地铁车站轨排孔结构设计方案探讨

地铁车站轨排孔结构设计方案探讨

范子文

上海市隧道工程轨道交通设计研究院，浙江宁波 315100

【摘要】结合案例分析地铁轨排孔的选址、结构体系，采用三维空间计算对结构进行受力分析以确保结构的安全性和经济性。

【关键词】轨道交通；轨排孔；空间计算

1 铺轨基地的选址要求

城市轨道交通建设需要铺设轨道，隧道中的轨道需从地面吊入地下铺设，因此需要有一定的地面场地设置铺轨基地，并在地下结构上方预留吊装孔，即“轨排孔”，待铺轨结束后封闭。根据工程筹划一般一条线路设置2处。其大小应满足铺轨安全，吊装高效。轨道每节长为25m，轨排井一般长约30m，宽约5m，设在地铁线路正上方，左右各一个。

因结构位于地下，需承受来自结构外侧的水土压力，轨排井范围30m长度不能设置内支撑，对结构的整体受力有很大影响。尤其是在软土地区，基坑外侧土体自立性差，结构受到的土压力较大，容易使结构产生裂缝、变形，甚至引起安全事故。因此轨排井一般选择周边环境较好的车站、出入段线、明挖区间等位置。

2 案例分析

2.1 工程概况

武汉市某车站为地下二层岛式车站，长522m，宽19.7m，底板埋深约16.9m。围护结构采用800厚地下连续墙，与内衬墙形成复合墙体系。车站周边场地较为充足，且车站带双停车线，非常适合作为铺轨基地。

2.2 工程地质与水文地质

拟建场地土层由上而下主要为：1-1填土、3-1粉质黏土、3-2粉质黏土、4-1粉细砂、4-2粉细砂、4-3粉细砂、20a-1强风化泥岩、20a-2中风化泥岩。坑底土层主要为3-1粉质黏土、 3-2粉质黏土。

坑底以上以软土为主，具有低强度，高压缩性，高孔隙比，高灵敏度、易扰动和易触变等特点。坑底以下砂层为承压含水层，渗透系数大，又临近长江，水平向存在补给来源，水量较大。施工时需采取降水措施，以防突涌。

2.3 轨排孔设计方案

拟建场为地下二层双柱三跨结构，轨排孔选择设置于配线段侧墙不开门洞处。双柱三跨配线段设置轨排孔有几个优势：1、双停车线并排位于车站中跨，将轨排孔设于停车线上方可将两个5m宽的轨排孔合并成一个8m宽的孔，便于施工；2、中跨开洞距离两侧墙较远，两边可以保留较宽的板带，有利于结构受力；3、两排结构柱可直接用于板带的竖向支撑，无需设置临时立柱，减少了改造成本。

图1 轨排孔平面布置图

图2 轨排孔横剖面布置图

轨排孔设于车站中跨，两侧的板带作为边框梁。常规车站中板厚度较薄，一般为0.4m，轨排孔范围将中板加厚至0.6m以确保结构的稳定。顶板厚度为0.9m，无需加厚。

在车站施工阶段，轨排孔范围需设置水平向临时钢支撑。待开始铺轨施工前拆除水平支撑，以减少结构无支撑暴露时间。

2.4 结构受力分析

轨排孔为长度大30m的大开孔，不能简单地建立平面模型计算，需采用三维有限元模型进行内力分析。

利用SAP2000 V15软件，取轨排井及前后各两跨建立模型，输入各项结构参数。坑底土承载力用面弹簧代替，顶板以上侧向土压力按等效荷载加载于顶板侧向。为使计算结果更加准确，此模型未将孔边板带简化为边框梁构件。

图3 轨排孔三维整体计算模型

图4 顶板壳应力图 图5 中板壳应力图

图6 底板壳应力图 图7 结构平面变形

图8 侧墙纵向弯矩图 图9 侧墙横向弯矩图

通过截面切割获取边框板带的侧向弯矩值和剪力值，以此为依据计算板带所需配筋。侧墙可依据侧墙弯矩图进行配筋计算。

图10 顶、中板内力表

根据计算结果，中板板带弯矩达21316KN.M，剪力达4372KN；顶板板带弯矩达18265KN.M，剪力达7941KN。因计算高度为6.35m，将板带按照边框梁配筋即可满足受力要求。

最终，轨排孔范围结构在原结构基础上加厚了中板，增加了顶板、中板、侧墙钢筋以加强结构侧向刚度，承担轨排孔使用阶段的荷载。

3 结论

地下车站轨排孔设计的难点主要在于结构大开孔引起的侧向刚度削减，对软土地层中的车站影响较大。

轨排孔的设计需在满足使用功能的前提下尽可能减少对周边环境的影响，减少对原结构的改变，并节约造价。

在双柱三跨配线站中设置轨排孔，仅需对原结构中板加厚，增加顶板、中板、侧墙钢筋及临时水平钢支撑，即可满足铺轨施工的要求。结构未增加临时钢筋混凝土立柱或边框梁，没有凿除量。相较于普通地下岛式车站，优势明显。

参考文献：

【1】冯云. 上海轨道交通2号线淞虹路站增设轨排孔的结构设计探讨【J】.地下工程与隧道，2008（2）：16-19.

【2】胡云峰. 地铁车站增设轨排孔方案比选及实施【J】.地下工程与隧道，2011（3）:42-45.

【3】高杰. 地铁明挖车站轨排井段结构分析与设计实践【J】.铁道标准设计，2012（6）:106-108.