讨论地铁结构设计中存在的问题

岑志刚 徐树斌

摘要：近些年来，地铁已经成为交通的重要的一部分，逐步成为城市客运交通的主力，同时地铁的建设也会给城市带来的经济效益与社会效益，修建具有超强运力的地铁已成为大城市的首要手段，本文对地铁结构设计中存在的问题进行了阐述。

关键词：地铁结构、设计、问题

引言 ：当前，我国的城市在持续发展的过程中，地铁的交通建设正处于繁荣时期，我国建设完成轻轨以及地铁形式的城市已经达到十多个，地铁在运行的过程中所带来的经济效益以及交通改善的效果是有目共睹的。但是地铁工程会由于各个方面的因素，导致地铁的结构设计等方面存在着一些问题，我们要针对这些方面进行全面的完善。

1.地铁结构设计的现状

现在还有10多座城市正在扩建、兴建或计划修建地铁。纵观世界城市交通动向，地铁发展前景令人瞩目。地铁现代化的发展，已成为城市交通现代化的重要标志之一。但是对于目前以地铁结构为主的地铁工程，在结构设计中由于岩土性质的复杂性、施工技术的多变性、设计理论的局限性、相关规范的不完善性，使地铁结构尚存在一些问题，需要我们不断的探索，寻求解决问题的答案。

2.地铁结构设计存在的问题

2.1交通疏解问题

随着我国经济的快速发展，城市规模不断扩大，人们的生活水平也在不断的提高，这些原因直接促使私家车的迅速增加。一般情况下，地铁的修建都会选择在繁华的城市中心位置，尤其是人流比较密集的区域。所以，在施工的过程中最好选择施工效益较高的明挖法来进行施工，而这种施工形式本身会占用大量的场地，会直接导致交通秩序受到影响，就必须在场地周围设置相应的围挡，来达到交通疏解的目的。

地铁的建设过程中，我们要保证道路的畅通，尤其是在区域网络进行分流的时候，避免施工现场的不合理性影响到周围的居民外出，或者交通受到阻碍。同时，在交通疏解的时候，充分利用可利用的空间，一定要设计出一条人行道，以方便附近单位的人群或者居民通行。

2.2注意车站盾构井段设计问题

在车站盾构井段设计中， 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断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，是否影响盾构机过站施工，尤其是防淹门、人防门的横梁，一般较高，设计时应该注意。

2.3地铁计算模式问题

地铁车站的结构形式，由于使用功能的要求，大多数车站设计成沿横向二至四跨、纵向为多跨的长条结构，结构总宽度为2l0-30米，总长度为170-220米，沿高度大多分为二到三层，结构内部只设纵梁不设横梁（或局部设有高度受到严格限制的横梁），其结构形式可定义为箱形框架结构。为不影响城市地下管网的设置，车站的上部往往有较厚的覆土（一般大于3米），这样结构的基坑深度一般可达15-20米，为抵抗水土压力、车辆荷载以及特殊荷载，结构的顶板、底板、边墙厚度往往较大（一般为0.6-1.0米），顶梁、底梁的截面高度也很大（一般为1.6-2.2米），中间楼板由于要承受较大的设备荷载、人群荷载及装修荷载，其厚度也比一般的楼板厚许多（一般为0.3-0.5米）。这样设计之后就形成了一座有巨大刚度的地下长条结构。

2.4变形缝设置的问题

地铁车站设计的结构很长，其下部地基可能不均匀，或者车站纵向结构形式的变化，还有上部荷载的不断变化等问题都可能造成地基的不均匀沉降，另外，大体积混凝土结构的浇注以及混凝土自身因温度的收缩膨胀等问题可能会引起结构的纵向变化，如果纵向不设置变形缝，结构可能沿环向开裂，重则导致结构漏水，轻则结构表面会出现大量裂纹。变形缝的设置，缝的两侧就会有能产生影响行车安全的差异沉降，尤其对设置于软弱地基的结构，缝的设置更应该慎重考虑。目前，南方地区的地铁车站的结构要求不设缝的，但是最后的结果是结构完成后许多地铁会发生环向裂缝，形成漏水现象。所以，单纯的加大纵向配筋还是不能安全解决这个问题，因为普通钢筋要发挥作用是在混凝土受力变形之后，因此，变形缝的设置问题将是一个直接影响工程质量或工程安全的问题，是一个需要进一步研究和探索的问题。

2.5耐久性问题

地铁工程是不可逆的工程，一次性投资巨大，且常常穿越城市中心区域，其耐久性要求相对于其他土建工程更高（设计使用年限为100年）。但近年来，已建地铁在运营过程中出现过不少问题：如上海大浦路隧道因渗漏严重而曾封闭大修，北京地铁投入运营几年后就出现隧道内部水管的腐蚀穿孔，香港因地铁杂散电流引起煤气管道的腐蚀穿孔而造成煤气泄露的事故。这些地铁工程的案例说明在环境的长期作用下，地铁结构的耐久性存在问题，而对地铁维护、修理、改建以及提高其耐久性往往代价巨大，既浪费了大量的资金，又影响地铁的正常运行，缩短了维护周期和使用寿命，严重时还会威胁地铁行车的安全。因此，地铁结构的耐久性问题是一个值得重视的问题。

2.6地铁抗震问题

在设计地下结构时必须认真考虑地震的作用，地铁站作为重要的大截面建筑，最容易遭受破坏，因此需要对于地铁站钢筋混凝土结构，特别是中柱及顶板在水平荷载和垂直荷载共同作用下破坏机理的进行深入研究，确定截面应力、刚度与延性间的相互影响，为设计与施工提供指导。地下结构抗震设计静力法必须考虑波动现象，只有这样才不会产生很大的误差，但当处理软地基中的大截面大长度结构时，对于若干个配置接近的地下结构，以及距地面很近的地下结构，必须考虑波动效应.现有的波动力学方法大多取线弹性或粘弹性模型，而强震时地基及结构都表现出强的非线性，因此考虑地基及结构的非线性性质时波动力学是一个急待研究的课题.对于地震波长远大于地下结构的横截面尺寸的课题，需发展非线性拟静法.

对于不能化为平面课题的情况：地震波沿着结构轴线传播时的情况、在横截面变化时的情况、大断面地下结构（如地铁车站、地下停车场等结构）、隧道口的应力问题，用波动力学法确定地下结构的地震应力还没有得到很好的研究。对于这种课题应该发展解析法、实验和数值分析法，地铁结构的抗震问题是一个迫切课题，它的研究进展对于我国地铁地下结构的安全有着重大意义。

总结：

我国为了满足日益增长的交通需要量，为了缓解路面交通压力，解决高峰时交通堵塞現象，开辟地铁交通是很好的解决途径。地铁车站是地铁系统中一个很重要的组成部分，它与乘客的关系极为密切，同时它又集中设置了地铁运营中很大一部分技术设备和运营管理系统。因此，它对保证地铁安全运行起着很关键的作用。车站位置的选择、环境条件的好坏、设计的合理与否等，都会直接影响地铁的社会效益、环境效益和经济效益，影响到城市规划和城市景观。如何对地铁结构设计做到经济上的合理和结构上的安全是非常重要的。

参考文献：

[1] GB50157-2013，地铁设计规范[S].

[2] 施仲衡，张弥等.地下铁道设计与施工.陕西：陕西科学出版社，1997

[3] 陈聪，杨林德，张杰，地铁结构的耐久性研究[J]；地下空间与工程学报；2008年05期