复合与叠合式地下车站结构设计要点

复合与叠合式地下车站结构设计要点

廖杰锋

中铁合肥建筑市政工程设计研究院有限公司安徽合肥230011

摘要：最近几年，地铁在越来越多城市得到了普及，能够为人们日常出行提供便利，减少地表交通拥堵问题。地铁施工存在很大的特殊性，不仅开挖深度大、涉及面广，而且面临复杂的地质条件，对于施工工艺有着相当严格的要求。本文对地下车站复合结构和叠合结构的设计要点进行了对比分析，并结合工程实例进行了深入研究和讨论。

关键词：复合结构；叠合结构；地下车站；结构设计

1前言

在现代城市中，地铁逐渐得到普及，成为了与地面交通并存的重要的交通形态，而且其本身所具备的大运量、高速度、安全性和及时性的特征，也使得地铁受到了越来越多的关注。地铁车站一般都位于地下，采用明挖施工的方式，比较常见的车站结构体系包括了复合式和叠合式两种，其在结构受力体系中发挥着不同的作用，设计方法和施工工业也存在一定差异，需要设计施工人员结合地下车站的实际情况，选择恰当的结构体系，在保证工程施工质量和施工效率的前提下，提升经济效益。

2复合与叠合式地下车站结构设计要点对比

复合结构指维护结构与主体内衬之间设置有相应的防水隔离层，能够与结构底板和顶板防水层共同构成密封形式，叠合结构则是在维护结构和内衬主体结构之间，利用钢筋接驳器进行连接，经叠合后将两者看做一个整体。两种结构在设计方面存在着很大的差异性，需要得到设计人员的高度重视[1]。

2.1荷载影响

在复合结构体系中，内衬墙会承受来自两侧的水压以及围护结构传递的部分侧向土压力，不过土压力对内力的影响一般在5%以下，因此基本可以忽略；叠合结构体系将围护结构和主题侧墙看做一个整体，共同承受水压和土压，而由于不同土层有着不同的侧芽力系数，采用的是不同的侧压力计算方法，无法将之忽略，需要通过分层计算的方式，才能保证计算得到的框架内力的准确性。

2.2围护结构计算

在复合式结构中，围护结构是基坑支护的主体，属于临时性设施，在设置配筋时只需要单纯考虑基坑支付需求即可。由于临时性围护结构不存在与内衬主体的相互连接，其只要可以满足基坑开挖过程中的最大变形，而不必考虑主体施工及竣工后的二次变形，甚至不需要考虑裂缝计算问题。在叠合式结构中，基坑施工要求围护结构必须能够充分满足支护受力需求，当其与内衬墙共同构成主体结构侧墙时，结构配筋还必须满足主体框架的受力需求。在整个施工环节，需要考虑两次围护结构变形问题，而且两次变形属于线性叠加，第一次变形发生在基坑开挖阶段，第二次变形则发生在围护结构与作为主体结构侧墙时，两侧变形累积数值即为围护结构最终变形量。考虑到叠合式结构中维护属于主体框架侧墙的一部分，在进行配筋设置时还需要做好必要的裂缝计算工作[2]。

2.3设计处理方法

复合式结构中的围护结构和主体结构独立存在，可以分别设计，而且维护结构的设计不需要考虑主体结构的影响；叠合式结构中围护结构与主体结构属于一个整体，在设计环节需要分析其作为主体结构组成部分的受力模式，配筋必须满足整体强度要求和裂缝要求。例如，在叠合式结构中，侧墙和顶板底板转角位置的设计必须充分满足钢筋弯折锚固的要求，围护结构施工中需要在从侧墙节点受力情况出发，在考虑裂缝要求的同时埋下足够的钢筋接驳器，确保顶板、底板的受力主筋与侧墙预埋主筋一致。

2.4施工方法

复合式结构围护施工结束后，需要首先进行凿毛处理，以保证围护结构可以实现与内衬结构的牢固连接，然后进行内衬结构施工，防水措施仅针对主体结构的底板和底板，不采用封闭形式；叠合式结构围护施工环节，考虑顶板和底板中预先埋设了钢筋接驳器，从保证围护结构与内衬主体可靠连接的角度，对于围护结构和主体结构的施工要求更加严格，同样也需要针对叠合部位进行凿毛处理，提升结构抗剪能力[3]。

3实例分析

3.1工程概况

某城市地铁一号线共设置有24个地下车站，其中火车站位置的车站有人流量巨大，采用双层结构，以单柱明挖的方式进行施工，车站标准段宽度达到233.4m，高度超过16.2m。地质勘察结果显示，车站使用地段土层自上到下依次为人工填土、砂砾土、全风化、中风化和微风化泥质粉砂岩，基地岩层为中风化，地层性能良好，基本能够满足车站施工的要求。

3.2计算分析

依照工程建设相关荷载规范，从车站主体结构载荷情况分析，需要在做好荷载的组合工作，找出最不利的内力值，对构件强度进行分析，同时完成裂缝验算。依照类似工程的施工经验，比较常见的集中荷载组合包括基本组合（恒载+活载）、准永久组合（恒载+活载）和偶然组合（恒载+部分活载+地震荷载或者恒载+部分活载+人防荷载）。在工程施工过程中，不同阶段存在不同的受荷形式，其内力值也存在一定差异。因此，为了切实保证地下车站施工安全，需要针对不同施工阶段的受荷情况进行深入细致的分析和对比，从中选出最不利同时会对结构产生长期影响的受荷情况进行重点研究[4]。

这里将计算单位设定为每延米框架，结合有限元法，开展二维平面计算，计算模型见图1。对不同阶段荷载工况以及荷载组合情况进行分析，可以得到车站在复合式结构和叠合式机构下的框架截面和内力分布，也可以参考内力计算结果进行配筋设置。

图1地下车站主体结构断面模型

3.3参数取值

有限元分析结果表明，车站在复合结构和叠合结构两种不同体系下，框架断面构建尺寸及含钢量如表1所示。

表1两种结构体系参数取值对比

3.4经济性对比

依照表1中的相关参数信息，对材料用量进行计算，可以看出，在每延米框架中，复合结构的整体混凝土用量要超过叠合结构，叠合结构则由于侧墙厚度较大，在内力条件相同的情况下，配筋用量超过复合结构。整体对比分析，在整个地下车站工程中，如果选择叠合结构，则每延米框架的造价较复合结构略低，经济性更好[5]。

4结论与建议

结合上述分析可知，复合结构采用的封闭整体式防水使得其具备更好的防水效果，其围护结构属于临时结构，两相对比，叠合结构中的围护结构可以作为后期主体框架结构的一部分，在基坑开挖阶段会产生一次变形，后期与主体叠合后还会再次变形，需要考虑的受力情况更加复杂。同时，复合结构中主体属于单一受力整体，围护结构与主体结构之间不存在任何连接，相互独立，叠合结构中围护结构和内衬共同受力，需要做好受力分析和处理，确保叠合面抗剪强度不低于0.7MPa。如果主体受力过程中截面剪力较大，则需要在叠合面两侧的墙体中适当增加抗剪筋，提升其抗剪水平。

参考文献：

[1]何文超,文钦佩.基于车站渗漏的叠合墙的防水施工分析[J].世界轨道交通,2016,(10):65-67.

[2]王雪剑,庄海洋,陈国兴,等.地下连续墙对叠合墙式地铁车站结构地震反应的影响研究[J].岩土工程学报,2017,(8):1435-1443.

[3]赵斌,杨彪,李明文,等.车站结构型式对地铁诱发环境振动的影响分析[J].振动与冲击,2015,34(7):115-120.

[4]王艳红.盖挖逆作叠合墙地铁车站结构设计要点分析[J].黑龙江科技信息,2015,(14):206-207.

[5]张勇,姚宪平,朱祖熹.地下工程中“新叠合墙”结构形式的设想[J].地下工程与隧道,2010,(4):12-16.