略谈明挖法地铁车站结构设计.doc

略谈明挖法地铁车站结构设计 　　摘要：对常用的地铁结构形式、围护结构进行归纳。在地铁结构设计中，由于目前相关规范不够详尽，因此在实际工作中设计标准与原则难以统一，对设计人员造成一定的困扰。使得地铁结构设计中存在问题：地铁结构计算问题、地铁结构耐久性问题、地铁结构变形缝设置问题等。并针对这些问题的一些细节进行分析与探讨。 　　关键词：地铁车站；围护结构；结构计算；变形缝；耐久性 　　中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 　　随着我国交通事业的飞速发展，修建地铁已成为大城市解决交通问题的必然选择。在地铁建设中，明挖顺做法设计、建造的地铁车站所占比例越来越大。地铁车站结构有其自身的结构特殊性。由于周边环境的多样性、岩土地层的复杂性、施工技术的多变性和设计理论的局限性，使得地铁结构设计人员在设计中会遇到问题或不完善的地方，本文就其中的一些问题进行分析和探讨。 　　一、 地铁车站的结构形式 　　地铁车站由于使用功能的要求大多设计成横向 2～4 跨、纵向为多跨的长条结构，结构总长度为170～220 m，总宽度为20～30 m，沿高度方向一般分2～3 层，结构内部只设纵梁不设横（或局部设有高度受到严格限制的横梁），其结构形式可定义为箱型框架结构。为了不影响城市地下管网的设置，基坑深度一般为15～20 m。由于要抵抗水土压力、车辆荷载及特殊荷载，结构的顶板、底板和边墙都较厚，顶梁和底梁的截面高度也很大，中板由于要承受较大的设备荷载、人群荷载及装修荷载，其厚度也比一般的楼板厚许多，这就形成一座有巨大刚度的地下长条型结构。 　　二、围护结构的设计 　　1 围护结构形式 　　把地下连续墙等基坑支护作为主体结构的一部分加以利用，既可节约工程投资，又减少了资源的消耗，符合可持续发展的要求。我国大多数明挖地铁车站结构都是按照这一原则设计的。主体结构的侧墙分为单一墙、叠合墙和复合墙三种形式。 　　（1）单一墙是指围护结构直接作为主体结构的侧墙，不另做参与结构受力的内衬墙，多采用现浇地下连续墙结构形式，且槽段之间的接头需作特殊处理。一般顺筑法施工时可采用柔性防水接头；逆筑法施工时采用能传递竖向剪力的刚性防水接头或整体接头。 　　（2）叠合墙是指围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组合成为叠合式结构，通过结构和施工措施，来保证结合面剪力传递，叠合后可把二者视为整体墙。 　　（3）复合墙指围护作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组成复合式结构，墙面之间不能传递剪力和弯矩，只传递法向压力。围护结构可采用地下连续墙、钻孔灌注桩或人工挖孔桩等。在含水地层中，灌注桩的外侧一般须设止水帷幕，因此施工阶段的水压力由围护墙承受。在长期的使用阶段需考虑止水帷幕失效和地下水绕流等因素，水压力作用在内衬墙上。上述主体结构侧墙的三种形式优缺点比较见表 1。 　　 　　2 复合墙式围护结构 　　在复合墙结构中，设计时一般考虑土压力由围护结构承担，而水压力由主体结构侧墙承担。必要时在围护结构与车站顶板相交处设置抗浮压顶梁，参与车站结构抗浮。为保障基坑安全性不应对围护结构凿除太多，应在部分凿除连续墙的基础上，对内衬墙配筋进行加强并对暴漏在外的钢筋实施保护措施；若能征得限界及供电、轨道专业同意，利用部分内净空来增加墙厚或增设墙的腋角，而不能一凿了之。 　　三、结构计算 　　1 计算方法设计理论 　　（1）横断面计算法。沿车站纵向截取单位长度的横断面结构，将墙、板假设成单位长度的梁单元，将框架柱按刚度或面积换算成单位长度的厚度，底板与地基间采用弹性假设，用竖向基床系数与底板单元长度的积作为地基弹簧刚度，用荷载――结构模型按有限元法进行内力计算，根据不同的荷载组合得到结构的内力包络图。对于纵梁，则是根据通常的板梁柱传力方式，由板传给梁，形成梁的荷载，柱作为梁的支点，根据多跨连续梁结构进行梁的内力计算。此种方法是目前采用最多也是最简化的一种计算方法。 　　（2）空间梁系计算方法。取空间结构，将板、墙划分成较密的网格，用密集的梁单元代替这些板和墙，并与实际的梁、柱结构组成梁单元体系，荷载作用于节点上，用有限元法对整体结构体系进行内力计算分析。 　　（3）空间板系计算法。按照空间体系将结构进行网格划分，将板、墙、梁和柱按照各自的结构尺寸，采用4 节点或8 节点等参元划分成板单元，用有限元法进行结构内力分析计算。 　　（4）空间梁板系计算法。按照空间体系将结构进行网格划分，将板、墙按照各自的厚度，采用4 节点或8 节点等参元划分成板单元，而梁、柱依然采用梁单元框架体系，用混合元结构进行结构内力计算分析。 　　2 计算方法分析 　　 　　以深圳地铁7号线某车站作为工程实例进行计算，结构计算条件如下：主体结构采用现浇整体式框架结构，结构形式为