地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探討

熊傳奇

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102627)

在我國(guó)城市交通擁堵日益嚴(yán)重的嚴(yán)峻形勢(shì)下，加快地鐵項(xiàng)目建設(shè)的呼聲越來越高?，F(xiàn)在，地鐵和火車站已經(jīng)成為城市軌道交通的主要交通環(huán)節(jié)，每天可以同時(shí)運(yùn)送大量地鐵乘客，在一定程度上大幅減輕了其在城市交通中的壓力。本文主要介紹北京地鐵換乘站主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和管理方法，僅供同行業(yè)人士參考。

1 地鐵明挖車站技術(shù)分析

地鐵暗挖覆蓋可分為三種方法：明挖順法、覆蓋-淺埋暗挖逆作法和水平覆蓋-深挖半埋暗挖逆作法。這三種基本施工技術(shù)方法是明挖、深挖和埋蓋法施工，是基本施工方法。由于目前地鐵防水施工工藝復(fù)雜，施工場(chǎng)地特殊，因此，在地鐵車站防水過程中，必須特別重視地鐵防水工程的設(shè)計(jì)和施工。因此，地鐵防水工程的設(shè)計(jì)將直接影響整個(gè)車站地鐵防水工程的效果。鑒于地鐵防水工程設(shè)計(jì)的重要性，必須從基礎(chǔ)防水材料的選擇和基礎(chǔ)防水的施工技術(shù)手段入手，采取一些現(xiàn)代化的技術(shù)措施，做好整個(gè)地鐵的基礎(chǔ)防水保護(hù)工作。

2 地鐵車站的設(shè)計(jì)原則

車站建筑是中國(guó)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)和鐵路網(wǎng)中非常重要的建筑。也是旅客上下、換乘、步行等候的重要場(chǎng)所。為乘客安全、快捷地進(jìn)出地鐵站提供舒適、干凈的乘車環(huán)境。車站應(yīng)配備主要的信息技術(shù)設(shè)備和交通運(yùn)營(yíng)商的管理信息系統(tǒng)，以有效保證我國(guó)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。地鐵一號(hào)線站由室外站臺(tái)管理、站廳管理、設(shè)備管理、出入口四層組成。根據(jù)地鐵站的分布，地鐵站大致可分為島式曲線站、側(cè)式曲線站和混合曲線站。地鐵一號(hào)線車站旅客輔助運(yùn)輸設(shè)備主要包括直升機(jī)自動(dòng)扶梯、卷簾門、洪門防范、旅客登機(jī)引導(dǎo)、照明、票務(wù)及檢票管理系統(tǒng)、車站輔助設(shè)備安全自動(dòng)控制系統(tǒng)等。所有地鐵車站的基本設(shè)計(jì)原則應(yīng)從地鐵線路、車站主體建筑、車站主體結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)照明控制系統(tǒng)、車站室外通風(fēng)及室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、給排水及車站消防系統(tǒng)、車站區(qū)間等設(shè)計(jì)角度考慮。

3 地鐵車站結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

3.1 自然防護(hù)能力強(qiáng)

地鐵車站位于車站主體結(jié)構(gòu)的上部，具有較厚的天然硬巖土覆蓋層，可以根據(jù)自然保護(hù)和經(jīng)濟(jì)性能的要求，確定所有必要的天然巖土覆蓋層的層數(shù)和厚度，使其具有良好的自然保護(hù)性能，可以避免或有效減少各種空襲造成的自然破壞，如炮擊和爆破，包括核武器等。同時(shí)，它可以有效抵御地震和颶風(fēng)等各種自然災(zāi)害，并防止火災(zāi)和爆炸。

3.2 受外界條件影響小

由于車站地層溫度具有良好的空氣熱力學(xué)穩(wěn)定性和氣密性，因此地鐵車站和站內(nèi)地層溫度的波動(dòng)除了站口高層段外，外部影響很小，對(duì)大部分地鐵材料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存非常有利；地鐵沿線的車站比一般的地面建筑結(jié)構(gòu)具有更好的安全性、防震性和氣密性，有利于車站的抗震和抗振性，消除了落在地面的灰塵和外界電磁波的直接干擾。

4 地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先，充分考慮我國(guó)的實(shí)際地質(zhì)條件，選擇經(jīng)濟(jì)、安全、合理的地質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。目前，鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)常用的灌漿形式有低底板連續(xù)墻、鉆孔塔式灌注樁、人工開挖鉆孔灌注樁等。各有利弊，需要用戶根據(jù)不同的實(shí)際使用情況進(jìn)行選擇；在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做一些注意事項(xiàng)。為便于后期施工，盡量減少位于車站兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的樁尺寸和強(qiáng)度變化的計(jì)算次數(shù)，如，樁的深度、樁基直徑、地下連續(xù)墻的寬度和厚度。當(dāng)需要確定集中排水井車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁的尺寸和加固時(shí)，需要計(jì)算其尺寸的強(qiáng)度，通常應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比加固；但如果車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁是參與多層抗浮，就要檢查多層抗裂，否則可以直接省略編號(hào)；如果車站附近沒有臨時(shí)場(chǎng)地覆蓋和支護(hù)系統(tǒng)，這里的車站支護(hù)結(jié)構(gòu)樁需要承受橫向和豎向力荷載，橫向摩擦力較小，因此需要對(duì)這里的支護(hù)樁的線性間距、長(zhǎng)度和沉降進(jìn)行驗(yàn)證和計(jì)算；當(dāng)我們選擇上部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體埋設(shè)深度時(shí)，大多是按照沿圓弧方向滑動(dòng)的方法進(jìn)行計(jì)算，以確定整體施工穩(wěn)定性。但在建筑實(shí)踐操作中，如果屬于多柱支撐體系，按上述兩種方法計(jì)算的埋深過大，需要及時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)夭萑劳恋膶?shí)際變化，再合理選擇安全系數(shù)；同一上部支護(hù)中，埋深應(yīng)盡量滿足以下兩個(gè)基本技術(shù)要求，即深度計(jì)算技術(shù)要求和整體施工技術(shù)要求，間距盡量控制在3m左右。對(duì)于上下層之間的圍護(hù)支撐，應(yīng)盡量保持相應(yīng)的狀態(tài)，同時(shí)支撐位置不得避開多根柱子。

4.2 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選擇合適的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理模式。第一，目前的電子計(jì)算常用的變形模式主要有協(xié)同變形法，協(xié)同變形法和重合變形結(jié)構(gòu)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，每種合適的變形結(jié)構(gòu)因其特點(diǎn)、受力和協(xié)同變形法的特點(diǎn)而不同，需要根據(jù)不同的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。另外，鑒于直線段測(cè)量計(jì)算的技術(shù)局限性，可以考慮采用三維直線模型方法進(jìn)行線性補(bǔ)充測(cè)量分析。第二，綜合分析考慮了許多方面的一些主要經(jīng)濟(jì)因素。在建筑主體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工過程中，需要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)類型，考慮最不利的結(jié)構(gòu)組合、整個(gè)施工過程和主要荷載的變化，選擇最佳的結(jié)構(gòu)組合。比如在主要構(gòu)件的變形荷載計(jì)算中，永久可變荷載一般為1.00，可變永久荷載一般為1.0。第三，做好建模精度的計(jì)算。在建筑計(jì)算中，這種情況下通常有兩種水位，即規(guī)則水位、抗震水位和浮動(dòng)正常水位；根據(jù)大量科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)，人防抗震荷載不能起到控制振動(dòng)的作用，但當(dāng)建筑物屋頂覆蓋的土層厚度大于或小于3m時(shí)，為了安全和保險(xiǎn)，需要仔細(xì)核實(shí)建筑物人工防治的工況；建筑主體結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行人防抗震性能設(shè)計(jì)。

4.3 地下車站的出入口和風(fēng)亭建筑

影響入口樓梯寬度的主要因素是交通流量，疏散因素直接決定入口樓梯的寬度，服務(wù)員的素質(zhì)直接決定入口使用的自動(dòng)扶梯數(shù)量。樓梯的運(yùn)行寬度和自動(dòng)扶梯的運(yùn)行寬度直接決定了高層建筑在每個(gè)出入口的樓梯寬度。外部影響因素復(fù)雜，主要是小區(qū)周邊住宅用地和大型建筑的綜合利用。作為人流的交通入口和物流出口，需要有相對(duì)開放的公共空間作為公共建筑的獨(dú)立出入口，周邊公共建筑之間的交通距離也需要滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求。沒有相對(duì)固定建筑體積的設(shè)計(jì)，就創(chuàng)造了地上高層建筑的整體風(fēng)格。你可能需要從外部和整體室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)開始。室內(nèi)裝飾墻也可以說是室內(nèi)主題網(wǎng)站定位中呼應(yīng)的歐式風(fēng)格、文化墻、地方室內(nèi)主題裝飾墻，不同于一般大型城市建筑的地下通道。

4.4 站臺(tái)層設(shè)計(jì)

平臺(tái)前向?qū)挾仍O(shè)計(jì)根據(jù)各站前向?qū)挾仍O(shè)計(jì)要求確定，各站根據(jù)飛行流量控制運(yùn)行周期的高峰發(fā)車時(shí)間進(jìn)行定期安全檢查。網(wǎng)絡(luò)層的基本設(shè)備和服務(wù)在平臺(tái)外殼中管理。必要時(shí)，兩端應(yīng)保證平臺(tái)的固定長(zhǎng)度，但平臺(tái)不應(yīng)超過一節(jié)車廂的長(zhǎng)度，也不應(yīng)超過侵占側(cè)面的平臺(tái)和車廂寬度不小于2.5m的平臺(tái)。

5 結(jié) 語

綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)人口總量快速增長(zhǎng)、交通壓力日益增大的實(shí)際情況下，地鐵一號(hào)線車站的建設(shè)仍具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是，根據(jù)目前實(shí)際情況的分析，已經(jīng)基本發(fā)布的建筑相關(guān)技術(shù)規(guī)范并沒有完全涵蓋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的每一個(gè)重要細(xì)節(jié)，因此可能仍然存在一些不足。因此，在我國(guó)普通地鐵車站的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要及時(shí)結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)情況，做好初步設(shè)計(jì)審查階段和施工準(zhǔn)備階段的車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證我國(guó)地鐵的安全順利運(yùn)行，為我國(guó)現(xiàn)代地鐵交通建設(shè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。