上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海 200092
摘要：我国很多城市都出现了人口总量过大的情况，尤其是国内的一线城市。大量的常住人口使城市的压力增大，而且也给城市的交通带来负担。因此很多的城市开始将缓解交通压力的方式转向地铁。在对地铁设计的时候，优化设计结构，使地铁具有耐久性，而且其抗震标准要符合规范。
关键词：地铁结；构设计；问题
引言
地铁是新兴的交通方式，快速便捷，而且费用低，城市中的地铁建设也是环节城市压力的一种措施，兴建地铁也有助于加快城市中的交通建设。但是兴建地铁也不好说简单的工作，而且在地铁运营的时候也要时刻的检测。地铁能够正常的运行，对其的设计很重要。只有保证设计准确，才能提高地铁的使用效率。
1.地铁结构设计需要考虑地层环境的变化
随着我国经济的高速发展和地下空间建设理论和技术的不断完善，地铁以其速度快、运载能力大、污染小、充分提高地下空间利用率等优点，在城市交通系统中占有越来越重要的地位。多年来的建设经验表明，对未来地层环境变化的忽视可能会造成工程失误。对于地铁工程，环境制约因素的评价对规划、选址和结构设计具有重要意义。在进行地铁结构设计时，一般是把结构承受的各种外力乘以相应的分项系数进行荷载组合，然后进行结构计算。分项系数是针对每种荷载的概率分布及荷载效应组合的概率分布而定，并没有考虑到未来地层环境变化的影响。因此，如何在设计阶段就预先考虑到未来可能发生的地层环境的变化并采取适当的防范措施，是一个值得研究的问题。首先考虑当前地层环境下车站结构的内力，然后考虑 3 种假想的环境变化：①车站结构下方将有隧道施工；②车站结构邻近将有地面建筑物兴建；③地下水位将上升。
2.设计地铁结构中的问题
2.1 计算结构
地铁的结构比较特殊，通常都是长条形，而且跨度大，其框架是箱型。因为地铁一般都是修建在地下，如果不考虑覆盖面以及基坑深度，那么在建设的时候，会影响地下管道。一般地铁的上不会有超过3m的覆盖层，而且基坑的深度在15～20m之间。因为地铁的位置特殊，地铁的下部会承受水压的荷载，而上部还有承受车辆的荷载。地铁的边墙也有一定的荷载力，因此在设计的时候，要考虑墙、梁以及板的厚度，保证其能承受较大的荷载。计算地铁的结构需要使用力学，由于地铁承受的力有很多，所以对结构的设计要合理。
2.1.1 计算横断面
这种方法是最普遍的计算方式，也是使用最多的方式，使用的广还有一个原因是因为这种方法简单，尽管荷载组合不同，这种方式也能计算出结构的内力。但是这种计算方式有一个缺点就是并没有考虑板的刚度。按照规定板的厚度与量的高度的商应该在0.2～0.5，可是很多车站的比值并不在这个范围内。如果依旧采用横断面的方式计算，纵向的弯矩会被忽视，从而在计算的时候，会使弯矩增加，甚至会使部位位置出息配筋不足。
2.1.2 空间梁系计算方法。用梁单元代替板和墙，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。
2.1.3 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、柱按照各自的结构尺寸，采用四节点或八节点等参元划分成板单元用有限元法进行结构内力计算。
2.1.4 空间梁板系计算法。将板、墙按照各自的厚度，采用四节点或八节点等参元划分成板单元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。
2.2地铁车站的结构内力分析
设车站站台形式为双层三跨矩形框架钢筋混凝土结构，采用明挖顺作法施工，车站顶板覆土厚度为 3.2m，计算中不考虑围护结构。工程地质分层由上至下依次为人工填土层、粉粘土层、细砂层、圆砾层、粉土层，车站主体处于人工填土层、粉粘土层及细砂层，场址处地下水位埋深为 8.8m。岩土的物理力学参数见表 1。
表 1 岩土的物理力学参数
取 1 延米车站结构，按照使用阶段的荷载组合进行结构计算。
（1）永久荷载：结构自重（重度 y=25kN/m 3），地层压力（静止土压力水土分算）。
（2）可变荷载：楼板人群荷载（4kPa），地面车辆荷载及其引起的侧向土压力（10kPa），不考虑地震荷载和人防荷载的作用。
2.3 结构耐久性
地铁应该保持长时间的使用，才能满足要求，以此在设计地铁结构的时候，要考虑耐久性。地铁位于地表以下，最浅的可以在几米，而最深的能达到几十米，而且深度越深，周围的二氧化碳、电流等对地铁结构的影响越大，要想保证地铁结构具有耐久性，要考虑四个因素，首先是环境，地下的环境与地上不同，温度低，湿度大，而且二氧化碳多，还有大量的地下水。其次是材料，地铁结构的材料有很多中，但是基本的是混凝土、骨料以及水泥。再次，结构，在设计地铁结构的时候，应该考虑裂缝以及沉降。最后是施工，在地铁施工的时候要保证其质量，而且在开始施工时候，就要展开相应的管理工作。在设计地铁结构的是，要重视结构中的变形，尤其是软土部分。此外还要研究混凝土性能，以及钢筋的破坏程度等，以此保证地铁结构有耐久性。
2.4“参数法”绘图
地铁结构设计地域性较强、技术较复杂，而且行业规范和标准较少。所以在绘图过程中表达结构类型表达的方式和标准化有很大差别“参数法”绘图能根据结构尺寸和相关已知条件查到配筋、尺寸、数量等参数在图纸审核中只要对计算流程、计算思路进行审查就能达到复核目的。这种绘图方式能够减少图纸数量，还能在施工过程中迅速找到相关技术数据。
2.5防水设计
防水材料品种不要太多，防水性能要进行论证便于维修管理。重视变形缝的防水节点构造措施。结构防水设计应做专题研究讨论。避免工程变形缝、施工缝在夏季多雨季节渗漏变形缝钢板排水槽翘起、变形缝周边砼拉裂现象应重视仰拱、底板变形缝和施工缝防水设计与施工，防止道床变形缝、施工缝渗漏水妥善处理设计与工程接口问题。
3.结语
地铁交通的快速发展使得其施工设计获得越来越广泛的关注，地铁车站结构设计是一项系统工程，其需要考虑众多现实因素，明挖法作为一门重要的地铁车站重要的结构设计及施工方法，其理论和应用研究都取得了长足的进步。
参考文献：
[1]马晓宾.论地铁结构设计中的若干问题[J].建材与装饰（中旬刊），2008（1）.
[2]GB50157-2003 地铁设计规范[S].
论文作者:陈欣
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第24期
论文发表时间:2018/4/8
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