随着现代城市的不断发展，地铁已成为解决交通问题的主要方向，但目前国家颁布的相关规范并未规定结构设计所涉及到的所有细节，而构造方面也没有明确的书面规定。那么在一些特殊的宕石，复杂的地质条件下，地铁车站结构设计人员就不能很好地操作。只有对地铁站结构设计中存在的问题进行切实有效的解决，才能使我国地铁建设发展走上可持续发展的道路。

1. 现代设计原则在地铁车站建筑设计的应用

1.1识别性

地铁交通具有运行速度快、站点按时停留、到站停留时间短等特点，为了让乘客可以在较短的时间内找到候车站台，这就要求车站建筑应该具有较强的识别性，也就是对车站建筑的功能分区进行明确，并在重要的位置进行提示，减少乘客迷路的现象，帮助乘客在最短的时间内到达车站候车区域。

1.2实用性

在设计车站建筑时，实用性是最基本的原则，也是实现车站功能的基础。所谓实用性，就是指车站建筑能够满足乘客换乘需求的能力，通常情况下，它体现在车站建筑所拥有的客流承载量上。在地铁车站建筑的前期设计阶段，通常都会根据旅客流量、客流高峰时段的旅客密度等因素，来确定车站可能实现的最大客流量，并在此基础上对电梯、走廊等进行设计，以保证车站在任何时段都能方便旅客的换乘和进出站需求^【1】。

1.3安全性

地铁车站建筑在选择位置时，一般都会选择人口密集的地段，例如常见的广场、主要道路、商场等附近或其地下。因此，要确保建筑结构的安全性，通过空间布局设计来降低对附近居民的影响，确保市民的安全。

2. 明挖法地铁车站结构选型

2.1主体结构选型

在确定地铁车站主体结构形式时，应根据安全、经济和便于施工等方面的要求，对主体结构形式进行选择。当前，在国内和国外，明挖法都是采用现浇钢筋混凝土箱型框架结构。按照建筑布置及站台宽度，一般按下列条件进行设定：若站台宽度为8.0m，则车站的标准断面为无柱单跨箱型结构；当站台宽为11.0m时，其标准断面为单柱双跨箱型结构；当站台宽度为12.0m，14.0m时，车站的标准断面采用双柱三跨箱形结构^【2】。

2.2围护结构选型

当前，我国地铁车站建设施工中，采用的围护方式较多，采用明挖法进行车站围护时，需结合施工场地的实际情况、施工目的等多方面的因素进行分析。因此，选择的围护结构既要求具有较高的可操作性，又要求对环境具有较高的适应性。设置的基坑保护等级对水平位移及地面下沉量有严格的要求，以区域基坑施工经验和施工装备为依据，满足经济性、安全性、可靠性。对于较高的基坑保护等级，应选择刚度较大、防水能力较好的围护结构。

3. 结构计算

3.1围护结构计算

在明挖法地铁车站围护结构的计算中，应当考虑到：（1）在采用对钢支撑施加预应力的情况下，要考虑到支撑的种类和位置，以及温度变化对支撑的影响程度，通常应在设计轴力的20-70%之间。（2）围护桩的配筋。现有的围护桩配筋方法通常是在圆形截面周围均匀地配置钢筋，但由于围护桩的正、负弯矩的绝对值存在差异，配筋的均匀性将导致较大的浪费。为此，针对围护桩正、负弯矩差异较大时，采用《建筑基坑支护规程》中有关计算公式。

3.2主体结构计算

采用明挖法进行地铁车站主体结构设计时，需要注意的问题有^【3】：

（1）侧墙形式的分类

1）单一墙

一般情况下，围护结构作为主体结构的侧墙，不会另做参加结构受力的内衬墙，目前，国内外多以现浇地下连续墙为主，但因其耐久性难以保证，已被大量淘汰。

2）叠合墙

围护结构作为侧墙的组成部分，与内衬墙构成叠合式结构，二者可以看作是一种既能传递剪力又能传递弯矩的整体墙体。这种类型的围护结构通常也是使用地下连续墙。对于叠合式结构，对围护结构的裂缝宽度也要按主体结构的裂缝宽度进行验算。

3）复合墙

与叠合墙不同，复合墙之间只存在着法向应力，不能传递剪力与弯矩。复合墙采用地连墙+防水层+内衬墙、排桩+防水层+内衬墙等形式。

侧壁的形式对工程投资、结构受力、施工及安全性有很大的影响，应从使用要求、围护结构形式、工程地质及水文地质条件及现场实际情况等多个角度考虑，确定侧壁的形式。在进行设计时，应先确定墙体形式，再根据不同的墙体进行相应的分析。对于单一墙和叠合墙，在结构计算中，在模型中，模型中将会出现一面墙，而复合墙在模型中会出现两面墙，两墙之间只传递法向压力，不传递剪力和弯矩，可以用两端铰接的只受压杆件（sap84）或gap单元（sap2000）来模拟接触。

（2）围护结构的刚度折减

当墙体为叠合墙或复合墙体时，主体结构的侧墙通常以100年为设计使用年限，但由于围护结构的长期性能退化，《地铁设计规范》提出在与内衬墙体共受荷载时，应将围护结构刚度折减到60-70%。但是，由于工程建设的原因，为了保证工程的安全性，通常应将围护结构的整体刚度折减到50%^【4】。

（3）地基弹簧的设置

在二维建模中，通常采用等弹性阻尼的地基弹簧来模拟结构-土体的接触，其中伸入基坑底部的围护结构上的弹簧为拉压弹簧，而位于基坑上方与主体结构结构的围护结构上的弹簧为受压弹簧。

（4）计算主体结构荷载应注意的问题

1）竖向荷载

明挖车站的垂直荷载通常计算断面之上的所有土柱重量，应重视回填土的压实和挤密作用，使其重度略大于原地层围岩的重度。

2）水平荷载

设计中使用的侧向水、土压力，在施工阶段，对于粘性土地层及坑内、坑外同时进行降水的砂性地层，可以采用水土合算。而对于只在坑内进行降水、坑外做止水帷幕的砂性地层，则可以采用水土分算。在使用期间，考虑到水对结构的长期影响，建议进行水土分算。在复合墙中，由水土分算的土压力产生水平荷载是由围护结构承担的，而内水压力则是由内衬墙承担的。但对于叠合墙，则是由围护结构与内衬墙体共同承担水土压力。

3）地面超载

在施工过程中，大型机械设备、塔吊、临时堆载、地面车辆等都会对结构产生侧向作用。地面超载的大小，要依据有关规定，并结合具体情况确定，通常在20kPa以上。需要指出的是，一般盾构始发和接收井都按30Kpa；盾构井端墙按70Kpa，盾构井侧墙按30Kpa。

4）水位

地下水在不同的季节和人类活动的作用下，会产生不同的水压。在地铁主要结构中，部分区段采用最小侧压力或最小底板水压力进行设计，因此，在确定设计地下水水位时，应分别从最高水位、最低水位两个方面进行分析与计算。

5）底板有利荷载

由于在运行过程中，列车、人员、设备和平台等荷载，由于这些荷载都是有利于底板的，所以在计算时通常不会将这些荷载计算在内^【5】。

4. 案例分析

4.1工程概况

某地铁车站是一座两层三跨岛式的车站，总长度236.56m，标准段宽22.10m，有效站台长度140.0m，站台宽度13.0m。以确保车站的安全性和稳定性为第一要务，对其进行主要的研究，主体结构采用钢筋混凝土的箱型框架结构。车站周围有较多的空地，有较好的施工环境，没有交通要求。针对该工程的特性，采用明挖法进行施工，实现高效施工，降低成本的目的。

4.2车站主体初步设计

地铁车站设计体系复杂，涉及的专业较多，各专业之间存在着相互作用与制约。在地铁车站初步设计工作中，各个专业之间都要进行相互的沟通与配合，如果能够良好地进行沟通与配合，那么将会对设计方案的科学与合理程度有很大程度的提升，从而降低了后期的修改与设计，从而保障了后续施工的顺利进行，并提高了施工效率。在进行地铁车站的前期设计时，应着重解决下列几个问题。

（1）做好现场踏勘和周边环境资料的收集工作

1）弄清地下管线的种类与材料，测量直径与埋深，并弄清管线的走向，把握重力管线的坡度方向。2）对地面进行详细的道路状况调研，收集道路宽度和路段的道路数目等数据，以确定道路周围的道路是否符合道路的疏散需求。3）对基坑工程所涉及到的各类建筑进行勘察，查明其建造年代及结构形式，并测定埋深，通常勘察的基坑深度范围在1至3倍之间。4）进行现场勘察，确定与车站建设用地的距离及面积，使施工地点与车站的主体位置接近。一般确定施工现场面积为4000-5000m²。

（2）确定车站站位的可行性

1）对管线进行合理布置，包括管线埋设深度、管线平面布置等，制定长期或暂时性的管线迁改方案，确保方案的科学性。在制定管线永久或临时迁改方案时，要考虑到如下几个问题：①迁改的原则是：沿车站的纵向和横向管线分别进行处理，沿着车站的纵向的管线采用永久或临时迁改方案，而沿车站横线的管线采用悬吊保护方案。②当管线不能迁移时，应与专业施工人员进行交流与配合，在部分区域内增设管廊，或者适当地改变车站埋深及车站位置，以解决迁移困难问题；③管线迁改工程应根据不同的情况，以提升管线迁改效率，防止重复迁改。

4.3车站主体结构设计时的技术要点

（1）结构设计方面

1）在中板开洞时，要根据孔径大小，对孔道尺寸过大的部位进行合理设计，如果尺寸过大，需要建立平面计算模型，以此来验证横梁与纵梁连接部位的承载能力，例如弯矩、抗剪强度等，并在该部位进行合理的配筋。在设计扶梯孔洞等大型洞口时，要注意布孔形式的选择，要尽可能做到对称，从而避免产生过大的扭矩；如果有集中荷载，那么钢筋的截面面积应增加。2）对于覆土较浅，地下两层的受力状况比较特殊，应着重考虑到顶、中、底板三个部分的设计，按纯弯构件进行计算；余下的侧墙，则采用压弯构件进行配筋计算。

（2）主体结构计算的方法选择

地铁车站结构的计算工作量比较大，采用二维断面计算的方法虽然具有很好的便捷性，但是也有比较显著的缺点，比如在中板和顶板上开大孔时，很难对该处的应力进行精确的分析，而且二维计算并没有将面外刚度全部考虑进去，所以计算出来的板内力比较小，这就会导致梁截面的高度显著增加，这就导致了一些不必要的埋深作业，造成了比较严重的浪费。

5. 结论

在地铁车站工程中，明挖法是主流方法，为了确保该施工工法可以被有效的应用，在设计阶段，应对基坑支挡结构的稳定性情况进行充分的考虑，做好选型工作，采用三维计算的方式进行分析，编制完善的地铁车站主体结构施工方案，从而顺利完成地铁车站的建设工作。

参考文献

[1]王海龙.明挖法地铁车站结构设计要点分析[J].工程技术研究,2017(08):191-192.

[2]刘小俊,蒋雅君,马鹏远等.明挖地铁车站主体结构最不利设计水位分析[J].铁道标准设计,2016,60(09):113-118.

[3]谭玮,连长江. 明挖地铁车站基坑支护结构优化设计及对主体结构的影响分析[C]//中国建筑设计研究院,中国建筑科学研究院,中国土木工程学会,建筑结构杂志.首届全国建筑结构技术交流会论文集.《建筑结构》编辑部,2006:902-905.

[4]卢致强,徐晓鹏,刘建伟.明挖法地铁车站结构设计中几个问题的思考[J].四川建筑科学研究,2010,36(04):150-152.

[5]谭玮,连长江.明挖地铁车站基坑支护结构优化设计及对主体结构的影响分析[J].建筑结构,2006,36(S1):882-885.