談明挖法在城市地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張建春

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司城建院三所，陜西 西安 710043）

談明挖法在城市地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張建春

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司城建院三所，陜西 西安 710043）

地鐵車(chē)站聯(lián)系著地面與地下的客運(yùn)功能，其安全穩(wěn)定十分重要。但由于地鐵車(chē)站的結(jié)構(gòu)造價(jià)相對(duì)較高，因此，如何做到造價(jià)上的合理和結(jié)構(gòu)上的安全可靠是非常重要的。本文將對(duì)明挖法地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討。

明挖法；地鐵車(chē)站；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、前言

明挖法是世界各國(guó)地鐵車(chē)站施工的首選方法，明挖法施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、快捷、安全的優(yōu)點(diǎn)使其在地鐵施工中占據(jù)著不可替代的重要地位。而明挖法地鐵車(chē)站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更需要在保證地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)安全的條件下，采用方便施工的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以期取得綜合效益的提高，所以對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討具有非常重要的意義。良好的地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能保證結(jié)構(gòu)的安全、降低成本，而且還可以給施工提供極大的便利，然而在實(shí)際設(shè)計(jì)中，仍存在一些問(wèn)題，如交通導(dǎo)改困難、管線遷改等，影響了設(shè)計(jì)人員的判斷，甚至在一定程度上困惑了部分設(shè)計(jì)人員，本文將對(duì)明挖法地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討，僅供參考。

2、明挖法地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

①車(chē)站結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)選擇的結(jié)構(gòu)型式、施工方法、荷載特性等條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

②車(chē)站結(jié)構(gòu)的凈空尺寸應(yīng)滿(mǎn)足地鐵建筑限界和其他使用及施工工藝等要求并考慮施工誤差、測(cè)量誤差、結(jié)構(gòu)變形及后期沉降的影響。

③車(chē)站結(jié)構(gòu)要滿(mǎn)足車(chē)站建筑、設(shè)備安裝、行車(chē)運(yùn)營(yíng)、施工工藝、環(huán)境保護(hù)等要求，確保車(chē)站的正常使用達(dá)到總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求。

④車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮在施工過(guò)程中盡量減少對(duì)車(chē)站周?chē)h(huán)境、重要建筑物的沉降和傾斜及地下管線的沉降影響。

⑤對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型必須選擇與實(shí)際狀態(tài)相吻合的設(shè)計(jì)理論規(guī)范和配套體系進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

⑥結(jié)構(gòu)計(jì)算模型應(yīng)符合實(shí)際工況條件，充分考慮結(jié)構(gòu)與地層的相互作用和施工中已形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用。

3、明挖法地鐵車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

①應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合理的基坑支護(hù)型式。支護(hù)結(jié)構(gòu)方案應(yīng)根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開(kāi)挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)、經(jīng)濟(jì)性等條件綜合考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的造價(jià)從低至高的排列順序依次為放坡、土釘墻、水泥土攪拌樁、SMW工法、排樁、地下連續(xù)墻。如條件允許，應(yīng)盡量采用坑外降水，以減少水土側(cè)向壓力。當(dāng)采用樁（墻）支護(hù)時(shí)，應(yīng)盡量降低樁頂標(biāo)高，樁頂以上土體采用放坡、磚墻、土釘墻或者噴錨等方式進(jìn)行支護(hù)。舉例來(lái)說(shuō)，兩層標(biāo)準(zhǔn)地鐵車(chē)站埋深一般為16米，樁插入深度取為6m，總樁長(zhǎng)為22米左右，如果我們降低樁頂標(biāo)高3米，樁長(zhǎng)變?yōu)?9米，節(jié)約的圍護(hù)樁(墻)工程量就有13%之多。

②將圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主體結(jié)構(gòu)綜合考慮起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。地下連續(xù)墻基坑支護(hù)在主體結(jié)構(gòu)計(jì)算中可考慮部分剛度影響以降低主體側(cè)墻投資。符合可持續(xù)發(fā)展的要求，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意。復(fù)合式地下墻結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)一般考慮土壓力由圍護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)，而水壓力由主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻承擔(dān)。灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)作圍護(hù)結(jié)構(gòu)又作為主體永久結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)，在施工階段，灌注樁只做強(qiáng)度計(jì)算；使用階段，考慮其先期承受的外部荷載因材料性能退化和剛度下降向內(nèi)部襯砌的轉(zhuǎn)移，初步設(shè)計(jì)階段其剛度可暫按折減到70%考慮。、

③圍護(hù)樁配筋問(wèn)題。目前圍護(hù)樁配筋時(shí)往往采用圓形截面沿周邊均勻配置鋼筋的公式（即混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范）進(jìn)行設(shè)計(jì)，事實(shí)上圍護(hù)樁的正彎矩和負(fù)彎矩往往大小不同，均勻配筋有時(shí)會(huì)造成很大的浪費(fèi)。因此對(duì)于圍護(hù)樁正、負(fù)彎矩相差較大的情況下，建議采用《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》相關(guān)公式（即沿截面受拉區(qū)和受壓區(qū)周邊配置局部均勻縱向鋼筋或集中縱向鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土樁的正截面承載力設(shè)計(jì)方法）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4、明挖法地鐵車(chē)站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

①設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問(wèn)題。對(duì)于覆土較淺的車(chē)站結(jié)構(gòu)計(jì)算，地下一層側(cè)墻、頂板及中板按純彎構(gòu)件計(jì)算; 地下二層、三層側(cè)墻、底板和三層以上車(chē)站中板屬小偏壓構(gòu)件應(yīng)按壓彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算，按純彎構(gòu)件驗(yàn)算，以保證構(gòu)件的安全。板和側(cè)墻配筋計(jì)算考慮支座處設(shè)置的腋角和剛域作用; 梁、板和側(cè)墻計(jì)算配筋面積取按基本組合計(jì)算強(qiáng)度配筋和準(zhǔn)永久組合計(jì)算裂縫配筋二者較大值; 盾構(gòu)井底板、側(cè)墻支座處剪力較大如需配置抗剪鋼筋，宜采用封閉箍筋。

中板開(kāi)洞較大時(shí)應(yīng)建立平面模型核算橫梁與中縱梁交接處彎矩和剪力是否滿(mǎn)足，并加強(qiáng)該處側(cè)墻抗彎，抗剪能力及該處樓板配筋。中板扶梯開(kāi)洞處可設(shè)置變截面梁，計(jì)算配筋可按明梁為挑梁來(lái)計(jì)算，不考慮暗梁的作用，單柱結(jié)構(gòu)扶梯孔洞盡量對(duì)稱(chēng)設(shè)置，避免產(chǎn)生過(guò)大扭矩。

②對(duì)于主體結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇合理的計(jì)算方法。二維斷面計(jì)算由于其簡(jiǎn)便性使其成為目前應(yīng)用最廣泛的地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，但是其缺陷也是很明顯，首先無(wú)法對(duì)中板、頂板開(kāi)大孔進(jìn)行應(yīng)力分析；其次由于二維計(jì)算無(wú)法考慮板的面外剛度，因而得到的板內(nèi)力偏小、梁內(nèi)力過(guò)大，從而導(dǎo)致梁截面高度過(guò)大，從而引起埋深加大，造成浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)對(duì)比，三維計(jì)算所得縱梁內(nèi)力比二維計(jì)算結(jié)果小得多,有時(shí)甚至有接近 50%的差異。其原因在于，二維計(jì)算假定內(nèi)力傳遞途徑是按照預(yù)先指定的板傳給梁、梁再傳給柱的順序，所有板上豎向荷載都要傳遞給縱梁，上述假定適用的前提條件是梁板剛度足夠大。對(duì)于地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，梁與板的高度（厚度）相比一般在2：1 左右，梁要作為板的近似不動(dòng)支座，其相對(duì)剛度是不夠的，車(chē)站結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力特征是介于無(wú)梁樓蓋及傳統(tǒng)的肋梁樓蓋之間，板會(huì)直接傳遞部分荷載給豎向構(gòu)件，如采用二維計(jì)算，其結(jié)果和實(shí)際必然有一定的偏差。因此建議采用三維計(jì)算作為地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的主要計(jì)算方法，以便能設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)又安全的地鐵車(chē)站。目前已有很多計(jì)算軟件可以進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的三維分析。

③在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意地下水?，F(xiàn)有的國(guó)家地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范及多條我國(guó)城市地鐵設(shè)計(jì)技術(shù)要求都對(duì)地下結(jié)構(gòu)提出了抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算的要求，同時(shí)對(duì)于車(chē)站內(nèi)力計(jì)算還提出應(yīng)考慮不同地下水位工況進(jìn)行計(jì)算。目前設(shè)計(jì)人員采用多種工況進(jìn)行計(jì)算。

5、結(jié)束語(yǔ)

地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要考慮眾多現(xiàn)實(shí)因素，明挖法作為一門(mén)重要的地鐵車(chē)站重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方法，施工簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，安全系數(shù)高。文章簡(jiǎn)要分析了地鐵車(chē)站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與廣大地鐵設(shè)計(jì)者共勉。

[1] 《地鐵設(shè)計(jì)實(shí)踐與探索》劉志義等；中國(guó)鐵道出版社

[2]《地下結(jié)構(gòu)工程》童小東等；東南大學(xué)出版社

[3]JTJ001-97.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

TU7

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1007-6344（2015）08-0098-01