地鐵車站主體結(jié)構(gòu)工程造價(jià)控制策略

引言

地鐵車站造價(jià)控制對投資效益至關(guān)重要，尤其在地鐵項(xiàng)目中，車站造價(jià)占據(jù)了總成本的較大比例，因此其有效管控直接關(guān)系到項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和可行性。作為城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，地鐵車站不僅是乘客集散的主要場所，也是整個線路運(yùn)營效率的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。為了確保投資效益的最大化，必須深人研究并優(yōu)化車站設(shè)計(jì)和施工方案，以實(shí)現(xiàn)成本的有效控制。站臺寬度是影響車站布局和造價(jià)的一個重要因素。不同的站臺寬度不僅決定了車站的空間利用率和乘客流通能力，還直接影響到土建工程的規(guī)模和復(fù)雜性。合理的站臺寬度能夠平衡使用需求與建設(shè)成本之間的關(guān)系，從而為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。此外，結(jié)構(gòu)內(nèi)力對材料用量的影響也不容忽視。柱網(wǎng)形式同樣對車站結(jié)構(gòu)和造價(jià)有著重要影響。不同類型的柱網(wǎng)布置不僅影響車站內(nèi)部空間的劃分和使用效率，還會改變結(jié)構(gòu)受力模式，從而決定材料的選擇和用量。

一、車站形式選取

典型的標(biāo)準(zhǔn)兩層單柱車站及雙柱車站斷面如圖1、圖2所示。

根據(jù)地鐵車站建筑布置，表1中列出了幾種典型的車站形式，包括單層單跨、單層雙跨、雙層單跨以及雙層雙跨等不同組合。每種形式均基于實(shí)際運(yùn)營需求和地質(zhì)條件進(jìn)行考量，旨在找到在滿足乘客集散和運(yùn)營效率的前提下，成本最優(yōu)化的車站設(shè)計(jì)方案。單層車站通常適用于客流量較小的線路或區(qū)間，其結(jié)構(gòu)相對簡單，施工周期短，造價(jià)較低。而雙層車站則能更好地應(yīng)對大客流需求，通過增加站臺層來擴(kuò)大乘客集散空間，提高運(yùn)輸效率，盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和造價(jià)相對較高。在車站形式的具體選取過程中，還需綜合考慮地質(zhì)條件、施工難度、運(yùn)營維護(hù)成本等多方面因素，以確保最終方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性，如表1所示。

在車型編組設(shè)定方面，所有車站均按6B車型編組進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)主流運(yùn)營需求并優(yōu)化空間利用率。這種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)不僅有助于簡化施工流程，還能有效降低因車型變化帶來的額外成本。覆土厚度的設(shè)定對于車站結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。本研究中，所有車站的覆土厚度統(tǒng)一設(shè)定為3米，這一設(shè)定既滿足了結(jié)構(gòu)承載力的要求，又兼顧了城市規(guī)劃和環(huán)境美觀的需求。覆土厚度的標(biāo)準(zhǔn)化減少了不同站點(diǎn)之間的差異，便于統(tǒng)一管理和維護(hù)，同時(shí)也有助于控制土方工程的成本。此外，地質(zhì)與水文條件的一致性是保證車站結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。在本研究范圍內(nèi)，所有車站的地質(zhì)與水文條件保持完全一致，避免了因地質(zhì)條件差異導(dǎo)致的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和施工難度增加4。如表2所示。

注 ：（1）13m.14m 寬站臺雙柱車站底、頂板厚度為加大壓重避免另行增加抗浮措施，非計(jì)算必須：2）雙柱車站的柱受力較小，故縱向跨度較大。

二、車站彎矩計(jì)算結(jié)果

（一）單柱車站彎矩

隨著站臺寬度的增加，單柱車站構(gòu)件的內(nèi)力及板跨度均呈現(xiàn)增大的趨勢，這對結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。具體而言，頂板和底板跨中的彎矩變化遵循則為跨度長度。這一規(guī)律表明，隨著跨度的增加，彎矩將以平方的速度增長，從而顯著影響結(jié)構(gòu)材料的選擇和用量。值得注意的是，底板中支座的彎矩增速明顯快于邊支座。這種現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)站臺寬度增加時(shí)，底板中支座承受的集中荷載更為集中，導(dǎo)致其彎矩迅速增大。相比之下，邊支座由于分布荷載的作用，其彎矩增長速度相對較慢。

（二）雙柱車站彎矩

首先，從受力設(shè)計(jì)的角度來看，雙柱車站相較于單柱車站具有顯著的優(yōu)勢。雙柱車站通過設(shè)置兩排支撐柱來分擔(dān)荷載，使得結(jié)構(gòu)受力更加均勻，減少了集中應(yīng)力點(diǎn)的出現(xiàn)。相比之下，單柱車站由于僅依靠一排支撐柱承擔(dān)全部荷載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力集中在少數(shù)關(guān)鍵部位，增加了這些部位的力學(xué)負(fù)擔(dān)。因此，在相同的外部條件下，雙柱車站能夠更有效地分散荷載，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。其次，在彎矩分布方面，雙柱車站也展現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢。由于兩排支撐柱的存在，雙柱車站的頂板和底板彎矩分布更加均勻，避免了因跨度過大而導(dǎo)致的彎矩集中現(xiàn)象。這種均勻的彎矩分布不僅有助于減少結(jié)構(gòu)材料的用量，還能提高結(jié)構(gòu)的整體耐久性和安全性。此外，雙柱車站的柱間梁也起到了很好的傳遞荷載和分散彎矩的作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性能。

彎矩特性是評估車站結(jié)構(gòu)性能的重要指標(biāo)之一。研究表明，單柱車站在站臺寬度增加時(shí)，其構(gòu)件內(nèi)力及板跨度均顯著增大，特別是在跨中至中支座區(qū)域，彎矩增幅可達(dá) 150%～550% 。這種大幅度的彎矩增長不僅對結(jié)構(gòu)的安全性提出了更高的要求，也增加了施工難度和材料需求。相反，雙柱車站由于采用了合理的支撐布局，其彎矩變化相對平緩，特別是在底板支座與跨中位置，彎矩變化微小，表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能。此外，底板中支座的彎矩雖然呈現(xiàn)線性遞增的趨勢，但增速遠(yuǎn)低于單柱車站，這有助于減少局部應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)。

在尺寸方面，單柱車站為了滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，通常需要設(shè)計(jì)更厚的板墻和更大的跨度。這不僅增加了土建工程的復(fù)雜性，還對施工技術(shù)和設(shè)備提出了更高要求。而雙柱車站由于受力更加均勻，可以在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，采用相對較薄的板墻和較小的跨度，從而簡化施工流程并降低建設(shè)成本。在尺寸方面，單柱車站為了滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，通常需要設(shè)計(jì)更厚的板墻和更大的跨度。而雙柱車站由于受力更加均勻，可以在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，采用相對較薄的板墻和較小的跨度，從而簡化施工流程并降低建設(shè)成本。

（三）單雙柱車站彎矩對比

彎矩對比分析如表3所示。

注：（1）彎矩對比以雙柱車站為基準(zhǔn)； （2）13m 站臺雙柱車站最大跨度在中間跨

三、車站土建造價(jià)對比

11m 站臺單柱車站的每平方米成本約為1.03萬元，這成為評估其他寬度車站成本的基礎(chǔ)。相比之下，對于 12m～14m 寬的雙柱車站，其每平方米成本大致在1.03萬元 萬元，顯示出雙柱車站在此區(qū)間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。特別是 15m 寬的雙柱車站，與11m 單柱車站相比，每平方米成本僅增加了 1.55% ，表明雙柱車站即使在較大跨度的情況下，也能保持較低的成本增長。值得注意的是，隨著站臺寬度從12m 增至 15m ，單柱車站的每平方米成本顯著上升，達(dá)到1.07萬元 ～1.11 萬元。這意味著單柱車站在增加寬度時(shí)，其單位面積的成本增長明顯快于雙柱車站。具體而言，在 12m～15m 寬的范圍內(nèi)，單柱車站的成本是雙柱車站成本的 104% 至 108% ，進(jìn)一步突顯了雙柱車站的經(jīng)濟(jì)性。此外，雙柱車站的成本還受到站臺面積的影響。例如， 13m 寬的雙柱車站由于面積相對較小，其每 m² 成本略高于 14m 寬的車站。這一現(xiàn)象提示我們在選擇車站寬度時(shí)，需要綜合考慮面積、設(shè)備及裝修等因素，以實(shí)現(xiàn)總成本的最優(yōu)配置。在實(shí)際應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)車站多采用 11m 單柱設(shè)計(jì)，部分車站局部采用 12m 單柱設(shè)計(jì)，而換乘站則傾向于選擇 14m 雙柱設(shè)計(jì)。通過合理選擇車站形式，可以在滿足功能需求的前提下，有效控制項(xiàng)目總投資。如表4所示。

結(jié)論

綜上所述，在地鐵車站主體結(jié)構(gòu)工程造價(jià)控制策略的研究中，通過分析不同車站的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與成本關(guān)系，可以為優(yōu)化設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性評估提供指導(dǎo)。11m 單柱車站因其結(jié)構(gòu)合理、彎矩適中以及造價(jià)經(jīng)濟(jì)而展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，適用于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)站點(diǎn)的設(shè)計(jì)。對于寬度在 12m～15m 的雙跨車站，其受力均勻、厚度合理且彎矩可控的特點(diǎn)，使得這類車站不僅能夠保證結(jié)構(gòu)安全，還能實(shí)現(xiàn)造價(jià)節(jié)約，顯示出良好的經(jīng)濟(jì)效益。

然而，寬站臺單柱車站存在一些問題：大跨度會引發(fā)受力不佳，導(dǎo)致彎矩顯著增加，需要加厚板以確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這無疑增加了建造成本。當(dāng)對比同寬度下的單柱和雙柱車站時(shí)，發(fā)現(xiàn)彎矩增幅超過跨度增幅，表明隨著跨度的增加，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響更為不利。此現(xiàn)象強(qiáng)調(diào)了在進(jìn)行車站方案優(yōu)選（尤其是公共區(qū)段）時(shí)，需仔細(xì)考量內(nèi)力變化與造價(jià)的關(guān)系，以選擇最優(yōu)方案。

為了平衡布局與造價(jià)，選定合適的站臺寬度和柱網(wǎng)是必要的。單柱車站的彎矩轉(zhuǎn)移特性（即跨度增大時(shí)，彎矩向中支座集中）需要深入研究，以便采取有效的構(gòu)造措施來分散內(nèi)力，避免局部應(yīng)力過大。造價(jià)控制的重要性貫穿于地鐵車站從設(shè)計(jì)到施工的全過程，旨在提高效率并降低成本。

因此，本研究所得到的結(jié)論，包括結(jié)構(gòu)特性和成本效益的綜合考量，可為未來的地鐵車站設(shè)計(jì)和造價(jià)控制提供重要的參考依據(jù)，有助于制定出既滿足功能需求又經(jīng)濟(jì)合理的建設(shè)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊秀仁.我國預(yù)制裝配式地鐵車站建造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[].隧道建設(shè)（中英文），2021，41（11）：1849-1870.

[2]]孫一鳴.城市高速鐵路明挖隧道裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案研究.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2021，65（10）：130-134.

[3]楊秀仁，黃美群.地鐵車站預(yù)制裝配新技術(shù)研究策略.都市快軌交通，2018，31（01）：78-85.

[4]許俊超.富水軟土地區(qū)地鐵裝配疊合整體式地下車站設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[].城市軌道交通研究，2022，25（07）：115-119.

作者簡介：孔俊峰（1986.11—），男，漢族，安徽合肥人，本科，高級工程師，研究方向：工程造價(jià)。