浅谈地铁车站结构设计流程

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摘要 本文通过笔者对自身从事地铁结构设计工作经验的总结并结合相关资料，对明挖地铁车站结构设计主要流程及各s设计过程中需要着重注意的问题做一简要论述。

关键词 地铁；明挖；车站结构；设计流程

中图分类号U2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）45-0020-03

0 引言

21世纪初随着国民经济的飞速发展、城市地面交通的日趋紧张，地下空间的开发，尤其是地下轨道交通的建设进入了一个跨越式发展的时代。随着地铁设计市场的繁荣，许多原来从事民用建筑的设计人员转投地铁设计，而地铁结构设计流程不同一般的民用建筑，有其自身的特点和设计流程，本文通过对自身设计工作经验的总结，对明挖地铁车站结构设计主要流程及设计中需要注意的问题做一概述。

1 地铁结构的特点及其主要设计流程

明挖地铁结构设计特点：百年大计、周边环境复杂、岩土及地下工程具有明显的地域性和多变性、涉及专业多、协调配合多、设计与施工紧密联系。地铁结构的特点决定了地铁结构设计的流程多、设计周期长、反复多，其设计过程始终处于边设计、边施工的状态。对于一般的明挖车站从设计开始到施工结束一般需要2年的时间，其主要设计流程主要如图1。

2 明挖车站结构设计流程中的重点及应注意的问题

2.1 初步设计阶段

地铁设计是一个庞大的系统工程，其相关的外部、内部专业多，相互之间互相牵制，牵一发而动全身，而初步设计阶段正是各专业间沟通、互相协调的关键时期，如果该阶段工作做的好，对以后的工作将做到事半功倍的效果，如果做得不好小则可能引起后期变更设计，大则引起方案的变动。做好初步设计，要考虑以下几点：1）做好现场踏勘和周边环境资料的收集工作。其中主要包括：

（1）地下管线的类型、直径、材质、埋深、走向。对于重力管线还需了解其坡度方向；

（2）了解地面现状交通的情况（道路多宽、几个车道），结合车站站位确定周边是否有交通疏解的条件；

（3）基坑开挖影响范围（1倍~3倍基坑深度范围）内建筑物的用途、重要程度、建成年代、现状、结构形式、基础形式及埋深；

（4）站址周边是否有适合的车站施工用地。施工场地应尽量靠近车站主体结构。一般施工场地面积：4 000m2~5 000m2，盾构始发场地面积增加：4 000m2~5 000m2，盾构吊出场地面积增加：1 500m2~2 000m2。

2）结合收集的周边环境资料，确定车站站位的可行性及结构的施工方法。其中主要做好以下几点：

（1）根据车站的平面位置及埋深确定对车站站位起控制作用的管线，并提出合理的永久或临时迁改方案：

①管线迁改的一般原则是：沿车站纵向的管线采取永久或临时迁改方案。沿车站横向的管线采取悬吊保护的方案；

②当管线无法迁改时，与建筑及相关专业沟通采取车站局部增加管廊、调整车站埋深和站位、局部暗挖施工等办法解决；

③管线的迁改图应根据车站分期施工方案，综合考虑并选择最佳方案，尽量避免管线的反复迁改；

④市政管线中的污水管、雨水管、中水管一般埋深、管径均较大，且为重力型管线，有一定的坡度要求，设计中应引起重视。当两类管线为砼管并需做悬吊保护时，应注意悬吊部分砼管需置换成钢管。

（2）根据现状道路交通情况、周边环境及整条线工程筹划的要求，确定合理的分期交通疏解方案：

①交通疏解方案应尽量使车站的施工对现状交通的影响降到最低程度。一般疏解后的道路应能满足原有道路交通的需求；

②无特殊要求时，机动车道按3.5m，人行道按2m设置，机动车道的转弯半径按30m考虑。

（3）根据疏解方案确定明挖车站各期的施工工法并绘制施工总平面布置图：

①施工工法的分类及优缺点，详见表1；

②施工围挡距离围护结构外边的距离：一般情况≥3m，施工便道≥5m。

3）结构尺寸拟定及辅助计算

初步设计阶段主要任务是：结合本地及以往地铁设计的经验拟定切实可行的围护结构形式、拟定主体结构的主要尺寸（梁、板、柱）尺寸、防水模式，并辅以适当的结构计算验证。

关于围护、主体结构设计的主要流程将在施工图设计阶段介绍，此处仅对围护、主体结构初步设计阶段应注意的问题做一介绍：

（1）本阶段围护结构设计的重点是：结合地质、周边环境资料及当地常用做法拟定围护方案，并通过对控制断面试算，确定经济、合理的围护结构尺寸及其支撑布置，并对基坑影响范围内建筑物的提出具体的保护措施。

（2）本阶段主体结构设计的重点是：与各专业沟通，确定合理的结构布置，并通过对控制断面计算，确定经济、合理的结构尺寸（纵梁、板、柱），稳定建筑方案。

以下几点问题需要在设计中注意：

①对盾构始发、调出井或出土井处孔边梁的尺寸进行计算确定，其对结构外轮廓有较大影响；

②当盾构区间在本站始发、吊出或过站时，应注意核实结构平面、竖向尺寸是否满足盾构区间专业的要求；

③核实主要结构构件与线路中心线的距离是否满足限界专业要求，对于车站内设置有单渡线、交叉渡线、折返线或曲线设置在车站内的情况更需谨慎核实；

④车站中板上横梁的截面尺寸应注意核实是否满足通风专业的要求；

⑤主体与附属通、风道接口处过梁、壁柱的尺寸是否满足受力要求，并与建筑、通风专业及时沟通；

⑥车站设置变形缝、诱导缝或后浇带时，应与建筑、设备及轨道专业及时沟通其设置位置，到施工图阶段就很难调整了。例如变形缝不能设置在道岔处，设备区尽量不要设置变形缝。

（3）结合以往工作经验，给出两层双跨车站主要构件尺寸及含钢量详见表2。

2.2 施工图设计阶段

主体围护结构设计和主体结构设计是施工图阶段两个重要组成部分，以下分别对其设计流程就设计中需注意的地方做一简要介绍：

1）围护结构设计主要设计流程及需要注意的问题：

（1）根据地质情况选择安全、经济、合理的围护结构方案。以下给出常用的围护结构形式的优缺点对比供参考，见表3；

（2）不同的围护结构形式其设计流程也不尽相同，以下以最常用的围护桩+加内支撑的围护形式为参照对围护结构的设计流程做一介绍，详见图1。

（3）设计中需要注意的几点问题：

①对于一个车站围护结构的尺寸不宜变化太多以便于施工。如：桩直径、深度；连续墙厚度、幅宽、接头形式；

②集水井处的围护结构的尺寸、配筋应根据计算确定，一般应较标准段加强；

③如车站设置有临时铺盖系统，此处的围护桩除了承受水平荷载还需承受竖向荷载，而且此处的侧摩阻力较小（一侧为凌空面），故应对此处的桩间距、桩长、桩的沉降进行核实计算；

④一般围护结构不需进行裂缝验算，当维护结构参与抗浮时或围护结构作为主体结构的一部分时，应进行抗裂验算；

⑤一般认为围护结构的嵌固深度应按《建筑基坑支护技术规程》第4.1.1条的要求，按圆弧滑动法确定整体稳定性。但本人认为对于多支撑体系，这样算出的围护结构插入深度偏大，因为由于内支撑的作用，通常不会出现整体破坏。本人建议按照当地土质情况选取适当的安全系数；

⑥同一层支撑中，支撑的布置应同时满足计算要求和施工要求，间距不宜过小，一般3m左右。上下层的支撑应相互对应，不宜交错布置。支撑的位置尽量避开柱位；

⑦支撑竖向布置的确定是反复试算的过程，其主要原则是：在满足土方开挖、砼浇筑、钢筋绑扎的情况下，尽量使围护桩内力最小，正负弯矩基本相同。同时应注意支撑位置与主体结构是否有冲突，例如顶纵梁上翻处。现给出两个典型的围护结构横剖面图（标准段、钢便桥处）见图2。

⑧支撑体系选择中需要注意的问题：详见表4；

⑨斜撑的轴力计算应为有效支撑力与水平力的合力；

⑩斜撑处由于支撑轴力在水平方向的分力有可能使围檩系统产生滑移而导致支撑体系失稳，故设计中应注意围檩要封闭，并采取相应的抗剪措施如抗剪镫、抗剪销钉。

鉴于断面计算的局限性，以下几个部分建议采用三维模型进行补充分析：

①结构板、侧墙开大洞处。例如：盾构扩大段开孔处、通风道结构处；

②结构平面布置中受力方向改变及具有双向受力特性的地方。例如管廊（顶板受力方向改变）、盾构扩大端处（双向受力）；

③结构布置不规则、受力不对称的地方。例如：换乘节点处（布置不规则），单渡线、折返线处（受力不对称）。

（2）结构设计时应根据结构类型，按结构可能出现的最不利组合，按相应规范要求进行计算，并考虑施工过程中荷载变化情况分阶段计算。主体结构所采用的主要荷载组合方式及荷载分项系数的取值见表6。

参考文献

[1]地铁设计规范.

[2]广州2号线地铁设计总结.

[3]春华秋实.

[4]建筑抗震设计规范.

[5]铁路工程抗震设计规范.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文