地铁车站结构设计探讨

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摘要：随着城市交通事业的快速发展，地铁已成为人们日常生活、工作的交通工具。特别是上、下班高峰时段，客流量很大。因此，地铁车站结构设计经济、结构安全可靠具有重要意义。本文根据笔者多年从事结构设计经验，对地铁车站的结构设计进行分析，保障地铁车站的安全稳定性。

关键词：地铁车站；结构设计分析；有限元计算

一、工程概述

某地铁工程全线共设车站22座，本车站位于城市主干道，为地下两层岛式站台车站，车站主体基坑深约16.44～17.54m，基坑宽19.6～23.1m，顶板覆土厚约3.2m。周边有住宅以及办公楼等建筑。

二、地质概况

本站周边地形开阔，稍有起伏。基坑开挖地层从上至下依次为：杂填土，层厚为0.60～10.40m；粉质粘土，层厚为1.20～11.40m；圆砾，层厚为0.20～3.90m；强风化板岩，层厚为1.30～13.50m；中等风化板岩，层厚为3.00～24.60m。本站地质剖面见图1，各土层的物理参数和岩土物理力学指标建议值见表1。

图1 地铁车站地质剖面图

表1 各土、岩层物理力学指标参数建议值

三、结构设计与施工方法

本车站主体采用明挖法施工，明挖法施工具有施工安全，施工质量容易保证，施工作业面开阔，有利于提高工效，缩短工期等优点，但施工期间对地面交通影响较大。主要结构尺寸的拟定是在满足建筑限界、结构强度、防水要求，考虑施工误差，结构变形等因素，根据地质和水文资料、车站埋深、结构类型、施工方法等条件经过计算确定（见表2）。本车站为地下两层单柱双跨钢筋混凝土箱型结构。

表2 车站主体内部结构尺寸表

四、结构合理性优化分析研究

车站主体结构计算按底板支承在弹性地基上的平面闭合框架结构进行内力分析。车站采用全包防水，车站主体回筑完成后，在车站顶板位置地下连续墙上设抗浮压顶梁。围护结构与车站边墙间仅有压力传递。采用有限元软件SAP2000软件计算。结构计算按永久荷载、可变荷载和偶然荷载的各种组合进行。根据本站工程地质和水文地质的特点，考虑施工阶段、使用阶段进行计算分析。

标准断面使用阶段计算图式及荷载图（见图2）。

图2 主体结构标准断面使用阶段计算简图

4.1车站结构标准段荷载准永久组合计算内力结果图（见图3和图4）

图3 车站弯矩、剪力包络图

图4 车站轴力包络图

4.2车站结构标准段荷载准永久组合计算内力值表（见表3）

表3 准永久组合计算内力值表

五、结论

根据车站结构荷载不同组合计算内力值，各构件根据基本组合的计算内力值进行承载能力（即强度）配筋计算，根据准永久组合的计算内力值进行裂缝宽度控制配筋计算，构件实际配筋按二者的较大值选筋。

计算结果表明，车站结构构件主要按照控制裂缝宽度要求进行配筋。本车站各构件配筋率基本上控制在经济配筋率范围内，构件尺寸是合理、经济的。地震力、人防荷载对地下结构绝大部分构件和位置为非控制因素，仅需按抗震、人防设防要求，进行构造措施处理。

参考文献：

[1]关宝树 隧道工程设计要点集[M]北京：人民交通出版社，2003.

[2]GB50157-2003 地铁设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社，2003

[3]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社，2010

[4]卢致强、徐晓鹏、刘建伟 明挖法地铁车站结构设计中几个问题的思考

[5]杨建学 明挖地铁车站不同计算方法计算结果比较