摘要：目前我国城镇化进程的加快，交通建设项目逐渐增多，以地下地铁工程为代表的城市轨道交通建设如火如荼的建设中。由于地下地铁工程一般具有规模庞大、工期长、涉及的环境条件复杂等特点，在地铁建设过程中面临许多技术难题，其中地层环境变化对地铁地下结构内力的影响是地铁工程建设及运维阶段重点关注并亟待解决的关键技术课题。根据地层结构变化情况制定合理的施工方案，才能够有效避免地铁结构不利因素的出现。本文针对地层环境变化对地铁结构设计的影响展开探讨。加强对地铁工程地层环境的综合勘察及地层环境变化的控制保护，可有效的保障地铁工程从设计到运营维护全周期的安全。
关键词：地层环境；地铁结构；设计；影响
引言
随着我国经济建设的不断发展，地下空间建设理论和技术也不断的完善，城市地铁建设正处于快速发展阶段。在地铁的建设过程中，周边环境因素对地铁的规划、选址和地下结构设计影响很大，对地层环境的忽视往往会对地铁工程的建设和运维阶段产生较大的安全隐患。考虑到未来地铁周围地层环境的变化，地铁结构设计、施工人员应采取适当防范措施。
1周围地层环境发生变化时对地铁结构内力的影响
1.1下穿隧道工程对地铁结构的影响
地铁地下工程部分的建设受到地层环境变化的影响最大，地铁地下工程施工中一项重要的内容就是对土层的持续卸载，在这一过程中，地下土层的应力场也在不断变化，因此地下工程施工的推进也可以认为是将土层平衡环境打破后重建的过程。为了研究地铁建设中地下开挖对地铁结构设计的影响，我们假设地铁结构底板下放4m处有一条隧道经过，隧道的半径7m，与地铁站走向正交，由于该条隧道的存在使地铁站地基基床系数下降，即便设置一定的支护措施，也难以阻止土层的不断松动和下降，进而对地铁站的内力产生影响。通过计算公式对结构内力进行计算可知，经过环境改变后地铁结构内力较之前并没有发生明显的改变，但是顶部的轴力有所减小，底板、柱轴力有所增加，顶板、柱节点以及底板处弯矩增大，侧墙上部弯矩减小，下部增大。通过数据分析得出总结：如果在地铁站下方开挖隧道，底板和柱的轴力增加幅度相对较小，中板和顶板内侧节点处的弯矩增加幅度稍大一些，底板和底板跨中弯矩增加幅度最大，因此在对地铁结构进行设计时，应该对增加底板的强度和抗变形能力予以足够的重视。
1.2地面工程带来的影响
一般情况下，地铁在城市进行建设的时候，所处于的位置主要是经济较为发达的地区，所以地铁进行建设的时候也会存在着一些土木工程建设，在施工的时候地铁的地层环境出现改变，对于地铁的地下结构有着直接影响。在地铁的上方施工过程中，地下结构内力必然会出现改变，这种结构内力的变化主要是因为受力不对称所导致的。因此在地铁施工建设的时候，地铁顶板的左跨以及中板和顶板轴力将会出现增大。因此在铁上方一层存在工程建设的时候，地铁的内力一般会存在较大的变化，所以在设计中要满足地铁受力的基本结构。
1.3对施工过程产生的影响
地铁施工程序较为繁琐复杂，并且施工时间较长，所以，地铁施工十分容易受到外界因素的影响，并产生极大的安全隐患。如果施工单位没有做好安全施工控制，则可能会导致安全事故。为了避免安全事故的发生，在进行地铁结构设计的过程中，施工单位必须要重视地层环境的研究。经过不断的研究实验证明，地铁结构设计受地层环境影响较大，如果地层环境变化较大，则会造成地铁工程无法顺利的施工，其工程质量也会令人堪忧。由此可见，地层环境对地铁工程施工的影响。因此，施工单位在确定地铁工程具体施工项目后，必须要严格结合相关的要求，规范的进行地铁工程的选址规划和结构设计，要能考虑地铁的结构的承载力，通过计算确定荷载力。其次，设计人员要能充分考虑地铁结构设计存在的风险系数，根据相关的地铁结构荷载概率，估算其风险指标，只有设计人员掌握大量的数据，在实际地铁结构设计中才可以对风险进行控制，并且也能采用科学的方法，降低地铁结构设计的风险，提升地铁结构设计的质量，为我国地铁施工提供安全的保证基础，这样也就可以在保证地铁工程质量的基础上，节省大量的施工成本，从而促进我国交通行业经济的发展效率的提升。
1.4运营过程中地层环境变化对地铁结构的影响
根据国内地铁项目建设及运营经验，地铁项目建设及运营期间，在地铁项目周边一定范围会划定轨道交通控制保护区，对进入控制保护区的新建建构筑物与地铁项目之间的相互影响进行严格管控。而这种情况，在设计之初是无法考虑的，通常采用第三方安全评估的方式对相互影响进行分析，作为设计方，仍应对此种工况进行复核，是否影响原有结构计算边界条件，并根据复核结果提出处理建议。
2减少地层环境对地铁结构设计影响的措施
2.1站在地下土层角度对问题进行解决
通过站在这个角度上来分析，地铁结构设计时的需要充分考虑土层变化带来的一些影响，同时计算的过程中可以采取多钻孔结构的方式进行计算，在钻孔中选择出一些不利于钻孔的结构选型以及配筋，如果在土层中存在软土，那么要对软土的成分以及数量作出相应的分析，采取有效的措施进行处理。此外也是需要对结构持力层的承载作出科学验算，如果出现承载度无法满足相应的要求，那么要对土层中的土壤作出相应的置换或者是加固处理。
2.2站在地下水位角度对问题进行解决
首先，在地铁工程地基开挖时就应该对地下水采取一定的止水措施，象可以根据施工具体的地质环境使用搅拌桩或者地连墙对地下水进行堵截，使用降水井对基坑内部进行人工降水处理，或者在基坑顶部修建防水墙对地表水进行阻挡。其次，应该对地铁结构的抗浮能力进行检验，防止当地下水水位上升后，地铁结构出现上浮现象，如果地铁结构抗浮性不满足设计要求时，应在设计中加入一定的抗浮措施，象可以考虑修建设置压顶、压底梁，或者可以在地铁结构底板下修建一定数量的抗拔桩。第三，应该对地铁做好防水设计，防止在较深的区域地下水渗入地铁站。具体施工时可以采用防水混凝土作为施工材料，在地铁站外部修建全包式防水层，另外在地铁结构中的重点部位和特殊节点应该进行重点防水设计。最后在地铁站内部应该设置一定的集水处理装置，对进入车站内部的地下水进行应急处理。
2.3站在施工和设计角度上对问题进行解决
在地铁进入到了最后的施工阶段中，设计人员要对项目的建设情况作出及时的监督和跟踪，对工程建设的进度进行关注，假如在施工的时候出现了施工和设计出现不符合的情况，或者施工地质和设计情况并不满足，因此要及时的通知施工单位和建设单位进行整改，避免工程建设质量出现问题。
结语
总结来说，地铁的受力结构是一种相对复杂的超静定结构，通过该文的研究分析可知：当地层环境发生变化时，地铁的结构内力也在不断改变。因此为了更好地保证地铁的修建质量和运行安全，在地铁结构设计过程中，应该结合施工当地的具体环境，运行科学严谨的方法，对具体变化进行具体分析，并找到相应的缓解措施，最大程度地保护地铁的安全运行。
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