明挖地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

張瀟瀟

青島市市政工程管理處

明挖地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

張瀟瀟

青島市市政工程管理處

為了緩解我國城市交通擁堵的問題，需要建設(shè)具有較強(qiáng)運(yùn)輸能力的地鐵以及輕軌。當(dāng)前我國很多直轄市或者是省會(huì)城市都已經(jīng)開始廣泛修建地鐵。地鐵的出現(xiàn)以及建設(shè)水平也在一定程度上代表了城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，但是因?yàn)榈罔F結(jié)構(gòu)大多以地下工程為主，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)閹r土性質(zhì)的復(fù)雜、設(shè)計(jì)理論的不完善導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了諸多問題，需要加強(qiáng)研究并進(jìn)行優(yōu)化。

地鐵車站；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)優(yōu)化

地鐵作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性的公共設(shè)施，日益在人們的生活中發(fā)揮著巨大的作用。近年來，地鐵車站的建設(shè)大規(guī)模開展，對其地面建筑的設(shè)計(jì)思想不斷提高，所以我們有必要對其進(jìn)行科學(xué)的分析和研究。

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)原則于地鐵車站建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用

1.1 識(shí)別性

地鐵交通具有運(yùn)行速度快，站點(diǎn)按時(shí)停留、到站停留時(shí)間短等特征，為讓乘客能夠在較短的時(shí)間內(nèi)找到候車站臺(tái)，要求車站建筑應(yīng)具有較強(qiáng)的識(shí)別性，即明確車站建筑的功能分區(qū)，并在重要的位置加以提示，減少乘客迷路現(xiàn)象，幫助乘客第一時(shí)間到達(dá)車站候車區(qū)域。

1.2 實(shí)用性

實(shí)用性是車站建筑設(shè)計(jì)時(shí)的首要原則，是實(shí)現(xiàn)車站功能發(fā)揮的基礎(chǔ)，所謂實(shí)用性即車站建筑滿足乘客換乘需求的能力，通常體現(xiàn)在車站建筑具有的客流承載量。地鐵車站建筑在前期設(shè)計(jì)過程中，往往會(huì)依據(jù)乘客流動(dòng)速度、客流高峰期的乘客密度等因素確定車站可能達(dá)到的最大客流量，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)電梯、樓道等寬度，保障車站在任何時(shí)期能夠方便乘客換乘與進(jìn)出站需求。

1.3 安全性

地鐵車站建筑在選址上往往以人口密集地段為主，比如常見的廣場、主要道路、商場等附近或其地下，為此要保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，通過空間布局設(shè)計(jì)減少對附近市民的影響，保證市民安全。

2 明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)選型

2.1 主體結(jié)構(gòu)選型

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)的選擇需要遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工”等原則，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必選，最終確定最佳設(shè)計(jì)方案。明挖法地鐵車站主體結(jié)構(gòu)通常采用的是現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。依據(jù)建筑布置和站臺(tái)寬度，一般會(huì)按照如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置：若站臺(tái)寬度為8m，則車站標(biāo)準(zhǔn)斷面為無柱單跨箱型結(jié)構(gòu)；若站臺(tái)寬度為10m時(shí)，則車站標(biāo)準(zhǔn)斷面為單柱雙跨箱型結(jié)構(gòu)；若站臺(tái)寬度為12m、14m時(shí)，則車站標(biāo)準(zhǔn)斷面為雙柱三跨箱型結(jié)構(gòu)。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

長期實(shí)踐結(jié)構(gòu)證明，明挖地鐵車站的經(jīng)濟(jì)性會(huì)受到維護(hù)結(jié)構(gòu)控制的影響，所以需要選擇適宜的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前我國地鐵車站建設(shè)采用的圍護(hù)形式多種多樣，明挖法車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇需要依據(jù)工程建設(shè)現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境以及建設(shè)目標(biāo)等多種因素進(jìn)行考量。選擇的圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須具有較高的可操作性，且對于環(huán)境的適應(yīng)能力也較高。設(shè)置的基坑保護(hù)等級(jí)對水平位移及地表沉降量也有嚴(yán)格要求，在地區(qū)基坑施工經(jīng)驗(yàn)以及施工設(shè)備的基礎(chǔ)上，滿足經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性。當(dāng)基坑保護(hù)等級(jí)要求較高時(shí)，可以采用剛度較大且具有較強(qiáng)止水能力的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.3 各影響因素下計(jì)算模型的修正

(1)是否考慮地層分層由于本車站在垂直方向上水平側(cè)向土壓力在土層分界處數(shù)值上不連續(xù)，如果要考慮地層分層則可以將分界點(diǎn)處的深度以及荷載值分別存入APDL數(shù)組中，再通過結(jié)構(gòu)控制語句實(shí)現(xiàn)不同土層的加載。鑒于不同計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)的難易程度，設(shè)計(jì)人員多采用土層參數(shù)加權(quán)的算法，只需要將各層土的重度和側(cè)壓力系數(shù)平均并重新對圍護(hù)結(jié)構(gòu)加載。

(2)有無圍護(hù)結(jié)構(gòu)為了研究去掉連續(xù)墻對結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的影響，可以在標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)上將土壓力直接加在主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻上，此外為了避免重新建模，需要對圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的節(jié)點(diǎn)多余自由度進(jìn)行約束，圍護(hù)和主體結(jié)構(gòu)之間的單元不變。

(3)模型尺寸目前比較主流的是采用結(jié)構(gòu)中心線進(jìn)行建模，但是也有設(shè)計(jì)人員采用模型外邊界(結(jié)構(gòu)外皮)或者內(nèi)邊界(結(jié)構(gòu)內(nèi)皮)。這里通過更改APDL命令文件中模型尺寸參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)不同模型尺寸條件的計(jì)算。

(4)混凝土強(qiáng)度等級(jí)規(guī)范規(guī)定主體結(jié)構(gòu)所用混凝土強(qiáng)度不得低于C35，這里為了研究混凝土強(qiáng)度等級(jí)對結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的影響，對C30～C50混凝土均進(jìn)行計(jì)算以更好地反映內(nèi)力變化規(guī)律。在ANSYS中只需要依次改變材料屬性即可實(shí)現(xiàn)。

2.4 車站通道出入口設(shè)計(jì)

地下車站出入口通道力求短、直，需彎折的通道不宜超過三處，彎折角度宜大于90°，避免做陰角形式，方便施工。通道長度超過60m時(shí)，其凈高要考慮設(shè)置排煙風(fēng)管的空間。當(dāng)人防段距出入口敞口段較近，排煙系統(tǒng)風(fēng)管可以考慮從主體里敷設(shè)；當(dāng)出入口通道長度超過100m時(shí)，應(yīng)在合適位置設(shè)安全出口。樓梯寬度至少1.8m，樓梯踏步高應(yīng)相同，防止有乘客摔傷危險(xiǎn)，出入口同時(shí)設(shè)置樓梯及扶梯時(shí)，宜采用兩扶夾一樓形式，防止客流淤積，樓梯的第一節(jié)踏步距扶梯上工作點(diǎn)宜不小于2600mm，防止乘客從扶梯摔下至樓梯。

出入口宜平行道路紅線，出入口退縮道路紅線的距離應(yīng)根據(jù)規(guī)劃、地域的要求來確定。獨(dú)立修建的地面出入口一般應(yīng)設(shè)在規(guī)劃道路紅線以外，在特殊情況下，臨時(shí)出入口可踏紅線或設(shè)于人行道上，但必須征得規(guī)劃部門的同意。

2.5 站臺(tái)層設(shè)計(jì)

站臺(tái)寬度應(yīng)以各車站遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)客流量計(jì)算確定，并應(yīng)按客流控制時(shí)期的高峰小時(shí)客流量驗(yàn)算。設(shè)置在站臺(tái)層兩端的設(shè)備與管理用房，必要時(shí)可伸入站臺(tái)計(jì)算長度內(nèi)，但不應(yīng)超過一節(jié)車廂長度，且不得侵入側(cè)站臺(tái)計(jì)算寬度內(nèi)且不小于2.5m，并應(yīng)滿足距樓梯口的距離不小于8m。公共洗手間、污水泵房、屏蔽門控制室、變電所等設(shè)備與管理用房應(yīng)集中布置在站臺(tái)層一端、站廳層主要設(shè)備與管理用房的下方，其他設(shè)備與管理用房應(yīng)根據(jù)功能設(shè)置位置。設(shè)備房間上方不得設(shè)置有水的房間，上下方有水房間集中布置，方便給排水開洞及預(yù)埋管等。站臺(tái)層供電設(shè)備的房間，應(yīng)滿足設(shè)備至墻邊的距離。

綜上所述，明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，要想保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，需要從選型工作入手，并且做好計(jì)算工作，保證參數(shù)的正確以及結(jié)果的負(fù)荷承載能力。

[1]劉強(qiáng)，賈明杰.地鐵車站明挖法施工基坑支護(hù)安全性研究[J].引文版：工程技術(shù)，2015(19)：151.

[2]劉欣.淺談單柱與無柱地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較[J].甘肅科技，2010，26(9)：106～108.