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中交城市轨道交通设计研究院有限公司 河北石家庄 050000
摘要：当前，我国正处于轨道交通建设的繁荣时期，已经成为了全球最大的城市轨道交通市场，在地铁建设过程中，地铁结构设计是极为重要的，文章从最为常见的明挖地铁车站的结构设计入手，對当前车站结构设计的技术要点进行分析探讨，以供业界各位同仁共同学习探讨。
关键词：地铁车站；结构；明挖
地铁车站是城市轨道交通的一个重要枢纽，每天都会存在大量的乘客聚集于此，具有客运功能，地铁车站的建设有利于保证地铁的安全运行，保证人们的生命财产安全。但是值得注意的是，在地铁车站建设的过程中，其成本非常高，我们应该如何在保证其经济合理性的基础上提高其安全性与可靠性呢？在实际工作中，明挖法、暗挖法、盖挖法等方法各有利弊，在地铁车站建设中得到了广泛的应用。其中明挖法是最常见的一种施工方法，下文对其结构设计进行全面的分析，以供参考。
1.地铁车站施工的几种方法
1.1明挖法
明挖施工的特点是可以适用于各种不同的地质情况，减少线路埋深，施工工艺简单，技术成熟，特别是北京地铁、上海地铁以及广州地铁的成功建设，积累了非常丰富的工程经验。在有能力进行交通疏解、有施工场地并不受地下管线影响的条件下，尽可能采用明挖法施工，有利于节约投资和减少施工难度。
1.2盖挖法
在交通繁忙的城市中心区，为减少施工期间对地面交通和商业的影响，部分车站结构可采用盖挖法施工。盖挖法依施工的步骤不同，可分为盖板法、盖挖逆筑法及盖挖顺筑法。
1.3浅埋暗挖法
当车站位于城市主干道的交通要道上，城市交通不允许封路或地下管线较多、迁移困难或道路狭窄、地面房屋拆迁困难时；即在地面无条件明挖或盖挖的情况下，采用暗挖法，或当车站处在斜坡段，车站两端覆土层厚度差异较大。暗挖法施工全部作业均在地下进行，因此对地面交通和人员出行影响较小、房屋和管线拆迁量也比较小，但在浅埋条件下，特别是在高水位的软土地层、砂层、圆砾层施工难度较大，工期较长，造价较高。
2.明挖法在地铁车站结构设计中应遵循的原则
目前，地铁在我国已经有了几十年的发展历史。在对其建设过程中也积累了丰富的经验，提高了地铁车站在建设过程中的质量。根据相关经验，简单阐述了地铁车站在采用明挖法进行结构设计的过程中应遵循的基本原则。
（1）在对结构进行设计的过程中，设计者应该了解建设方对于结构形式的要求，然后根据实际情况的分析来选择合适的施工方法，从而对地铁车站结构进行合理的设计。
（2）在对地铁车站结构进行设计的过程中，净空尺寸必须要符合相关规定要求，满足工程施工的界限等。另外，施工人员还需要将结构变形、施工误差、测量误差等考虑在其中，以保证其设计的合理性，为后期施工奠定扎实的基础。
（3）在对地铁车站进行设计之前，设计者还需要将车站所需要建设的建筑工程、车辆运营条件、环境保护等各个因素考虑在其中，从而保证地铁车站结构设计的合理性，保证后期车站的正常使用。
（4）在地铁车站结构设计过程中，设计者应采取有效措施，尽量避免对周边环境造成破坏，使车站及周边建筑物都能够充分发挥其使用功能。
（5）如果建设方对其结构类型要求不一致，那么设计者必须要将实际情况考虑在其中，然后选择科学合理的设计理论来对其进行计算与分析，从而保证地铁车站结构设计的合理性以及明挖法在其中的可操作性。
（6）在实际工作中，设计者所建立的数学模型必须要能够真实反映车站结构的真实情况，通过对地质条件的勘测了解其与结构之间的作用，最后为了保证地铁车站结构的稳定性而采用合适的支护结构，以保证地铁车站结构运行的稳定性与安全性。
3.明挖法在地铁车站结构设计过程中应注意的问题
3.1 要求从实际情况出发，制定科学合理的设计方案，保证基坑支护的稳定性在对基坑进行支护的过程中，设计者必须要将基坑开挖的深度、水文体质条件、使用的机械设备、气候条件、经济性因素等各个因素进行全面考虑，然后选取科学合理支护结构形式，以保证其稳定性与安全性。考虑到地铁车站结构的经济性，最为常见的支护结构形式有放坡、土钉墙、水泥土搅拌桩、SMW工法、排桩、地下连续墙等。在条件允许的情况下，设计者还可以在地铁这站周边设计一个降水设置，这样可以保证其稳定性。当设计者采用水泥土搅拌桩或者地下连续墙对其进行设计的过程中，设计者应该将桩顶的标高降低，然后在桩顶上部分采用土钉墙的施工方式对地铁车站结构进行支护。
3.2 将围护结构设计与主体结构综合考虑起来进行设计
地下连续墙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，所以在设计中应特别注意。复合式地下墙结构中，设计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。灌注桩围护结构作围护结构又作为主体永久结构的一部分时，在施工阶段，灌注桩只做强度计算；使用阶段，考虑其先期承受的外部荷载因材料性能退化和刚度下降向内部衬砌的转移，初步设计阶段其刚度可暂按折减到70%考虑。
4.明挖法地铁车站主体结构设计应注意的问题
在明挖法地铁车站主体结构设计时应注意以下几个方面的问题：
第一，结构设计应注意的细节问题。
① 板开洞应注意的细节。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，单柱结构扶梯孔洞尽量对称设置，避免产生过大扭矩；对集中荷载较大的情况，分布钢筋的截面面积应适当增加。
②其它细节。对于覆土较浅的车站结构计算，地下1层侧墙、顶板及中板按纯弯构件计算；地下2层、3层侧墙、底板和3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。
第二，对于主体结构应选择合理的计算方法。二维断面计算由于其简便性使其成为目前应用最广泛的地铁车站结构计算方法，但是其缺陷也是很明显，首先无法对中板、顶板开大孔进行应力分析；其次由于二维计算无法考虑板的面外刚度，因而得到的板内力偏小、梁内力过大，从而导致梁截面高度过大，从而引起埋深加大，造成浪费。经过对比，三维计算所得纵梁内力比二维计算结果小得多，有时甚至有接近50%的差异。其原因在于，二维计算假定内力传递途径是按照预先指定的板传给梁、梁再传给柱的顺序，所有板上竖向荷载都要传递给纵梁，上述假定适用的前提条件是梁板刚度足够大。对于地铁车站结构来说，梁与板的高度（厚度）相比一般在2：1左右，梁要作为板的近似不动支座，其相对刚度是不够的，车站结构的实际受力特征是介于无梁楼盖及传统的肋梁楼盖之间，板会直接传递部分荷载给竖向构件，如采用二维计算，其结果和实际必然有一定的偏差。因此建议采用三维计算作为地铁车站结构的主要计算方法，以便能设计出既经济又安全的地铁车站。
第三，在设计中应注意地下水。现有的国家地铁设计规范及多条我国城市地铁设计技术要求都对地下结构提出了抗浮稳定验算的要求，同时对于车站内力计算还提出应考虑不同地下水位工况进行计算。
5.结束语
在现代化社会发展中，建筑工程的建设已经使得城市用地面积越来越紧张，致使城市拥挤，给城市带来巨大的压力。为了缓解这一压力，我们需要将地下空间充分利用起来，通过地铁的建设来促进交通事业的发展，满足人们出行的需要。通过上述，简单分析了明挖法在地铁车站结构的设计方法及注意事项，希望能够与相关设计者共同探讨与学习，促进我国地铁事业的进一步发展，为社会经济的发展作出贡献。
参考文献：
[1]《地铁设计实践与探索》刘志义等；中国铁道出版社.
[2]《地下结构工程》童小东等；东南大学出版社.
[3]《地铁与轻轨》张庆和等；人民交通出版社.
摘要：当前，我国正处于轨道交通建设的繁荣时期，已经成为了全球最大的城市轨道交通市场，在地铁建设过程中，地铁结构设计是极为重要的，文章从最为常见的明挖地铁车站的结构设计入手，對当前车站结构设计的技术要点进行分析探讨，以供业界各位同仁共同学习探讨。
关键词：地铁车站；结构；明挖
地铁车站是城市轨道交通的一个重要枢纽，每天都会存在大量的乘客聚集于此，具有客运功能，地铁车站的建设有利于保证地铁的安全运行，保证人们的生命财产安全。但是值得注意的是，在地铁车站建设的过程中，其成本非常高，我们应该如何在保证其经济合理性的基础上提高其安全性与可靠性呢？在实际工作中，明挖法、暗挖法、盖挖法等方法各有利弊，在地铁车站建设中得到了广泛的应用。其中明挖法是最常见的一种施工方法，下文对其结构设计进行全面的分析，以供参考。
1.地铁车站施工的几种方法
1.1明挖法
明挖施工的特点是可以适用于各种不同的地质情况，减少线路埋深，施工工艺简单，技术成熟，特别是北京地铁、上海地铁以及广州地铁的成功建设，积累了非常丰富的工程经验。在有能力进行交通疏解、有施工场地并不受地下管线影响的条件下，尽可能采用明挖法施工，有利于节约投资和减少施工难度。
1.2盖挖法
在交通繁忙的城市中心区，为减少施工期间对地面交通和商业的影响，部分车站结构可采用盖挖法施工。盖挖法依施工的步骤不同，可分为盖板法、盖挖逆筑法及盖挖顺筑法。
1.3浅埋暗挖法
当车站位于城市主干道的交通要道上，城市交通不允许封路或地下管线较多、迁移困难或道路狭窄、地面房屋拆迁困难时；即在地面无条件明挖或盖挖的情况下，采用暗挖法，或当车站处在斜坡段，车站两端覆土层厚度差异较大。暗挖法施工全部作业均在地下进行，因此对地面交通和人员出行影响较小、房屋和管线拆迁量也比较小，但在浅埋条件下，特别是在高水位的软土地层、砂层、圆砾层施工难度较大，工期较长，造价较高。
2.明挖法在地铁车站结构设计中应遵循的原则
目前，地铁在我国已经有了几十年的发展历史。在对其建设过程中也积累了丰富的经验，提高了地铁车站在建设过程中的质量。根据相关经验，简单阐述了地铁车站在采用明挖法进行结构设计的过程中应遵循的基本原则。
（1）在对结构进行设计的过程中，设计者应该了解建设方对于结构形式的要求，然后根据实际情况的分析来选择合适的施工方法，从而对地铁车站结构进行合理的设计。
（2）在对地铁车站结构进行设计的过程中，净空尺寸必须要符合相关规定要求，满足工程施工的界限等。另外，施工人员还需要将结构变形、施工误差、测量误差等考虑在其中，以保证其设计的合理性，为后期施工奠定扎实的基础。
（3）在对地铁车站进行设计之前，设计者还需要将车站所需要建设的建筑工程、车辆运营条件、环境保护等各个因素考虑在其中，从而保证地铁车站结构设计的合理性，保证后期车站的正常使用。
（4）在地铁车站结构设计过程中，设计者应采取有效措施，尽量避免对周边环境造成破坏，使车站及周边建筑物都能够充分发挥其使用功能。
（5）如果建设方对其结构类型要求不一致，那么设计者必须要将实际情况考虑在其中，然后选择科学合理的设计理论来对其进行计算与分析，从而保证地铁车站结构设计的合理性以及明挖法在其中的可操作性。
（6）在实际工作中，设计者所建立的数学模型必须要能够真实反映车站结构的真实情况，通过对地质条件的勘测了解其与结构之间的作用，最后为了保证地铁车站结构的稳定性而采用合适的支护结构，以保证地铁车站结构运行的稳定性与安全性。
3.明挖法在地铁车站结构设计过程中应注意的问题
3.1 要求从实际情况出发，制定科学合理的设计方案，保证基坑支护的稳定性在对基坑进行支护的过程中，设计者必须要将基坑开挖的深度、水文体质条件、使用的机械设备、气候条件、经济性因素等各个因素进行全面考虑，然后选取科学合理支护结构形式，以保证其稳定性与安全性。考虑到地铁车站结构的经济性，最为常见的支护结构形式有放坡、土钉墙、水泥土搅拌桩、SMW工法、排桩、地下连续墙等。在条件允许的情况下，设计者还可以在地铁这站周边设计一个降水设置，这样可以保证其稳定性。当设计者采用水泥土搅拌桩或者地下连续墙对其进行设计的过程中，设计者应该将桩顶的标高降低，然后在桩顶上部分采用土钉墙的施工方式对地铁车站结构进行支护。
3.2 将围护结构设计与主体结构综合考虑起来进行设计
地下连续墙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，所以在设计中应特别注意。复合式地下墙结构中，设计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。灌注桩围护结构作围护结构又作为主体永久结构的一部分时，在施工阶段，灌注桩只做强度计算；使用阶段，考虑其先期承受的外部荷载因材料性能退化和刚度下降向内部衬砌的转移，初步设计阶段其刚度可暂按折减到70%考虑。
4.明挖法地铁车站主体结构设计应注意的问题
在明挖法地铁车站主体结构设计时应注意以下几个方面的问题：
第一，结构设计应注意的细节问题。
① 板开洞应注意的细节。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，单柱结构扶梯孔洞尽量对称设置，避免产生过大扭矩；对集中荷载较大的情况，分布钢筋的截面面积应适当增加。
②其它细节。对于覆土较浅的车站结构计算，地下1层侧墙、顶板及中板按纯弯构件计算；地下2层、3层侧墙、底板和3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。
第二，对于主体结构应选择合理的计算方法。二维断面计算由于其简便性使其成为目前应用最广泛的地铁车站结构计算方法，但是其缺陷也是很明显，首先无法对中板、顶板开大孔进行应力分析；其次由于二维计算无法考虑板的面外刚度，因而得到的板内力偏小、梁内力过大，从而导致梁截面高度过大，从而引起埋深加大，造成浪费。经过对比，三维计算所得纵梁内力比二维计算结果小得多，有时甚至有接近50%的差异。其原因在于，二维计算假定内力传递途径是按照预先指定的板传给梁、梁再传给柱的顺序，所有板上竖向荷载都要传递给纵梁，上述假定适用的前提条件是梁板刚度足够大。对于地铁车站结构来说，梁与板的高度（厚度）相比一般在2：1左右，梁要作为板的近似不动支座，其相对刚度是不够的，车站结构的实际受力特征是介于无梁楼盖及传统的肋梁楼盖之间，板会直接传递部分荷载给竖向构件，如采用二维计算，其结果和实际必然有一定的偏差。因此建议采用三维计算作为地铁车站结构的主要计算方法，以便能设计出既经济又安全的地铁车站。
第三，在设计中应注意地下水。现有的国家地铁设计规范及多条我国城市地铁设计技术要求都对地下结构提出了抗浮稳定验算的要求，同时对于车站内力计算还提出应考虑不同地下水位工况进行计算。
5.结束语
在现代化社会发展中，建筑工程的建设已经使得城市用地面积越来越紧张，致使城市拥挤，给城市带来巨大的压力。为了缓解这一压力，我们需要将地下空间充分利用起来，通过地铁的建设来促进交通事业的发展，满足人们出行的需要。通过上述，简单分析了明挖法在地铁车站结构的设计方法及注意事项，希望能够与相关设计者共同探讨与学习，促进我国地铁事业的进一步发展，为社会经济的发展作出贡献。
参考文献：
[1]《地铁设计实践与探索》刘志义等；中国铁道出版社.
[2]《地下结构工程》童小东等；东南大学出版社.
[3]《地铁与轻轨》张庆和等；人民交通出版社.