摘要：随着我国城市化进程的加快，地铁工程建设越来越多。由于地铁施工需要在地下进行，而地下的地质与环境存在着诸多的不确定因素，其结构组成也与其他地面建筑结构形式存在较大的差异，需要相关设计人员在其各环节设计中充分的考虑到其中的特殊性，合理应用开挖技术。笔者对明挖法结构设计原则及注意事项进行以下论述，旨在为地铁车站项目的建设与完善提供有利的参考。
关键词：明挖法；地铁车站；结构设计
引言
近些年来，地铁作为当今社会一种经济、高效的出行交通工具备受人们的青睐。明挖法作为当今社会地铁车站施工采取的主要方法，其中对风道与车站接口处设计问题的相关研究较少，但是由于风道接口处的受力情况千变万化，因此它也是设计当中尤为突出的关键环节。后期此处可能经常会发生一些意外情况，如漏水、开裂等，因此对于风道接口处的结构设计问题的研究就显得尤为重要。
1地铁车站的结构形式
根据地铁车站的使用功能要求，一般采用箱形框架结构，将地铁车站设计成长条结构，横向设置2-4跨，对于纵向，应将其设置为多跨，横梁一般不设置在结构的内部，设置部分结构应严格限制横梁的高度。同时在设置基坑时，还应根据实际情况，进行科学、合理的设置，应避免对地下管网产生影响。在设置结构顶板、边墙以及底板时，为了抵抗各项荷载，如车辆荷载以及特殊荷载等，其厚度应达到设计要求，一般情况下，厚度在0.6-1.0m，同时在设置顶梁和底梁截面时，还应根据要求，合理设置其截面高度，与一般的楼板相比，中板由于要承受较大的荷载，因此厚度要较大一些。
2明挖法地铁车站结构设计
2.1主体围护结构设计
在主体围护结构设计过程中，应先确定围护结构形式，通过前文的论述，我们知道一般围护结构的形式分为单一墙、叠合墙以及复合墙，在结构计算中，单一墙和叠合墙的模型为一面墙，复合墙的模型的表现为为两面墙。（1）应根据具体的设计要求，合理地设置地基弹簧，对于拉压弹簧，需要伸入到基坑底以下围护结构，对于受压弹簧，主要是指基坑以上部分围护结构部分。（2）在主体结构设计过程中，荷载计算的也至关重要，主体结构荷载一般涉及到竖向荷载、水平荷载、地面超载以及底板有利荷载等，这些荷载的设置对主体结构的质量具有直接的影响。竖向荷载主要是指截面以上土柱重量，这部分应按照一定的公式进行计算。水平荷载主要是来自于水平方向的侧向水以及土压力，在计算时，还应根据不同的设计内容，采用不同的计算方式，例如水土合算是针对砂性成分的土层，不然要水土分算。地面超载主要是指一些机械设备以及堆载的材料对地面造成压力，按照要求，地面超载应在20kpa范围之内。在计算过程中，还应考虑地铁运营过程中，人群、设备等对底板造成的荷载，在设计时，考虑的是有利荷载。（3）通过在支座处加刚域的方法，消除内支座处的内力，在设置刚域时，可以按照墙厚或柱宽一半进行设置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆相比平面计算模型，地铁车站构件实际约束较弱化，按照要求，还应适当增加跨中弯矩，而支座处问题应适度的处理。
2.2主体结构
车站主体结构施工中，需要考虑“安全、经济、施工便利”几方面要进行设计方案的对比。明挖法做为当下较为常规的施工方法，主要借助现浇混凝土箱型框架结构形式施工。结合结构布置形式、站台宽度等进行设置，站台宽度是主要参考标准，当宽度为9m以下时，车站一般选择无柱单跨结构；宽度达到11m状况下，断面结构为单柱双跨结构较为合理，宽度更大，达到13、14m状况下，需要选择双柱三跨箱体结构。
2.3变形缝设置条件下梁柱体系的设置
在进行地铁车站风道接口处的设计的时候，需要对车站主体结构外侧墙体进行开洞，这种情况下开孔处需要设置梁柱体系来承受顶板传递过来的荷载，以保持结构的稳定性，梁柱体系的设计应当从以下3方面考虑。第一，考虑顶板的跨度和覆土厚度的问题，应考虑承受顶板的荷载、超载以及覆土重量来进行梁柱体系设计，除了保证结构的受力安全外，在配筋方面，应考虑结构在以后使用过程中产生变形等情况，因此需要对变形缝处的配筋进行加强，以满足结构受力和裂缝控制要求。第二，正如上面对变形缝的分析那样，在对变形缝进行具体施工的时候，需要预留一定的施工空间，因此，梁柱体系距离变形缝的边缘一般将其设置为0.3m，方便施工。第三，在设计的过程中，根据受力情况需要对顶梁、底梁进行上翻或者下翻设计，此时，需要考虑风道接口处的建筑空间要求以及通风专业的过风面积要求，因此，需要跟建筑专业和通风专业配合，仔细核对顶梁和底梁的上下翻的高度，以满足各专业的要求。
2.4车站和风道结构抗浮性的提高
车站设计时不同地区也有不同的情况，有的地区抗浮水位比较高，此时车站和风道的主体自身抗浮性可能无法满足设计要求。为了提高车站和风道主体结构的抗浮性，目前国内经常采用压顶梁抗浮设计，在车站顶板上方沿围护结构设置一圈压顶梁，使车站和风道在受水浮力上浮时，压顶梁对结构顶产生向下压力，同时利用围护结构的自重及侧摩阻力共同达到抗浮目的。另外，也可以在车站或者风道底板下设置抗拔桩来提高抗浮稳定性，抗拔桩的主要靠桩身与土层的摩擦力来受力，抗拔桩的大小、长度和数量根据计算确定，抗拔桩的钢筋和桩身均伸入车站底板，这样的锚入方式能够提升主体结构的整体抗浮能力。另外，抗拔桩桩头防水是设计重点，连接部分应采用遇水膨胀止水胶和密封胶等材料进行连接。
2.5设计细节问题
明挖法的地下轨道工程在设计结构的过程中，平时还要留意一些细微处理问题，比如在计算覆土时，厚浅问题是要考虑的内容。同时按照纯弯钩件，对顶板以及中板进行计算，同时按照按压弯构建，对地下二层、三层侧墙进行配筋计算，在完成计算后，为了保证构件安全，还应进行验算。在对侧墙配筋以及板进行计算时，则应充分考虑两方面因素，一方面为支座处设置的腋角、二是支座处设置的刚域作用。对于侧墙支座处，如果存在剪力较大的情况，则应通过设置封闭钢筋的方式来解决，以此保证结构满足设计要求。
2.6风道接口处变形缝的形状和大小的设置
风道与车站接口处的开口距离较大，一般情况下约20m-50m。我们通常要在此部位设计变形缝。在风道接口的设置中，我们应该把变形缝的平面和立面尽量设置为直面状态，切勿弯曲。如果变形缝的曲面设置过多或者设置成弯曲的情况，将会给止水带的设计和安装带来一定的不便，施工难度较大，而且在后期使用过程中可能会产生渗水漏水的情况。一般情况下，变形缝到车站外侧墙的长度不宜过长，以超出车站外侧墙体1m-1.5m为合适的距离。如果变形缝到车站的距离选择过长，则会使此位置处风道接口的顶梁和顶板承受荷载过大，时间一长，容易使其结构发生变形和开裂。如果变形缝的长度选择太短，则有可能改变变形缝旁边两侧的落点位置，容易使其落在车站主体的围护结构当中，从而导致变形缝的底端两旁的落点处硬度不够均匀，到了后期，极易发生形变，而且一旦进水也抵挡不住。
结语
地铁工程是我国城市化发展中的主要项目之一，其未来的发展趋势也随着时代的进步而不断地发展，相关结构设人员需要不断地学习与完善设计技术专业性，学习先进国家的优秀地铁结构设计事例，并引以为鉴，逐渐完善结构设计体系。
参考文献
[1]周增强.地铁车站结构的防水与堵漏施工技术[J].设备管理与维修，2017（11）.
[2]和炜.地铁车站结构与施工技术概述[J].城市建设理论研究（电子版），2017（6）.
论文作者:韩贺
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/21
标签：结构论文; 荷载论文; 车站论文; 风道论文; 地铁论文; 梁柱论文; 顶板论文; 《建筑学研究前沿》2018年第26期论文;