明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

周建

摘要：城市化進(jìn)程的加快使得地鐵項(xiàng)目的數(shù)量逐漸增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大。地鐵的穩(wěn)定運(yùn)行不僅關(guān)系著政府聲譽(yù)，更是與成千上萬(wàn)人民群眾的人身財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此地鐵建設(shè)的每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。明挖法作為地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選方式，現(xiàn)階段的應(yīng)用范圍十分廣泛。本文從明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、選型、注意事項(xiàng)著手，對(duì)明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：明挖法；地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；耐久性

中圖分類號(hào)：U231.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2017）05-30-02

前言

現(xiàn)階段的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，明挖法的應(yīng)用最為廣泛。由于該種施工方法具有方式簡(jiǎn)單、成本低、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，在地鐵項(xiàng)目施工中的地位不容撼動(dòng)。采用明挖法對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要在確保地鐵結(jié)構(gòu)安全的前提下進(jìn)行，才能保障經(jīng)濟(jì)效益、工程進(jìn)度、人身安全等。因此，對(duì)明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。優(yōu)秀、合規(guī)的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、預(yù)算合理的情況下給具體施工帶來(lái)巨大的便利。但是在使用明挖法的實(shí)際工作中，仍然存在一些問(wèn)題.例如管線的遷移、修改等存在難度等，干擾了設(shè)計(jì)人員的思維，阻礙了實(shí)際工作的進(jìn)行。

1明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在利用明挖法進(jìn)行地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循以下原則：對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將結(jié)構(gòu)型式、施工方式、具體荷載等作為考慮依據(jù)：在確定地鐵車站結(jié)構(gòu)的凈空尺寸時(shí)，需要將地鐵建筑界限、施工工藝等作為依據(jù)，并且將施工中可能產(chǎn)生的誤差、測(cè)量中不可避免的誤差、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期使用導(dǎo)致變形、后期發(fā)生沉降等實(shí)際因素考慮在內(nèi)：設(shè)計(jì)地鐵車站結(jié)構(gòu)時(shí)要將地鐵車站建筑物、設(shè)備設(shè)施的安裝、來(lái)往車輛的運(yùn)營(yíng)、采用的施工工藝、環(huán)保要求等考慮在內(nèi)，保證車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與總體協(xié)調(diào)：在對(duì)地鐵車站機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要將對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響、主要建筑物發(fā)生沉降或者傾斜、地下管線發(fā)生沉降等考慮在內(nèi)：針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)類型需要使用與實(shí)際情況相符合的設(shè)計(jì)規(guī)范與配套體系對(duì)設(shè)計(jì)中有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：結(jié)構(gòu)計(jì)算使用的模型需要與實(shí)際的工程狀況相符合，并且將結(jié)構(gòu)與地層的互相作用、支護(hù)結(jié)構(gòu)作用等考慮在內(nèi)。

2明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的選型

2.1主體結(jié)構(gòu)選型

在對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型時(shí)要將安全施工、成本合理、方便施工等作為原則規(guī)范，對(duì)多種方案進(jìn)行篩選，對(duì)其中存在的利弊進(jìn)行分析，最終進(jìn)行綜合評(píng)定。明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般利用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的工作中，需要明確建筑物的布置與站臺(tái)的寬度，通常的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)站臺(tái)的寬度設(shè)置為8米時(shí)，地鐵車站的標(biāo)準(zhǔn)斷面則將無(wú)柱單跨箱型作為結(jié)構(gòu)：當(dāng)站臺(tái)的寬度設(shè)置為10米時(shí)，地鐵車站的標(biāo)準(zhǔn)斷面則將單柱雙跨箱型作為結(jié)構(gòu)：當(dāng)站臺(tái)的寬度為12米或者14米時(shí)，地鐵車站的標(biāo)準(zhǔn)斷面則將雙柱三跨箱型作為機(jī)構(gòu)。

2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐研究證明，明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本控制與圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有緊密的聯(lián)系，因此合適的圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)于保證經(jīng)濟(jì)性十分重要（如圖1所示）。我國(guó)現(xiàn)階段的地鐵車站中使用的圍護(hù)類型十分繁雜.在明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要將工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的地質(zhì)環(huán)境、工程建設(shè)目標(biāo)等各種影響因素考慮在內(nèi)。要注意圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要具有很強(qiáng)的操作性并具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在確定基坑保護(hù)等級(jí)時(shí)需要嚴(yán)格要求水平位移、地表沉降，充分發(fā)揮施工經(jīng)驗(yàn)與設(shè)備設(shè)施的作用，保證成本可控、施工安全與質(zhì)量可靠。若要求基坑具有很高的保護(hù)等級(jí)，采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要具有較大的剛度與很強(qiáng)的止水能力。

2.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合

2.3.1臨時(shí)墻結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為地鐵施工中的作用是臨時(shí)性的，所以沒(méi)有必要圍護(hù)結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期中的作用進(jìn)行考量。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用柱列式并與主體結(jié)構(gòu)的距離不遠(yuǎn)時(shí)，需要依靠主體結(jié)構(gòu)中各層板的對(duì)其的支撐作用。臨時(shí)墻結(jié)構(gòu)一般采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為：重力式擋墻、土釘墻、SMW工法樁等，防水方式為全包式。

2.3.2單一墻結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般發(fā)揮著主體結(jié)構(gòu)外墻的作用，通過(guò)構(gòu)造措施能夠緊密連接圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)中的水平構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成不復(fù)雜，并且不用制作外墻來(lái)承擔(dān)受力，也可以充分發(fā)揮內(nèi)部與外部鋼筋的作用，在合適的條件下還能減少施工用材料的用量，例如商砼與鋼筋等。但是該種結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，需要給接駁鋼筋預(yù)留出一定的位置，并且需要將防水因素考慮在內(nèi)，例如對(duì)節(jié)點(diǎn)處重點(diǎn)進(jìn)行防水處理。由于該結(jié)構(gòu)的耐久性在實(shí)際中還未確定，所以目前的應(yīng)用還很少。有關(guān)部門在對(duì)應(yīng)用該結(jié)構(gòu)時(shí)需要注意的事項(xiàng)也有著比較嚴(yán)格的規(guī)定。

2.3.3疊合墻結(jié)構(gòu)

在使用單一墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)再加一層砼內(nèi)墻。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯墻之間具有足夠的連接鋼筋，能夠保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。疊合墻結(jié)構(gòu)體系具有較大的剛度，較之單一墻結(jié)構(gòu)具有良好的防滲性能，但是也存在一些缺點(diǎn)，例如需要新混凝土與老混凝土之間的連接十分緊密等。另外，新、老混凝土之間的連接很容易受到干燥收縮的影響，從而產(chǎn)生應(yīng)力，致使內(nèi)墻出現(xiàn)裂縫。當(dāng)使用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防水方式為半包型。

2.3.4復(fù)合墻結(jié)構(gòu)

該種結(jié)構(gòu)方式在現(xiàn)階段已經(jīng)完工的地鐵車站工程中占據(jù)主要地位。在該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，主要使用維護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)土壓力，使用主體結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)水壓力。為了發(fā)揮在車站結(jié)構(gòu)抗浮中的作用，需要在維護(hù)結(jié)構(gòu)、地鐵車站的頂板交接出設(shè)置抗浮壓頂梁。但是在使用該結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況中，通常將復(fù)合墻結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)用，影響施工質(zhì)量。該結(jié)構(gòu)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，需要考慮到實(shí)際的耐久性。在實(shí)際施工中，為保證基坑的穩(wěn)定，要將一部分連續(xù)墻結(jié)構(gòu)拆除，對(duì)內(nèi)襯墻進(jìn)行強(qiáng)化，維護(hù)環(huán)境惡劣的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3明挖法地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

3.1明挖法地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

3.1.1根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行基坑支護(hù)型式的選擇

在設(shè)計(jì)支護(hù)方案時(shí)，需要綜合考慮基坑的周圍環(huán)境、工程位置下方土質(zhì)、設(shè)備設(shè)施、施工季節(jié)等。如果實(shí)際情況允許，排水方式盡量選擇在基坑外進(jìn)行，能夠顯著降低水土側(cè)向產(chǎn)生的壓力。當(dāng)采用樁作為支護(hù)時(shí)，需要降低標(biāo)高，利用放坡、噴錨等方式對(duì)樁頂土體進(jìn)行防護(hù)。例如，兩層的地鐵車站通常將埋深設(shè)置為1 6米，樁插入深度為6米，若將樁頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)高度降低3米，樁長(zhǎng)改造成19米，能夠大大減少工程量。

3.1.2對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考慮

在對(duì)主體結(jié)構(gòu)中地下連續(xù)墻的基坑進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要將剛度因素考慮在內(nèi)，這種設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)環(huán)境與資源的可持續(xù)發(fā)展，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要給予重視。在地下墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中承擔(dān)土壓力與水壓力的對(duì)象需要特別考慮，一般為圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻。作為主體結(jié)構(gòu)一部分的灌注樁，在地鐵車站施工時(shí)只作為強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)，在初步設(shè)計(jì)時(shí)需要可做適當(dāng)降低。

3.1.3圍護(hù)樁配筋

現(xiàn)階段配筋時(shí)一般利用在圓形的截面周圍配置合適數(shù)量的鋼筋，圍護(hù)樁的正負(fù)彎矩大小通常存在差異，同一配筋會(huì)引起資源的浪費(fèi)。因此，為改善這種情況，需要按照相關(guān)規(guī)范中的公式合理進(jìn)行。

3.2明挖法地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

3.2.1設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

在計(jì)算覆土不深的地鐵車站結(jié)構(gòu)時(shí)，將地下一層的側(cè)墻、頂板、中板作純彎處理：計(jì)算板與側(cè)墻的配筋時(shí)，需要將支座位置的腋角進(jìn)行考慮：盾構(gòu)井底板、側(cè)墻支座等位置剪力較大，需要配置剪力承受能力強(qiáng)的鋼筋，例如封閉鋼筋。

3.2.2針對(duì)主體結(jié)構(gòu)計(jì)算采用合適的方法

現(xiàn)階段應(yīng)用較多的計(jì)算方式為二維斷面計(jì)算方式，具有簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，但是也具有一定的缺點(diǎn)：不能分析中板、頂板開(kāi)大孔的應(yīng)力：計(jì)算時(shí)沒(méi)有將板面外剛度考慮在內(nèi)，導(dǎo)致板內(nèi)力值偏小，梁的內(nèi)力值偏大，導(dǎo)致埋深過(guò)大，資源浪費(fèi)。

3.2.3將地下水考慮在內(nèi)

目前國(guó)家關(guān)于地鐵車站設(shè)計(jì)的規(guī)范與要求中都規(guī)定需要進(jìn)行抗浮穩(wěn)定的驗(yàn)算，并且在計(jì)算時(shí)還需要將地下水工況考慮在內(nèi)。

4結(jié)語(yǔ)

地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到各方面內(nèi)容，容易受到多種因素的干擾，因此需要采取科學(xué)、合理的方式盡量保證設(shè)計(jì)的可實(shí)施性與經(jīng)濟(jì)性。為充分發(fā)揮明挖法的重要作用，需要重視選型工作，保證各種參數(shù)的準(zhǔn)確，才能保證地鐵車站工程的施工順利進(jìn)行。