地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)的影響

鄭偉

[濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250002]

0 引言

在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)對(duì)具體呈現(xiàn)出的建設(shè)結(jié)果的影響較大，通過(guò)對(duì)空間效應(yīng)的有效掌握，不僅能夠有效縮短地鐵車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)間，降低成本投入，減輕建設(shè)單位的資金投入壓力，還能夠在視覺(jué)上帶給人們較為舒適的享受，規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的諸多隱患問(wèn)題，具有多重良性效果。由此可見(jiàn)，對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)的影響進(jìn)行探究是十分必要的，具體策略如下。

1 平面簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的概述

1.1 模型假設(shè)

地鐵車站結(jié)構(gòu)需要依據(jù)地鐵交通設(shè)備本身的形態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以地鐵站多為狹長(zhǎng)型。在進(jìn)行具體的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要從客觀實(shí)際入手進(jìn)行簡(jiǎn)約化的平面結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，為接下來(lái)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)做鋪墊，以保障后續(xù)工作都能夠以此作為基礎(chǔ)得到順利推進(jìn)，在設(shè)計(jì)上呈現(xiàn)出更為優(yōu)質(zhì)的水準(zhǔn)。不過(guò)在進(jìn)行簡(jiǎn)化模型的構(gòu)建時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員還需遵循一定的原則，滿足下述條件：第一，為了便于地鐵運(yùn)行且實(shí)現(xiàn)對(duì)空間的有效節(jié)約，在進(jìn)行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要遵循橫空間結(jié)構(gòu)尺寸小于縱向空間結(jié)構(gòu)尺寸的原則，并且在地鐵車站結(jié)構(gòu)的縱向空間尺寸上做到無(wú)限大，以實(shí)現(xiàn)平面簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的有效性。第二，為保障地鐵車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)計(jì)人員需要遵循縱向結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)的連續(xù)性原則，以保障在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中縱向結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)塌陷等危險(xiǎn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)人們?nèi)松戆踩挠行ПＷo(hù)。第三，設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料以及結(jié)構(gòu)幾何尺寸的控制，并且保持縱向結(jié)構(gòu)上的持續(xù)不變，使得縱向受力點(diǎn)所承載的負(fù)荷力相同，實(shí)現(xiàn)整體穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升[1]。

1.2 地鐵車站結(jié)構(gòu)平面簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

在特定的環(huán)境下，地鐵車站結(jié)構(gòu)平面簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)模型能夠直觀地顯現(xiàn)地鐵站的實(shí)際情況，但在實(shí)際分析中卻發(fā)現(xiàn)，假設(shè)設(shè)計(jì)和實(shí)際設(shè)計(jì)之間的差異性較大，想要改善這一情況，設(shè)計(jì)人員就必須針對(duì)當(dāng)下所存在的問(wèn)題進(jìn)行有效研究，為后續(xù)的多方面調(diào)整做準(zhǔn)備。經(jīng)過(guò)分析與整合，以下將對(duì)平面簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題展開(kāi)具體闡述：其一，在實(shí)際情況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中支撐柱在縱向方向上并不具備連續(xù)性，但在假設(shè)的情景下縱向結(jié)構(gòu)中的支撐柱保持著較為完美的連續(xù)關(guān)系，這使得二者之間的差距較大，為后續(xù)工作的推進(jìn)帶來(lái)了極大的阻礙。其二，在實(shí)際情況下，中柱也不具備連續(xù)性，如果按照這一規(guī)格開(kāi)展地鐵車站建設(shè)工作，將會(huì)導(dǎo)致縱向結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性缺失，極容易在使用中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)逐漸變形的問(wèn)題，不僅為后續(xù)的維護(hù)工作帶來(lái)了巨大的壓力，還極容易造成較大的人員傷亡情況，使得地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨巨大的社會(huì)譴責(zé)和輿論壓力[2]。

2 空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性

空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有必要性，經(jīng)過(guò)分析與整合，以下將從幾個(gè)方面對(duì)此展開(kāi)研究：第一，具有結(jié)構(gòu)遷移性優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)直觀性不足，其中存在的實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題不易被發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)的地鐵站建設(shè)埋下了巨大的隱患。而空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則有效地改善了這一問(wèn)題，能夠帶給人們較為直觀的感受，使得設(shè)計(jì)師能夠在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題，及時(shí)地加以解決，凸顯出了空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)遷移性透視。第二，地鐵站位于地下，在使用的過(guò)程中需要承受水壓力、土壓力、荷載壓力等，對(duì)頂板設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)固性要求較高。只有保障頂板結(jié)構(gòu)能夠具備承受這些壓力的能力，才能夠保障地鐵站運(yùn)行的安全性。但在實(shí)際的分析中卻發(fā)現(xiàn)，由于底梁和頂梁高度問(wèn)題，地鐵站中間段承受的壓力較大，所以坍塌的風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較高，這為地鐵站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在這樣的情況下，空間模型用于地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?yàn)轫敯逶O(shè)計(jì)提供新的思考路徑，為設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造更多的嘗試機(jī)會(huì)，逐步地依據(jù)實(shí)際情況做出相應(yīng)的優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況契合度最高的設(shè)計(jì)方案，確保頂板的承載力在規(guī)定范圍之內(nèi)，有效地避免了因頂板設(shè)計(jì)不足而造成的安全事故問(wèn)題[3]。

3 地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)的影響分析和優(yōu)化策略

3.1 基本參數(shù)

在進(jìn)行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)空間效應(yīng)的有效控制，就應(yīng)當(dāng)以地鐵車站工程的實(shí)際情況和特點(diǎn)作為基礎(chǔ)，以三維有限元作為平臺(tái)對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以分析，并做出假設(shè)和簡(jiǎn)化調(diào)整，使得基本參數(shù)能夠維持在較高的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。以下將從土層參數(shù)、構(gòu)件參數(shù)以及靜力荷載三個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行研究：其一，土層參數(shù)。在地鐵車站施工的過(guò)程中粉質(zhì)黏土、砂層、中風(fēng)化巖等共同構(gòu)成了土層，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)以摩擦角、黏聚力、泊松比、容重等作為基本參數(shù)的計(jì)算落腳點(diǎn)，得出相應(yīng)的數(shù)值，并且將其與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，從而確定地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的調(diào)整方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間效應(yīng)影響的有效控制。其二，構(gòu)件參數(shù)。地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中構(gòu)件參數(shù)主要是指對(duì)地下連續(xù)墻、混凝土支撐等結(jié)構(gòu)部分的彈性模量、泊松比、容重的構(gòu)建參數(shù)的檢測(cè)計(jì)算，設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)構(gòu)件參數(shù)的控制能夠有效地穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu)對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，進(jìn)而呈現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)的成果。其三，靜力荷載。地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模擬環(huán)節(jié)主要是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否具備可實(shí)施性，在實(shí)際的使用中都存在哪些問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)以真實(shí)的環(huán)境作為基礎(chǔ)，最大化地還原鐵路運(yùn)行環(huán)境，對(duì)基坑、中心位置、荷載的寬度等進(jìn)行一比一還原，從而保障地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題能夠突顯出來(lái)，在設(shè)計(jì)階段加以解決，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的有效性。

3.2 計(jì)算過(guò)程

在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，站臺(tái)位置是重點(diǎn)的研究對(duì)象，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要以此作為基礎(chǔ)，依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和所掌握的理論知識(shí)綜合性地分析地鐵車站工程。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行有限元計(jì)算式時(shí)，還需加強(qiáng)對(duì)計(jì)算范圍的控制，以保障所有的設(shè)計(jì)計(jì)算工作都能夠在科學(xué)合理的范圍內(nèi)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算規(guī)范性的有效提升，避免不必要的誤差的產(chǎn)生和時(shí)間的浪費(fèi)，縮短地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工期，最終呈現(xiàn)出與客觀實(shí)際緊密相連的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的施工提供有效支持。此外，在進(jìn)行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模擬檢驗(yàn)時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還需將實(shí)際工程情況作為立足點(diǎn)，按照規(guī)范流程開(kāi)展相應(yīng)的工作：第一，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)就所采集的實(shí)地信息作為模型構(gòu)建的重要元素，融入邊界條件，使得模擬情景能夠最大化的還原天然地應(yīng)力場(chǎng)。第二，地鐵站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及向下挖掘的施工環(huán)節(jié)，想要有效的利用地下空間，對(duì)支撐力的優(yōu)化提升是不可或缺的，對(duì)此，在計(jì)算的過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且做到開(kāi)挖至基地，以實(shí)現(xiàn)地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。

3.3 計(jì)算結(jié)果

地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果主要是指，地鐵車站鐵軌與基坑水平位移變形情況、地鐵車站鐵軌與基坑沉降變形情況，從這兩個(gè)方向入手，分析其與地鐵車站結(jié)構(gòu)的關(guān)系，落實(shí)針對(duì)性的優(yōu)化策略，才能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵車站設(shè)計(jì)的有效性。首先，地鐵車站鐵軌與基坑水平位移變形情況。在地鐵站換乘路段的施工工作結(jié)束后，與設(shè)計(jì)圖紙之間所產(chǎn)生的位移差應(yīng)當(dāng)維持在最大數(shù)值的第三道支撐位置的范圍之內(nèi)，并且將鐵路路基邊緣水平的位移最大數(shù)值維持在2.2mm 的范圍之內(nèi)，如果在模型檢測(cè)階段測(cè)得的數(shù)值超出了這一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，則表示地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合實(shí)際建設(shè)要求，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)從空間效應(yīng)影響入手，做出針對(duì)性的設(shè)計(jì)調(diào)整，以保障后續(xù)地鐵站運(yùn)行的穩(wěn)定性。其次，地鐵車站鐵軌與基坑沉降變形情況。換乘階段施工是鐵路整體施工中最大沉降數(shù)值出現(xiàn)的位置，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)這一階段的計(jì)算，并且對(duì)所得數(shù)值進(jìn)行著重的觀察研究，從路線中間階段入手進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，以保障地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間效應(yīng)影響的有效優(yōu)化。

3.4 計(jì)算結(jié)果分析

相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)從實(shí)際入手，以地鐵站的實(shí)際開(kāi)挖情況作為基礎(chǔ)進(jìn)行針對(duì)性的分析，提煉出鐵路在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大位移變化數(shù)值，為后續(xù)的工作提供可靠的參考依據(jù)。在對(duì)我國(guó)地鐵站的設(shè)計(jì)分析中可以發(fā)現(xiàn)，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中位移的最大值通常維持在2.2mm 的范圍之內(nèi)，而其最大的沉降值則維持在2.5mm 的范圍以內(nèi)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)這一數(shù)值的分析制定針對(duì)性的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，首先，在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)維護(hù)設(shè)計(jì)，使其具備較好的穩(wěn)固性，從而使得地鐵站能夠在運(yùn)行的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)其的有效利用，將鐵路位移和沉降的范圍控制在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值上，有效地延長(zhǎng)地鐵車站的使用壽命，降低后續(xù)的維護(hù)成本投入，使得地鐵車站能夠更好地為人們服務(wù)，滿足城市居民的出行需求。與此同時(shí)，在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工設(shè)計(jì)以及加固隔離設(shè)計(jì)上，還需投入更多的時(shí)間和精力，為鐵路的運(yùn)行提供更為可靠的支持力量，讓地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)發(fā)揮最大化的良性影響力。其次，在新的時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)為各個(gè)行業(yè)都帶來(lái)了支持力量，成了當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的主要基調(diào)，讓人們的生活和工作都愈發(fā)的便捷。在這樣的情況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)做到緊跟時(shí)代的發(fā)展步伐，加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)軟件中，快速的得出數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降數(shù)值和水平位移數(shù)值的有效控制，滿足地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)空間效應(yīng)的控制和利用有著極大的意義和價(jià)值，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)在這一方面投入較大的精力和時(shí)間進(jìn)行針對(duì)性的分析與研究，找到空間效應(yīng)控制的關(guān)鍵所在，綜合性地分析其中的多種要點(diǎn)，減少不當(dāng)操作行為的出現(xiàn)概率，形成較大的良性影響力。