市地铁设计技术要求都对地下结构提出了抗浮稳定验算的要求，同时对于车站内力计算还提出应考虑不同地下水位工况进行计算。目前设计人员采用多种工况进行计算。
5、结尾
地铁车站的主体设计主要着眼于车站站位选定、车站规模、车站出入口及风井、风亭的位置确定及建筑功能设计,它们对地铁运营效果具有决定性意义。车站的功能设计贯彻实用、经济、舒适、美观的原则,在保证乘车方便的条件下,充分考虑布局紧凑合理,进出站便捷安全,导引指示醒目,疏导迅速,并具有良好的通风、照明、卫生、防灾、减噪等设施.达到具有时代气息和个性的建筑艺术效果,在车站总平面布置时注意整体环境的开发和利用,以取得良好的社会和环境效益。
【参考文献】
[1] 《地铁设计实践与探索》刘志义等；中国铁道出版社
[2]《地下结构工程》童小东等；东南大学出版社
[3]《地铁与轻轨》张庆和等；人民交通出版社
【关键词】：明挖法；地铁车站；结构设计
中图分类号：S611文献标识码： A
1、前言
21世纪初随着国民经济的飞速发展、城市地面交通的日趋紧张，地下空间的开发，尤其是地下轨道交通的建设进入了一个跨越式发展的时代。随着地铁设计市场的繁荣，许多原来从事民用建筑的设计人员转投地铁设计，而地铁结构设计流程不同一般的民用建筑，有其自身的特点和设计流程，本文通过对自身设计工作经验的总结，总结出地铁车站结构设计主要流程及设计中需要注意的问题做一概述。
地铁结构设计特点 ：百年大计、周边环境复杂、岩土及地下工程具有明显的地域性和多变性、涉及专业多、协调配合多、设计与施工紧密联系。地铁结构的特点决定了地铁结构设计的流程多、设计周期长、反复多 ，其设计过程始终处于边设计、边施工的状态。
2、做好现场踏勘和周边环境资料的收集工作。其中主要包括：
（1）地下管线的类型、直径、材质、埋深、走向。对于重力管线还需了解其坡度方向。
（2）了解地面現状交通的情况（道路多宽、几个车道），结合车站站位确定周边是否有交通疏解的条件。
（3）基坑开挖影响范围（1 倍~3 倍基坑深度范围）内建筑物的用途、重要程度、建成年代、现状、结构形式、基础形式及埋深；
（4）站址周边是否有适合的车站施工用地。施工场地应尽量靠近车站主体结构。一般施工地面积：4 000m2~5 000m2，盾构始发场地面积增加 ：4 000m2~5 000m2，盾构吊出场地面积增加 ：1500m2~2 000m2。
2.1结合收集的周边环境资料 ，确定车站站位的可行性及结构的施工方法。其中主要做好以下几点 ：
（1）根据车站的平面位置及埋深确定对车站站位起控制作用的管线 ，并提出合理的永久或临时迁改方案 ：
①管线迁改的一般原则是 ：沿车站纵向的管线采取永久或临时迁改方案。沿车站横向的管线采取悬吊保护的方案 ；
②当管线无法迁改时 ，与建筑及相关专业沟通采取车站局部增加管廊、调整车站埋深和站位、局部暗挖施工等办法解决 ；
③管线的迁改图应根据车站分期施工方案 ，综合考虑并选择最佳方案 ，尽量避免管线的反复迁改 ；
④市政管线中的污水管、雨水管、中水管一般埋深、管径均较大 ，且为重力型管线 ，有一定的坡度要求 ，设计中应引起重视。当两类管线为砼管并需做悬吊保护时 ，应注意悬吊部分砼管需置换成钢管。
（2）根据现状道路交通情况、周边环境及整条线工程筹划的要求 ，确定合理的分期交通疏解方案 ：
①交通疏解方案应尽量使车站的施工对现状交通的影响降到最低程度。一般疏解后的道路应能满足原有道路交通的需求 ；
②无特殊要求时 ，机动车道按 3.5m，人行道按 2m 设置 ，机动车道的转弯半径按 30m 考虑。
3、明挖法地铁车站围护结构设计应注意的问题
明挖法地铁车站围护结构设计应注意以下几个方面的问题：
第一，应根据现场实际情况选择合理的基坑支护方案。支护结构方案应根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节、经济性等条件综合考虑，支护结构型式的造价从低至高的排列顺序依次为放坡、土钉墙、水泥土搅拌桩、SMW工法、排桩、地下连续墙。如条件允许，应尽量采用坑外降水，以减少水土侧向压力。当采用桩（墙）支护时，应尽量降低桩顶标高，桩顶以上土体采用放坡、砖墙、土钉墙或者喷锚等方式进行支护。举例来说，两层标准地铁车站埋深一般为16米，桩插入深度取为6m，总桩长为22米左右，如果我们降低桩顶标高3米，桩长变为19米，节约的围护桩(墙)工程量就有13%之多。
第二，将围护结构设计与主体结构综合考虑起来进行设计。地下连续墙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，所以在设计中应特别注意。复合式地下墙结构中，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。灌注桩围护结构作围护结构又作为主体永久结构的一部分时，在施工阶段，灌注桩只做强度计算；使用阶段，考虑其先期承受的外部荷载因材料性能退化和刚度下降向内部衬砌的转移，初步设计阶段其刚度可暂按折减到50%考虑。、
第三，围护桩配筋问题。目前围护桩配筋时往往采用圆形截面沿周边均匀配置钢筋的公式（即混凝土结构设计规范）进行设计，事实上围护桩的正弯矩和负弯矩往往大小不同，均匀配筋有时会造成很大的浪费。因此对于围护桩正、负弯矩相差较大的情况下，建议采用《建筑基坑支护规程》相关公式（即沿截面受拉区和受压区周边配置局部均匀纵向钢筋或集中纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土桩的正截面承载力设计方法）进行设计。
4、明挖法地铁车站主体结构设计应注意的问题
在明挖法地铁车站主体结构设计时应注意以下几个方面的问题：
第一，结构设计应注意的细节问题。
①板开洞应注意的细节。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，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。
②其它细节。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；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。
第二，对于主体结构应选择合理的计算方法。二维断面计算由于其简便性使其成为目前应用最广泛的地铁车站结构计算方法，但是其缺陷也是很明显，首先无法对中板、顶板开大孔进行应力分析；其次由于二维计算无法考虑板的面外刚度，因而得到的板内力偏小、梁内力过大，从而导致梁截面高度过大，从而引起埋深加大，造成浪费。经过对比，三维计算所得纵梁内力比二维计算结果小得多,有时甚至有接近50%的差异。其原因在于，二维计算假定内力传递途径是按照预先指定的板传给梁、梁再传给柱的顺序，所有板上竖向荷载都要传递给纵梁，上述假定适用的前提条件是梁板刚度足够大。对于地铁车站结构来说，梁与板的高度（厚度）相比一般在2：1 左右，梁要作为板的近似不动支座，其相对刚度是不够的，车站结构的实际受力特征是介于无梁楼盖及传统的肋梁楼盖之间，板会直接传递部分荷载给竖向构件，如采用二维计算，其结果和实际必然有一定的偏差。因此建议采用三维计算作为地铁车站结构的主要计算方法，以便能设计出既经济又安全的地铁车站。目前已有很多计算软件可以进行地下结构的三维分析。
第三，在设计中应注意地下水。现有的国家地铁设计规范及多条我国城市地铁设计技术要求都对地下结构提出了抗浮稳定验算的要求，同时对于车站内力计算还提出应考虑不同地下水位工况进行计算。目前设计人员采用多种工况进行计算。
5、结尾
地铁车站的主体设计主要着眼于车站站位选定、车站规模、车站出入口及风井、风亭的位置确定及建筑功能设计,它们对地铁运营效果具有决定性意义。车站的功能设计贯彻实用、经济、舒适、美观的原则,在保证乘车方便的条件下,充分考虑布局紧凑合理,进出站便捷安全,导引指示醒目,疏导迅速,并具有良好的通风、照明、卫生、防灾、减噪等设施.达到具有时代气息和个性的建筑艺术效果,在车站总平面布置时注意整体环境的开发和利用,以取得良好的社会和环境效益。
【参考文献】
[1] 《地铁设计实践与探索》刘志义等；中国铁道出版社
[2]《地下结构工程》童小东等；东南大学出版社
[3]《地铁与轻轨》张庆和等；人民交通出版社