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【摘 要】 随着地铁建设的飞速发展，应用明作法设计和建造的地铁车站越来越多。地铁结构具有其自身的结构特点，比如墙板结构尺寸一般较厚、顶板覆土厚、结构设计受线路、通风等多个专业影响。因此地铁结构设计中，设计人员常会碰到很多难以确定的设计因素，如侧向水土压力的计算、底板水浮力的确定、主体结构的侧墙形式选择等。笔者就一些典型问题展开分析和探讨。
【关键词】 侧向水土压力；底板水浮力；主体结构的侧墙形式；支撑纵向布置
地铁结构设计中，由于目前相关规范还不够详尽，因此在实际设计工作中，有关设计标准与原则难以达到统一，这给设计人员带来很多困扰。本文针对侧向水土压力、底板水浮力、主体结构的侧墙形式及支撑纵向布置等多个方面中的争议点和细节进行了分析与探讨。
1、侧向水土压力
对中板配筋设计的影响。各层板在侧向水土压力和竖向荷载的共同作用下，实际上处于偏压受力的状态。但由于侧向水土压力计算理论上的缺陷及水压力的多变性，目前各层板的配筋大多按纯弯构件计算，按偏压进行验算，所得结果是偏于安全的。近十年来，笔者作为项目负责人参与的沈阳、大连、天津等城市地铁设计的总体技术要求均有此规定。一般情况按上述方法设计时，偏压验算都能满足，因此设计人员往往不进行偏压验算。但在板的轴向压力很大时，比如三层以上的地铁车站中板，其所受轴压力很大，属于小偏压构件，若仍按纯弯构件进行配筋计算，受力上偏于不安全。这种情况应按偏压构件设计，按纯弯构件验算，以保证结构安全。
对车站侧墙设计的影响。水位的变化对侧墙剪力的大小影响很大。当水位取至抗浮设计水位时，由于底板所受水浮力很大，向上凸起，侧墙向外侧鼓出，导致侧墙外侧土体产生被动土压力，侧墙剪力最大。以一般两层站（位于土层，侧墙厚度取600mm，16m左右深度，3m覆土）为例，侧墙在与底板的节点处的剪力往往可以达到1600kN左右，为不配箍墙构件抗剪承载力的2.9倍。由此可见，侧向水土压力的取值对侧墙的剪力设计值影响很大。
2、底板水浮力
现有的国家地铁设计规范及我国多条线路的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了应考虑不同地下水位工况进行计算的要求。
抗浮设防水位的确定目前是一个比较有争议的话题，确定抗浮设防水位的标准和方法很难统一。一般地铁工程及民用建筑抗浮设防水位取地面标高或地面以下0.5m，如果低于地面以下0.5m，则需进一步讨论确定。在一些重大工程或岩土、水文赋存环境较为特别的工程中，抗浮设防水位的确定中还应召开专门的专家会议来确定，以综合各方面的意见。
抗浮稳定验算的要求各个规范都均有提到。目前各大规范对此条验算的标准各不相同，计算公式相差很大，同时考虑到关于水浮力按活载考虑还是恒载考虑，也没有一个较为统一且令人满意的说法。2006年修编的GB50009-2001《建筑结构荷载规范》对于抗浮稳定验算方法和安全系数进行了修改：“对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应按有关的结构设计规范的规定采用”；JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》和GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》对抗浮验算也有相关规定。民用建筑设计时，此项验算各个地方或不同设计院也有不同的做法。从实用角度看，针对地铁车站设计实践中，各条线路或设计院采用的方法较为统一：在不考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数≥1.05；考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数≥1.15。
此外，关于内里计算方面，GB50157-2003《地铁设计规范》在条文说明中对于确定地下水位作出如下要求：“符合结构受力的最不利荷载组合原则”和“确定地下水位时，应分别考虑最高水位和最低水位两种情况”。
3、主体结构的侧墙形式
GB50157-2003《地铁设计规范》在条文说明中提到把地下连续墙（灌注桩）等基坑支护作为主体结构的一部分加以利用，既可以节约工程投资，又减少了资源消耗，且符合可持续发展的要求，我国大多数明挖法地铁车站结构都是按照这一原则设计的。此时，主体结构的侧墙可有单一墙、叠合墙和复合墙三种形式。
单一墙是指围护结构直接作为主体结构的侧墙，不另作参与结构受力的内衬墙，一般较多采用地下连续墙结构形式。叠合墙是指围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组合成为叠合式结构，通过结构和施工措施，以保证叠合面剪力传递，叠合后可把二者视为整体墙。复合墙是指围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组成复合式结构，墙面之间不能传递剪力和弯矩，只传递法向压力。一般在墙和内衬墙之间敷设隔离层或封闭的防水层。在长期使用阶段需要考虑止水帷幕失效和地下水绕流等因素，水压力作用在内衬墙上。
近几年，笔者参加设计的车站及有关设计单位完成的地铁车站中，复合墙结构形式的地下车站占绝大多数。在复合墙结构中，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。此外在必要时，还在围护结构与车站顶板相交处设置抗浮压顶梁，参与车站结构抗浮。但在实际设计及施工过程中，复合结构的围护结构往往被认为是临时结构，其质量问题就容易被忽视。比如在设计时，很少看到有设计单位对围护结构提出耐久性要求；在施工时，施工单位不注意围护结构施工质量，遇到围护结构侵限问题时，往往只限于对围护结构侵限部位的混凝土进行凿除，对于暴露在外的围护结构钢筋未能做到实质性的保护。这些对地铁工程结构而言会留下安全隐患。
在复合墙结构地铁车站设计时，应将围护结构作为永久结构设计，并予以考虑相关耐久性的设计要求，因为规范中所说的地下墙材料性能和刚度下降在目前的设计中来看对于内衬墙的受力影响不大。施工时，若发生一定范围的侵限，即使采用复合墙也不应对围护结构凿除太多，以免基坑安全性得不到保障，应在部分凿除连续墙的基础上对内衬墙配筋进行加强。如果能征得限界及供电、轨道专业同意，还可利用部分内净空来增加墙厚或增设墙的腋角。总之，侵限后，必须加强内衬墙，而对于围护结构也应保护，而非一凿了之。
4、支撑纵向布置
围护结构设计多为施工设计总承包中的一环，因此，围护结构设计单位尽量减少围护墙的配筋，往往未仔细考虑对主体结构施工产生的影响。最易出现的设计疏忽是钢支撑距离车站中板距离过近，如图l所示。
图中，h1为中板结构顶面到侧墙水平施工缝净距，h2表示侧墙水平施工缝到钢围檩的净距，H表示中板结构顶面到钢围檩的净距，即H=hl+h2+h3。某设计单位为节省工程造价在地铁站围护结构设计中钢支撑压过低，H值在200mm左右；主体结构施工时，施工单位未提前考虑此问题，侧墙钢筋只能在围檩下截断，拆完中板上支撑后才发现此处钢筋连接非常困难。
10J301《地下建筑防水构造》标准图集中要求，h1≥300mm；h2为一个钢筋连接区段的长度，当采用焊接或机械连接（Ⅱ级接头）时，取35d；h3为考虑钢筋连接施工时需预留的露出施工缝界面的钢筋接头长度，至少100mm。所以，H≥35d+300+100mm，当d为28mm时，H≥1400mm；当机械连接采用I级接头时，由于钢筋接头可不必分批截断，同时考虑到施工误差和结构安全，钢筋接头也宜错开一定长度，H≥500mm。此外，围护结构设计单位应在图纸和交底时明确指出，侧墙钢筋采用I级接头机械连接，并补充相关施工要求。
参考文献
[1] 高志宏：《浅谈明挖法地铁车站的设计分析方法》[J]甘肃科技，2010（09）
[2] 侯志友：《明挖地铁车站结构设计》[J]山西建筑，2012（10）
【关键词】 侧向水土压力；底板水浮力；主体结构的侧墙形式；支撑纵向布置
地铁结构设计中，由于目前相关规范还不够详尽，因此在实际设计工作中，有关设计标准与原则难以达到统一，这给设计人员带来很多困扰。本文针对侧向水土压力、底板水浮力、主体结构的侧墙形式及支撑纵向布置等多个方面中的争议点和细节进行了分析与探讨。
1、侧向水土压力
对中板配筋设计的影响。各层板在侧向水土压力和竖向荷载的共同作用下，实际上处于偏压受力的状态。但由于侧向水土压力计算理论上的缺陷及水压力的多变性，目前各层板的配筋大多按纯弯构件计算，按偏压进行验算，所得结果是偏于安全的。近十年来，笔者作为项目负责人参与的沈阳、大连、天津等城市地铁设计的总体技术要求均有此规定。一般情况按上述方法设计时，偏压验算都能满足，因此设计人员往往不进行偏压验算。但在板的轴向压力很大时，比如三层以上的地铁车站中板，其所受轴压力很大，属于小偏压构件，若仍按纯弯构件进行配筋计算，受力上偏于不安全。这种情况应按偏压构件设计，按纯弯构件验算，以保证结构安全。
对车站侧墙设计的影响。水位的变化对侧墙剪力的大小影响很大。当水位取至抗浮设计水位时，由于底板所受水浮力很大，向上凸起，侧墙向外侧鼓出，导致侧墙外侧土体产生被动土压力，侧墙剪力最大。以一般两层站（位于土层，侧墙厚度取600mm，16m左右深度，3m覆土）为例，侧墙在与底板的节点处的剪力往往可以达到1600kN左右，为不配箍墙构件抗剪承载力的2.9倍。由此可见，侧向水土压力的取值对侧墙的剪力设计值影响很大。
2、底板水浮力
现有的国家地铁设计规范及我国多条线路的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了应考虑不同地下水位工况进行计算的要求。
抗浮设防水位的确定目前是一个比较有争议的话题，确定抗浮设防水位的标准和方法很难统一。一般地铁工程及民用建筑抗浮设防水位取地面标高或地面以下0.5m，如果低于地面以下0.5m，则需进一步讨论确定。在一些重大工程或岩土、水文赋存环境较为特别的工程中，抗浮设防水位的确定中还应召开专门的专家会议来确定，以综合各方面的意见。
抗浮稳定验算的要求各个规范都均有提到。目前各大规范对此条验算的标准各不相同，计算公式相差很大，同时考虑到关于水浮力按活载考虑还是恒载考虑，也没有一个较为统一且令人满意的说法。2006年修编的GB50009-2001《建筑结构荷载规范》对于抗浮稳定验算方法和安全系数进行了修改：“对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应按有关的结构设计规范的规定采用”；JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》和GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》对抗浮验算也有相关规定。民用建筑设计时，此项验算各个地方或不同设计院也有不同的做法。从实用角度看，针对地铁车站设计实践中，各条线路或设计院采用的方法较为统一：在不考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数≥1.05；考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数≥1.15。
此外，关于内里计算方面，GB50157-2003《地铁设计规范》在条文说明中对于确定地下水位作出如下要求：“符合结构受力的最不利荷载组合原则”和“确定地下水位时，应分别考虑最高水位和最低水位两种情况”。
3、主体结构的侧墙形式
GB50157-2003《地铁设计规范》在条文说明中提到把地下连续墙（灌注桩）等基坑支护作为主体结构的一部分加以利用，既可以节约工程投资，又减少了资源消耗，且符合可持续发展的要求，我国大多数明挖法地铁车站结构都是按照这一原则设计的。此时，主体结构的侧墙可有单一墙、叠合墙和复合墙三种形式。
单一墙是指围护结构直接作为主体结构的侧墙，不另作参与结构受力的内衬墙，一般较多采用地下连续墙结构形式。叠合墙是指围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组合成为叠合式结构，通过结构和施工措施，以保证叠合面剪力传递，叠合后可把二者视为整体墙。复合墙是指围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与内衬墙组成复合式结构，墙面之间不能传递剪力和弯矩，只传递法向压力。一般在墙和内衬墙之间敷设隔离层或封闭的防水层。在长期使用阶段需要考虑止水帷幕失效和地下水绕流等因素，水压力作用在内衬墙上。
近几年，笔者参加设计的车站及有关设计单位完成的地铁车站中，复合墙结构形式的地下车站占绝大多数。在复合墙结构中，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。此外在必要时，还在围护结构与车站顶板相交处设置抗浮压顶梁，参与车站结构抗浮。但在实际设计及施工过程中，复合结构的围护结构往往被认为是临时结构，其质量问题就容易被忽视。比如在设计时，很少看到有设计单位对围护结构提出耐久性要求；在施工时，施工单位不注意围护结构施工质量，遇到围护结构侵限问题时，往往只限于对围护结构侵限部位的混凝土进行凿除，对于暴露在外的围护结构钢筋未能做到实质性的保护。这些对地铁工程结构而言会留下安全隐患。
在复合墙结构地铁车站设计时，应将围护结构作为永久结构设计，并予以考虑相关耐久性的设计要求，因为规范中所说的地下墙材料性能和刚度下降在目前的设计中来看对于内衬墙的受力影响不大。施工时，若发生一定范围的侵限，即使采用复合墙也不应对围护结构凿除太多，以免基坑安全性得不到保障，应在部分凿除连续墙的基础上对内衬墙配筋进行加强。如果能征得限界及供电、轨道专业同意，还可利用部分内净空来增加墙厚或增设墙的腋角。总之，侵限后，必须加强内衬墙，而对于围护结构也应保护，而非一凿了之。
4、支撑纵向布置
围护结构设计多为施工设计总承包中的一环，因此，围护结构设计单位尽量减少围护墙的配筋，往往未仔细考虑对主体结构施工产生的影响。最易出现的设计疏忽是钢支撑距离车站中板距离过近，如图l所示。
图中，h1为中板结构顶面到侧墙水平施工缝净距，h2表示侧墙水平施工缝到钢围檩的净距，H表示中板结构顶面到钢围檩的净距，即H=hl+h2+h3。某设计单位为节省工程造价在地铁站围护结构设计中钢支撑压过低，H值在200mm左右；主体结构施工时，施工单位未提前考虑此问题，侧墙钢筋只能在围檩下截断，拆完中板上支撑后才发现此处钢筋连接非常困难。
10J301《地下建筑防水构造》标准图集中要求，h1≥300mm；h2为一个钢筋连接区段的长度，当采用焊接或机械连接（Ⅱ级接头）时，取35d；h3为考虑钢筋连接施工时需预留的露出施工缝界面的钢筋接头长度，至少100mm。所以，H≥35d+300+100mm，当d为28mm时，H≥1400mm；当机械连接采用I级接头时，由于钢筋接头可不必分批截断，同时考虑到施工误差和结构安全，钢筋接头也宜错开一定长度，H≥500mm。此外，围护结构设计单位应在图纸和交底时明确指出，侧墙钢筋采用I级接头机械连接，并补充相关施工要求。
参考文献
[1] 高志宏：《浅谈明挖法地铁车站的设计分析方法》[J]甘肃科技，2010（09）
[2] 侯志友：《明挖地铁车站结构设计》[J]山西建筑，2012（10）