中铁上海设计院集团有限公司 200070
摘要：结合天津地铁某换乘车站轨排井设计案例，参考国内地铁建设中轨排井的设计经验，比选了轨排井结构空间整体计算、组合梁模型计算、深梁模型计算等设计思路的优缺点，通过上述计算分析阐明轨排井结构内力分布及变形规律，表明组合梁或深梁模型计算轨排井结构设计方案具有较好的经济性、安全性及适用性，可供同行在轨排井设计工作中商榷和参考。
关键词：地铁车站；轨排井；组合梁；深梁
1引言
轨排井是指地铁车站主体结构板上预留的轨排吊装洞口。在地铁建设过程中，为了便于轨道高效便捷地铺设，通常将两根钢轨在地面并排组装成轨排后，通过轨排井吊装至地铁车站内部用于线路铺设[1]。
地铁车站纵向长度较大，变形以平面内位移为主，在结构设计时一般根据结构布置形式选取控制横截面，假定土体为弹性地基，按照平面框架体系进行二维计算。平面计算模型建模比较简单，计算速度快捷。车站主体结构开设轨排井后，轨排井范围的车站侧墙失去结构板的支撑成为车站的薄弱部位。一般的平面框架体系计算忽略了梁、板、柱之间的空间受力作用，对截面较大的纵梁刚度贡献也不予考虑，也常常把中柱等效代换为一跨或者一延米的墙体进行计算；所以模型计算所得的内力数值与结构实际受力情况有一定的出入，并不能切实地反应结构真正的受力状态[2]。
代坤、王博、高杰[3]～[7]等针对轨排井结构的受力分析和计算模型优化，进行了很多有益的研究。本文拟结合轨排井的设计经验，比选轨排井结构空间整体计算、组合梁模型计算、深梁模型计算等设计思路的优缺点，通过上述计算分析阐明轨排井结构内力分布及变形规律，为轨排井结构设计提供有一定价值的思路和参考。
2工程概况
天津地铁某换乘车站轨排井设置处为地下三层侧式站台车站，长约345m，标准段宽度29.8m，中心里程处覆土厚度约3.2m，底板埋深约25m，双柱三跨矩形框架结构。在站体中部设置一处轨排井,轨排井尺寸4m×30m。轨排井设置在中间跨位置，每侧距离外墙边线12.9m。待铺轨完成后封堵顶板和中板预留轨排井洞口。
车站主要位于粉质粘土层和粉砂层中，车站底板上方存有7~8m厚8-2粉砂层。潜水静止水位埋深1.0~2.3m，一般年变幅在0.5~1.0m左右。车站顶板厚1000mm，负一、二层中板厚400mm，地下一、二层侧墙厚800mm，地下三层侧墙厚900mm。顶纵梁截面尺寸1200×2000，负一、二层中纵梁截面尺寸1100×1000。
3计算分析
本文针对轨排井结构设计计算，拟定了如下三种设计思路：
设计思路一：采用有限元软件进行空间整体计算，对轨排井段的板墙梁构件分别进行内力配筋计算。计算思路二：将轨排井处板看成是横放的水平梁腹板，将外墙和孔边梁看作是翼缘，按组合梁进行内力配筋计算。计算思路三：简化模型、约束条件、荷载、计算内力与思路二相同，但按深受弯构件进行配筋计算。
3.1空间整体计算
采用flac3d有限差分法计算软件进行计算分析，计算时选取轨排井向两端各2~3跨进行建模。flac计算模型中梁板柱墙构件均采用实体单元模拟。车站地基采用文克尔地基模型，土体对结构的弹性反力用弹簧代替，弹簧刚度依据详勘资料中的垂直基床系数和水平基床系数选取；由于车站纵向刚度很大，在整体模型两端对车站的纵向位移进行了约束。
荷载主要考虑施工阶段的水土压力、地面超载及施工荷载。顶板覆土荷载20×3.2=64kPa。侧向水土压力按水土分算考虑。静止土压力系数取0.5。根据轨道专业提资，轨排井基地地面超载取35kPa。各层中板施工荷载4kPa。
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图1整体计算模型
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图2顶板沿车站纵向正应力云图
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图3负一层中板沿车站纵向正应力云图
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图4负二层中板沿车站纵向正应力云图
3.2组合梁计算
由于柱的抗侧移刚度很小，可以对板在平面内位移提供的约束也很小。轨排井结构分析时单独将板作为水平梁进行考虑，侧向土压力和超载引起的侧压力等效为线性荷载施加于水平梁上，水平梁的跨度即为轨排井开洞的长度，梁腹板高为侧墙到轨排井开洞处的板宽，侧墙和纵梁作为水平梁的翼缘进行配筋计算。组合梁的两端受到板墙约束较强，故按水平单跨固端梁计算。
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图5组合梁计算模型
3.3深梁计算
计算模型与思路二相同。但考虑到L0/h=30/12.9=2.3<5，满足深受弯构件的定义。将各层板作为深梁腹板，板中纵向分布筋作为深梁的抗弯受拉钢筋。板中横向主筋作为深梁的抗剪钢筋。
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图6深梁计算模型
4对比分析
三种设计计算思路配筋结果见下表：
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相对于未设置轨排井开洞结构断面，三种轨排井结构计算思路对梁、板、墙配筋加强重点位置见下图：
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图7空间模型计算轨排井结构配筋计算 图8组合梁计算轨排井结构配筋计算
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图9深梁计算轨排井结构配筋计算
5结论
地铁车站轨排井开洞处是车站结构的薄弱部位，采用不同的计算模型计算结果相差较大，配筋的方式与用钢量差异也很大，是实际工程设计工作中的重难点。现有的设计大多难以兼顾轨排井设计使用便利性与结构设计的安全经济性。本文创造性提出采用组合梁或深梁计算思路，将轨排井边梁、板、墙视作有机整体考虑，进行计算配筋，有效简化了设计计算工作量，同时也能保证轨排井梁、板、墙构件截面配筋的安全性、经济性和合理性。
参考文献
[1]地铁设计规范:GB50157-2013[S].北京:中国建筑工业出版社，2013.
[2]潘佩君.不均匀地层地铁车站结构内力分析和减少沉降方法研究[D].淮南：安徽理工大学，2011.
[3]代坤.明挖地铁车站空间计算模型与平面计算模型的对比分析[J].隧道建设，2010，30(z1)：254-258.
[4]王博.明挖地铁车站整体建模结构受力分析[J].铁道标准设计，2012(11)：75-88.
[5]杨海.地铁车站纵梁内力研究[J].隧道建设，2013，33(9)：746-749.
[6]张昆.地铁轨排井段结构设计与分析[J].都市快轨交通，2012，25(4)：78-81.
[7]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.