地铁车站结构设计细节优化研究

地铁车站结构设计细节优化研究

侯靖宇

天津晟源工程勘察设计有限公司 天津 300000

摘要：随着我国城市化进程的加速，城市交通拥堵已成为各个城市面临的重要问题之一，而地铁建设是缓解地面交通压力的有效措施，并且具有安全舒适、快速准点、规模大等特点，能有效解决城市内用地紧张、环境污染、交通流量大等一系列问题。地铁车站是地铁建设中的必要环节，是人们出行必经的场所之一，因此，为了保证地铁车站的质量，必须明确地铁车站的需求与特点，进行针对性的设计，从而提高地铁车站的实用性，充分发挥地铁车站的社会效益与经济效益。

关键词：地铁车站；结构设计；细节优化；策略

1地铁车站的设计原则

车站建筑是中国城市轨道交通网络和铁路网中非常重要的建筑。也是旅客上下、换乘、步行等候的重要场所。为乘客安全、快捷地进出地铁站提供舒适、干净的乘车环境。车站应配备主要的信息技术设备和交通运营商的管理信息系统，以有效保证我国城市轨道交通网络的安全平稳运行。地铁一号线站由室外站台管理、站厅管理、设备管理、出入口四层组成。根据地铁站的分布，地铁站大致可分为岛式曲线站、侧式曲线站和混合曲线站。地铁一号线车站旅客辅助运输设备主要包括直升机自动扶梯、卷帘门、洪门防范、旅客登机引导、照明、票务及检票管理系统、车站辅助设备安全自动控制系统等。所有地铁车站的基本设计原则应从地铁线路、车站主体建筑、车站主体结构、电力系统照明控制系统、车站室外通风及室内空调系统、给排水及车站消防系统、车站区间等设计角度考虑。

2工程概况

某地铁车站全长为273m，地下2层采用狭长箱型结构，标准段外包宽度为20m。车站采用浅埋暗挖法施工，施工区域内部设置盾构井，主体结构中标准段顶板、底板、中板厚度分别为800mm、900mm、400mm，均采用C35混凝土；端头井顶板、底板、中板以及侧墙的厚度分别为800mm、1000mm、400mm、600mm，均采用C35混凝土；地下连续墙厚度为800mm，采用C35混凝土；单柱尺寸为700mm×1200mm、双柱尺寸为600mm×1100mm，均采用C40混凝土。工程地质区域属于第四纪冲洪积平原区，区域内土层主要由人工填土层、第四纪沉积粉质土、黏性土、砂土以及碎石土组成，地下水位在地面以下20m。

3地铁车站结构设计细节优化措施

3.1地基基础设计

在地铁车站地基等基础方面进行设计时，首先要关注设计的安全性。设计施工图前，相关设计人员应当查看工程区域的地质勘测报告，根据报告的内容对土层、地质、地下水等多方面进行综合分析，并完善上部结构与基础类型的相关设计，不能仅将耐力容许值作为唯一的安全标准。若发现工程区域的地基较为软弱，可以采用换土垫层的方式适当提高地基的承受能力，如砂垫层等。同时，还需要对垫层的宽度、厚度进行计算，从而避免工程中可能遭受的经济损失，彻底消除安全隐患。

3.2结构静力学分析

将以上的参数及某地铁车站实际数据输入有限元仿真软件中，为模型配置基本参数值后实施结构变形以及结构内力仿真分析。据仿真分析结果可知，某地铁车站单柱双跨段结构最大弯矩为948.5126kN·m，位于单柱双跨段底板箱型结构角点区域；最大剪力698.6421kN，位于单柱双跨段底板箱型结构角点区域。双柱3跨结构仿真分析过程与单柱双跨段结构仿真分析过程基本一致。通过仿真分析可知，双柱3跨段结构的最大弯矩为591.246kN·m，位于双柱3跨段底板箱型结构角点区域和侧向底板区域；最大剪力为445.6216kN，位于双柱3跨段底板箱型结构角点区域。

3.3主体结构设计

选择合适的数据计算和处理模式。第一，目前的电子计算常用的变形模式主要有协同变形法，协同变形法和重合变形结构，各有优缺点，每种合适的变形结构因其特点、受力和协同变形法的特点而不同，需要根据不同的实际情况进行选择。另外，鉴于直线段测量计算的技术局限性，可以考虑采用三维直线模型方法进行线性补充测量分析。第二，综合分析考虑了许多方面的一些主要经济因素。在建筑主体结构的规划、设计和施工过程中，需要根据具体的结构类型，考虑最不利的结构组合、整个施工过程和主要荷载的变化，选择最佳的结构组合。比如在主要构件的变形荷载计算中，永久可变荷载一般为1.00,可变永久荷载一般为1.0。第三，做好建模精度的计算。在建筑计算中，这种情况下通常有两种水位，即规则水位、抗震水位和浮动正常水位；根据大量科学计算数据，人防抗震荷载不能起到控制振动的作用，但当建筑物屋顶覆盖的土层厚度大于或小于3m时，为了安全和保险，需要仔细核实建筑物人工防治的工况；建筑主体结构需要进行人防抗震性能设计。

3.4地震工况分析

在静力学仿真分析的基础上引入地震作用，获取地震工况下某地铁车站结构的性能数据。通过仿真分析结果可知，某地铁车站单柱双跨段结构的最大弯矩为958.6613kN·m，位于单柱双跨段底板箱型结构角点区域和侧向底板区域；最大剪力为731.7155kN，位于单柱双跨段侧墙底板区域。双柱3跨段结构的最大弯矩为978.5651kN·m，位于双柱3跨段底板箱型结构角点区域和侧向底板区域；最大剪力为745.217kN，位于双柱3跨段侧墙底板区域。

3.5围护结构设计

进行围护结构设计时，首先应当对地铁工程的地质条件进行深入分析，制订经济、安全、合理的围护结构设计方案。为了方便地铁工程的后续施工，应当尽量减少车站两侧围护结构的桩尺寸（如桩深度、桩基直径、地下连续墙的宽度与厚度等）的变化频率。对集水井的围护结构尺寸、配筋进行计算时，一般情况下需要在标准段的基础上略微加强。当围护结构参与抗浮时，需要进行抗裂验算。若地下车站存在临时铺盖系统，围护桩会承受横向及竖向荷载，侧摩擦力相对较小，此时需要对桩间距、长度、沉降等进行计算核实。选择围护结构的嵌固深度时，需要采用圆弧滑动法对其稳定性进行评估，但在实际设计过程中，若采用的是多支撑体系，圆弧滑动法计算的深度会偏大，因此，设计人员需要根据地铁车站工程所在地的土质情况对嵌固深度进行调整。同层支撑中，设计时应满足计算需求与施工需求，并注意同层支撑的间距不得小于3m。

3.6站台层设计

平台前向宽度设计根据各站前向宽度设计要求确定，各站根据飞行流量控制运行周期的高峰发车时间进行定期安全检查。网络层的基本设备和服务在平台外壳中管理。必要时，两端应保证平台的固定长度，但平台不应超过一节车厢的长度，也不应超过侵占侧面的平台和车厢宽度不小于2.5m的平台。

结论

综上所述，在社会经济人口总量快速增长、交通压力日益增大的实际情况下，地铁一号线车站的建设仍具有重要的现实意义。但是，根据目前实际情况的分析，已经基本发布的建筑相关技术规范并没有完全涵盖建筑结构设计中应用的每一个重要细节，因此可能仍然存在一些不足。因此，在我国普通地铁车站的主体结构设计中，需要及时结合实际设计情况，做好初步设计审查阶段和施工准备阶段的车站结构设计，以保证我国地铁的安全顺利运行，为我国现代地铁交通建设的发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]王洋.地铁车站结构设计方法简述[J].门窗，2017,(03):134.

[2]方文.地铁车站结构设计方法探讨[J].江西建材，2016,(01):25.

[3]李新星，陈鸿，陈正杰.地铁车站结构抗震设计方法的适用性研究[J].土木工程学报，2014,47(S2):322-327.