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摘要：近年来地铁成为我国各大城市交通中的重要组成部分，已经逐步成为城市客运交通的主力。而地铁车站结构设计的安全性、合理性、可靠性是必须要考虑的问题。本文针对地铁结构设计应注意的事项，设计时的重点进行分析。
关键词：地铁；结构；设计；问题
中图分类号：U231+.4 文献标识码：A
引言
当前，我国轨道交通正处于建设的繁荣时期，已成为全球最大的城市地下轨道交通市场。许多地铁设计人员时大多忙于赶图画图，许多地铁结构设计都是大量采用工程类比套法区去套用，无暇进入深入思考。而地铁结构设计有极为重要，不加思考地套用已有的图纸，会给安全带来隐患，笔者从最为常见的明挖地铁车站结构设计问题，对结构设计容易忽视、细节、重点等问题进行分析。
1.地铁结构设容易忽略的问题
在车站渡线段设计中，若两条线路坡度不同，但建筑专业只提供了一条线的纵剖，建筑横剖也未反映线路坡度的变化。结构人员考虑不仔细，造成设计出现错误。
若主体围护结构是地下连续墙，在车站与盾构区间交接处的墙幅长度应注意，因盾构机要破除部分地连墙，为减少盾构机刀盘的磨损，避免切割到地连墙两侧的工字钢，墙幅长度应不小于盾构孔的直径6620 mm 与工字钢宽度的和。根据工程经验墙幅长度一般取7500～8000 mm。有些地方盾构孔处的钢筋用玻璃纤维筋替代，方便盾构机推过。
盾构井盾构出入洞边墙预留钢环位置因盾构中心线与轨道的相对关系标注不明确，造成钢环安装的高度与实际要求的高度有误差( 对轨道的标高与盾构端面的关系没有足够的重视所致)，待盾构准备进洞时才发现问题。盾构过站应注意限界要求，横梁是否侵入盾构机过站净高的要求，是否影响盾构機过站施工，尤其是防淹门、人防门的横梁，一般较高，设计应注意。当横梁侵入盾构机过站净高，应减少横梁高度，梁高度不能减少时，横梁需要进行二次浇筑。具体配筋大样见图1，把第一次浇筑的梁下侧混凝土保护层凿掉，把箍筋扳直与后期浇筑的梁箍筋焊接。后期浇筑的梁与原梁接触面应凿毛，且后期浇筑的梁用微膨胀混凝土，且混凝土等级应不低于原梁混凝土强度。
图1 二次浇筑梁的配筋大样
2.设计与施工的结合
以基坑设计为例，支撑的布置是很有讲究的。对于围护结构为地连墙，为了防止地连墙扭转，每幅墙水平方向应有2根支撑，并沿墙幅中心线对称布置。竖向支撑过密或者上下支撑不对齐会影响土方的水平运输; 靠近基坑底面的基坑应考虑垫层、底板厚度、斜拖以及支撑牛腿的高度，有围檩的支撑体系应考虑墙体支撑的位置不影响墙体竖向钢筋的搭接。纵向支撑的布置还应该考虑与主体结构的关系，因为在施工中作为临时支护结构的内支撑对后续主体结构的施工有较大影响，尤其是防水卷材、钢筋等的搭接空间，施工缝设置以及结构浇筑砼质量。为确保接缝各工序施工质量及操作空间，支撑架设在主体结构各层梁板的上方净距:焊接或机械连接(Ⅱ级接头) 不小于1.4 m，机械连接(Ⅰ级接头) 不小于0.5 m。
水平支撑过密会影响土方垂直运输; 对于较宽的基坑，水平支撑的方向布置也很有讲究。当基坑周围环境比较复杂的时候(单方向开挖) ，设置支撑除考虑基坑的安全外，施工开挖的方向也是设计考虑的因素之一。一般土方的运输方向应与支撑布置方向垂直。因此设计中应特别注意。
地连墙施工中，因墙体高度较大、纵筋间距较小，浇筑混凝土时不易振捣密实，有些设计院采用并筋的做法，增大钢筋间距，混凝土的密实度提高了。根据混凝土结构设计规范并筋应按等效钢筋面积进行计算，等效钢筋的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定。即并筋提高了钢筋直径，含钢量相应提高。并筋减少了与混凝土的接触面，混凝土裂缝的宽度相应增大。
3. 设计应考虑的细节
对于覆土较浅的车站结构计算，地下一层侧墙、顶板及中板按纯弯构件计算; 地下二层、三层侧墙、底板和三层以上车站中板属小偏压构件应按压弯构件进行配筋计算，按纯弯构件验算，以保证构件的安全。板和侧墙配筋计算考虑支座处设置的腋角和刚域作用; 梁、板和侧墙计算配筋面积取按基本组合计算强度配筋和准永久组合计算裂缝配筋二者较大值; 盾构井底板、侧墙支座处剪力较大如需配置抗剪钢筋，宜采用封闭箍筋。
中板开洞较大时应建立平面模型核算横梁与中纵梁交接处弯矩和剪力是否满足，并加强该处侧墙抗弯，抗剪能力及该处楼板配筋。中板扶梯开洞处可设置变截面梁，计算配筋可按明梁为挑梁来计算，不考虑暗梁的作用，单柱结构扶梯孔洞尽量对称设置，避免产生过大扭矩。纵向肋梁对梁板结构的内力影响不可忽视，纵梁刚度的增加将引起柱上板带弯矩向跨中板带转移，当梁板刚度比达到某一个定值后，这种变化将趋于平缓，在一种柱跨与板厚结构条件下，必有一个最佳梁板刚度比与之对应，板中剪力分布亦同弯矩一样，随纵梁刚度变化发生新的分布规律。
4.地铁车站结构设计的重点
结构设计的重点: 在初步设计、招标设计基础上深化、细化设计，偏重于各构件及构件连接的设计、结构细部处理。(1) 车站主体结构一般不宜设置后浇带(有明确要求除外)，设计文件中一般不宜交代跳段施工。(2)顶纵梁尽量不要上翻或部分上翻; 底纵梁尽量不要下翻。(多与相关专业沟通)。中纵梁错台底面和底纵梁错台顶面应设在柱外侧 (伸过柱)，便于纵梁钢筋锚入柱内。(3)主次梁交接处箍筋加密，并且次梁断面也要加箍筋(见图2)，因为地铁中次梁的宽度较宽且剪力较大。(4)折梁尽量不要上翻或下翻，要用板的砼来抵抗折梁产生的合力。如必须上翻或下翻，应多于一跨柱距开始翻折，折梁钢筋连接方式见图3。(5) 顶板边支座非侧墙而是通道、风道开孔时，由于侧墙开孔导致顶板在边支座处的支座条件弱化，不能达到固端支座的条件，此时在该边支座处附加钢筋无益，应考虑将邻近跨中进行加强; 主体结构与通道、风道接口处暗梁受扭转作用，暗梁箍筋直径适当加大并全长加密。(6)当洞口开到墙边或离墙很近时，悬挑板的箍筋应做成封闭箍筋来抵抗水平力。(7)顶板外侧钢筋不宜伸入边墙作为边墙附加钢筋，边墙外侧钢筋不宜伸入底板作为底板附加钢筋，施工较困难。(8)楼扶梯孔边梁设置不能影响楼扶梯净空。楼扶梯柱设置不能影响公共区使用功能。(9)扶梯吊环设计: 构造要求、受力检算。扶梯吊环不能设置在两根近距离梁之间，吊环方向与扶梯运行方向一致。(10)注意轨顶风道结构找坡(主要用于排水)，板厚度渐变。
图2 主次梁交接出次梁箍筋处理方式
图3 折梁钢筋连接方式
5.结束语
地铁在城市发展中的经济效益和社会效益是有目共睹的。目前《地铁设计规范》条文过于宽泛，结构设计理论方面显得较为笼统，使得设计人员针对具体工程从理论上难以操作；或者由于设计人员自身的经验、理论水平、对工程理解的差异，可能会造成设计的混乱，甚至错误，这有可能造成不必要的浪费或潜在的灾害，对于动辄投资上亿的地铁车站，其直接损失和间接损失都是不容忽视的。所以，如何对地铁结构设计做到经济上的合理和结构上的安全可靠是非常重要的。
参考文献
[1]GB50157-2003，地铁设计规范[S].
[2]混凝土结构设计规范(GB 50010-2010).中国建筑工业出版社,2010
[3]建筑桩基技术规范(JGJ-94-2008).中国建筑工业出版社,2008
[4]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002).中国建筑工业出版社,2002
[5]混凝土结构构造手册.中国建筑工业出版社,2002
[6]建筑结构荷载规范(GB50009-2001).中国建筑工业出版社,2002
关键词：地铁；结构；设计；问题
中图分类号：U231+.4 文献标识码：A
引言
当前，我国轨道交通正处于建设的繁荣时期，已成为全球最大的城市地下轨道交通市场。许多地铁设计人员时大多忙于赶图画图，许多地铁结构设计都是大量采用工程类比套法区去套用，无暇进入深入思考。而地铁结构设计有极为重要，不加思考地套用已有的图纸，会给安全带来隐患，笔者从最为常见的明挖地铁车站结构设计问题，对结构设计容易忽视、细节、重点等问题进行分析。
1.地铁结构设容易忽略的问题
在车站渡线段设计中，若两条线路坡度不同，但建筑专业只提供了一条线的纵剖，建筑横剖也未反映线路坡度的变化。结构人员考虑不仔细，造成设计出现错误。
若主体围护结构是地下连续墙，在车站与盾构区间交接处的墙幅长度应注意，因盾构机要破除部分地连墙，为减少盾构机刀盘的磨损，避免切割到地连墙两侧的工字钢，墙幅长度应不小于盾构孔的直径6620 mm 与工字钢宽度的和。根据工程经验墙幅长度一般取7500～8000 mm。有些地方盾构孔处的钢筋用玻璃纤维筋替代，方便盾构机推过。
盾构井盾构出入洞边墙预留钢环位置因盾构中心线与轨道的相对关系标注不明确，造成钢环安装的高度与实际要求的高度有误差( 对轨道的标高与盾构端面的关系没有足够的重视所致)，待盾构准备进洞时才发现问题。盾构过站应注意限界要求，横梁是否侵入盾构机过站净高的要求，是否影响盾构機过站施工，尤其是防淹门、人防门的横梁，一般较高，设计应注意。当横梁侵入盾构机过站净高，应减少横梁高度，梁高度不能减少时，横梁需要进行二次浇筑。具体配筋大样见图1，把第一次浇筑的梁下侧混凝土保护层凿掉，把箍筋扳直与后期浇筑的梁箍筋焊接。后期浇筑的梁与原梁接触面应凿毛，且后期浇筑的梁用微膨胀混凝土，且混凝土等级应不低于原梁混凝土强度。
图1 二次浇筑梁的配筋大样
2.设计与施工的结合
以基坑设计为例，支撑的布置是很有讲究的。对于围护结构为地连墙，为了防止地连墙扭转，每幅墙水平方向应有2根支撑，并沿墙幅中心线对称布置。竖向支撑过密或者上下支撑不对齐会影响土方的水平运输; 靠近基坑底面的基坑应考虑垫层、底板厚度、斜拖以及支撑牛腿的高度，有围檩的支撑体系应考虑墙体支撑的位置不影响墙体竖向钢筋的搭接。纵向支撑的布置还应该考虑与主体结构的关系，因为在施工中作为临时支护结构的内支撑对后续主体结构的施工有较大影响，尤其是防水卷材、钢筋等的搭接空间，施工缝设置以及结构浇筑砼质量。为确保接缝各工序施工质量及操作空间，支撑架设在主体结构各层梁板的上方净距:焊接或机械连接(Ⅱ级接头) 不小于1.4 m，机械连接(Ⅰ级接头) 不小于0.5 m。
水平支撑过密会影响土方垂直运输; 对于较宽的基坑，水平支撑的方向布置也很有讲究。当基坑周围环境比较复杂的时候(单方向开挖) ，设置支撑除考虑基坑的安全外，施工开挖的方向也是设计考虑的因素之一。一般土方的运输方向应与支撑布置方向垂直。因此设计中应特别注意。
地连墙施工中，因墙体高度较大、纵筋间距较小，浇筑混凝土时不易振捣密实，有些设计院采用并筋的做法，增大钢筋间距，混凝土的密实度提高了。根据混凝土结构设计规范并筋应按等效钢筋面积进行计算，等效钢筋的等效直径应按截面面积相等的原则换算确定。即并筋提高了钢筋直径，含钢量相应提高。并筋减少了与混凝土的接触面，混凝土裂缝的宽度相应增大。
3. 设计应考虑的细节
对于覆土较浅的车站结构计算，地下一层侧墙、顶板及中板按纯弯构件计算; 地下二层、三层侧墙、底板和三层以上车站中板属小偏压构件应按压弯构件进行配筋计算，按纯弯构件验算，以保证构件的安全。板和侧墙配筋计算考虑支座处设置的腋角和刚域作用; 梁、板和侧墙计算配筋面积取按基本组合计算强度配筋和准永久组合计算裂缝配筋二者较大值; 盾构井底板、侧墙支座处剪力较大如需配置抗剪钢筋，宜采用封闭箍筋。
中板开洞较大时应建立平面模型核算横梁与中纵梁交接处弯矩和剪力是否满足，并加强该处侧墙抗弯，抗剪能力及该处楼板配筋。中板扶梯开洞处可设置变截面梁，计算配筋可按明梁为挑梁来计算，不考虑暗梁的作用，单柱结构扶梯孔洞尽量对称设置，避免产生过大扭矩。纵向肋梁对梁板结构的内力影响不可忽视，纵梁刚度的增加将引起柱上板带弯矩向跨中板带转移，当梁板刚度比达到某一个定值后，这种变化将趋于平缓，在一种柱跨与板厚结构条件下，必有一个最佳梁板刚度比与之对应，板中剪力分布亦同弯矩一样，随纵梁刚度变化发生新的分布规律。
4.地铁车站结构设计的重点
结构设计的重点: 在初步设计、招标设计基础上深化、细化设计，偏重于各构件及构件连接的设计、结构细部处理。(1) 车站主体结构一般不宜设置后浇带(有明确要求除外)，设计文件中一般不宜交代跳段施工。(2)顶纵梁尽量不要上翻或部分上翻; 底纵梁尽量不要下翻。(多与相关专业沟通)。中纵梁错台底面和底纵梁错台顶面应设在柱外侧 (伸过柱)，便于纵梁钢筋锚入柱内。(3)主次梁交接处箍筋加密，并且次梁断面也要加箍筋(见图2)，因为地铁中次梁的宽度较宽且剪力较大。(4)折梁尽量不要上翻或下翻，要用板的砼来抵抗折梁产生的合力。如必须上翻或下翻，应多于一跨柱距开始翻折，折梁钢筋连接方式见图3。(5) 顶板边支座非侧墙而是通道、风道开孔时，由于侧墙开孔导致顶板在边支座处的支座条件弱化，不能达到固端支座的条件，此时在该边支座处附加钢筋无益，应考虑将邻近跨中进行加强; 主体结构与通道、风道接口处暗梁受扭转作用，暗梁箍筋直径适当加大并全长加密。(6)当洞口开到墙边或离墙很近时，悬挑板的箍筋应做成封闭箍筋来抵抗水平力。(7)顶板外侧钢筋不宜伸入边墙作为边墙附加钢筋，边墙外侧钢筋不宜伸入底板作为底板附加钢筋，施工较困难。(8)楼扶梯孔边梁设置不能影响楼扶梯净空。楼扶梯柱设置不能影响公共区使用功能。(9)扶梯吊环设计: 构造要求、受力检算。扶梯吊环不能设置在两根近距离梁之间，吊环方向与扶梯运行方向一致。(10)注意轨顶风道结构找坡(主要用于排水)，板厚度渐变。
图2 主次梁交接出次梁箍筋处理方式
图3 折梁钢筋连接方式
5.结束语
地铁在城市发展中的经济效益和社会效益是有目共睹的。目前《地铁设计规范》条文过于宽泛，结构设计理论方面显得较为笼统，使得设计人员针对具体工程从理论上难以操作；或者由于设计人员自身的经验、理论水平、对工程理解的差异，可能会造成设计的混乱，甚至错误，这有可能造成不必要的浪费或潜在的灾害，对于动辄投资上亿的地铁车站，其直接损失和间接损失都是不容忽视的。所以，如何对地铁结构设计做到经济上的合理和结构上的安全可靠是非常重要的。
参考文献
[1]GB50157-2003，地铁设计规范[S].
[2]混凝土结构设计规范(GB 50010-2010).中国建筑工业出版社,2010
[3]建筑桩基技术规范(JGJ-94-2008).中国建筑工业出版社,2008
[4]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002).中国建筑工业出版社,2002
[5]混凝土结构构造手册.中国建筑工业出版社,2002
[6]建筑结构荷载规范(GB50009-2001).中国建筑工业出版社,2002