・２５６・ ２０１５年２月 技术论坛 工程技术 明挖地铁车站结构计算中细节问题的探讨 夏冲 郑博 （中国市政工程中南设计研究总院有限公司 ６１ ００１ ０） 【摘要】本文针对明挖地铁车站，从围护结构计算和主体结构计算两方面，对计算中的关键点和细节问题进行了探讨和总结。 【关键词】地铁车站；明挖法；结构计算 引言 明挖法是世界各国地铁车站施工的首选方法，因其具有 施工简单、经济、快捷、安全的优点，在地铁施工中被广泛 采用。在明挖车站的结构设计中，最为重要的一个环节为结 构计算，计算模型是否正确合理，决定了结构安全性和经济性。 在目前的明挖地铁结构的计算中，设计院对计算过程做了较 大的简化，一般采取围护结构和主体结构分别计算的原则进 行设计，对于围护结构计算考虑施工过程，但回筑过程中不 考虑内衬墙的作用，一般采用理正、启明星等深基坑软件进 行计算；对于主体结构则一般不考虑施工过程，采用ｓａｐ８４、 ｓａｐ２０００等软件进行计算。下面本文就从围护结构计算和主体 结构计算两方面对计算中的一些注意事项进行探讨和总结。 １围护结构计算 明挖法地铁车站围护结构计算应注意以下几个方面的问 题： 第一，当需要通过支撑对桩墙施加预应力时，预加压力 的大小宜根据支撑类型及所在部位、温度变化对支撑的影响 程度等因素确定，一般宜控制在设计轴力的２０％～６５％。 第二，围护桩配筋问题。目前围护桩配筋时往往采用圆 形截面沿周边均匀配置钢筋的公式进行设计，事实上围护桩 的正、负弯矩的绝对值是不同的，均匀配筋可能会造成很大 的浪费。因此对于围护桩正、负弯矩相差较大的情况下，建 议采用《建筑基坑支护规程》相关公式（即沿截面受拉区和 受压区周边配置局部均匀纵向钢筋或集中纵向钢筋的圆形截 面钢筋混凝土桩的正截面承载力设计方法）进行设计。 ２主体结构计算 在明挖法地铁车站主体结构计算时应注意以下几个方面 的问题： 第一，侧墙形式的分类 根据围护结构和主体结构的关系，主体结构侧墙的形式 有单一墙、叠合墙、复合墙三种。 （１）单一墙：围护结构直接作为主体结构侧墙，不另作参 与结构受力的内衬墙，多采用现浇地下连续墙，但由于该形式 的结构耐久性很难保证，在地铁车站建设中已基本不采用。 （２）叠合墙：围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与 内衬墙组成叠合结构，两者可视为一个整体墙，可传递剪力 和弯矩。此种形式的围护结构也多采用地下连续墙。当为叠 合式结构时，围护结构应进行裂缝宽度验算，其控制标准与 主体结构裂缝宽度验算一致。 （３）复合墙：围护结构作为主体结构侧墙的一部分，与 内衬墙组成复合结构，与叠合墙的区别是墙面之间不能传递 剪力和弯矩，只能传递法向压力。其形式有地下连续墙＋防 水层＋内衬墙、排桩＋防水层＋内衬墙等等。 侧墙形式对工程投资、结构受力、施工及安全性等有较 大影响，应结合使用要求、围护结构的形式、工程地质和水 文地质条件及现场条件综合比选确定。结构计算中首先应确 定结构侧墙属于哪种形式，针对不同的形式建立不同的模型。 出于安全考虑，一般将围护结构的按刚度折减到５０％考虑。 第三，地基弹簧的设置 在二维模型的建立中，结构与土体的接触一般是通过等 弹抗的地基弹簧模拟，值得注意的是，伸入基坑底以下的围 护结构上的弹簧为拉压弹簧，基坑底以上与主体结构接触部 分的围护结构上的弹簧为仅受压弹簧。 第四，计算主体结构荷载应注意的问题 （１）竖向荷载：明挖车站的竖向荷载一般按计算截面以 上全部土柱重量考虑，值得注意的是回填土的压实、挤密作用， 其重度要比原来地层的围岩重度稍大一些。 （２）水平荷载：设计采用的侧向水、土压力，在施工阶 段对于粘性土地层及坑内外同时进行降水的砂性地层可采用 水土合算，对于仅在坑内进行降水、坑外做止水帷幕的砂性 地层可采用水土分算；在使用阶段，考虑水对结构的长期效应， 宜采用水土分算。对于复合墙，围护结构承受的水平荷载为 水土分算的土压力，内衬墙承受全部的内水压力。而叠合墙 或单一墙的结构形式时，围护和内衬墙共同承担土压力和水 压力。 （３）地面超载：由于大型机械设备、吊塔、临时堆载、 地面车辆等会对地下结构产生侧向作用。对于地面超载的取 值，应根据相关规范视实际情况而定，一般不小于２０ＫＰａ。 值得注意的是，对于盾构始发井地段施工期间的地面超载应 适当加大，一般可按３０ＫＰａ考虑。 （４）水位：地下水的水位受季节变化及人为活动的影响 会发生变动，水位的高低直接影响水压力的大小。由于地铁 主体结构中的某些截面是按侧压力或底板水压力最小的情况 控制设计的，所以在确定设计地下水位时，应分别考虑最高 水位和最低水位两种情况进行分析计算。 （５）底板有利荷载：列车、人群、设备及站台板等运营 期间的荷载，考虑到是对底板有利的荷载，故计算中一般不 予考虑。 第五，刚域的设置与弯矩调幅 由于计算模型的建立一般取结构的中心线或者中心面， 构件支座处由于应力集中，内力一般较大，而支座处柱子和 支撑墙范围内可以视为无限高的梁，故一般可将支座处的内 力消峰至柱边或墙边。在采用ｓａｐ８４软件计算时，可以采用在 支座处加刚域的方法来削峰，刚域的长度可取墙厚或柱宽的 一半。 当地铁车站的构件两端实际约束比平面计算模型中的弱 时，跨中的弯矩要适当调幅增加，调幅幅度一般不大于２０％。 考虑到地铁车站对迎水面的裂缝控制要求，不建议进行调幅 削弱支座处弯矩。 ３结语 本文针对地铁车站计算入手，从围护结构计算和主体结 构计算两方面总结了计算中值得注意的一些细节问题，希望 能与广大地铁设计者共同学习、研究，文中有欠妥之处，敬 请指正。 对于单一墙和叠合墙，结构计算中模型中表现为一面墙，而 复合墙在模型中表现为两面墙，两墙之间只传递法向压力， 参考文献 不传递剪力和弯矩，可以通过两端铰接的只受压杆件（ｓａｐ８４） ［１】卢晓鹏，徐强，张建民．明挖法地铁车站结构设计中几点 或ｇａ口单元（ｓａｐ２０００）模拟接触。 设问［Ｊ】．四川建筑科学研究，２０１０（Ｏ８） 第二，围护结构的刚度折减 ［２】惠良玉，方伟．地铁明挖车站主体结构计算中的几个关键 采用叠合墙或复合墙形式时，主体结构侧墙一般是按设 点［Ｊ］．中国城市轨道交通，２００４ 计使用年限为１００年的要求进行耐久性设计的，而围护结构耐 【３］王帅其．地铁车站结构设计中存在的问题［Ｊ］．现代城市轨 久性很难达到１００年的要求，考虑到远期围护结构的材料劣 道交通，２０１３（０２） 化的影响，《地铁设计规范》中建议将围护结构的刚度折减到 【４］ＧＢ５０１５７－２０１３，地铁设计规范［Ｓ］．中国建筑工业出版社， ２０１３ ６０％－７０％后与内衬墙共同承载。但考虑到施工质量的影响，
