地铁与轻轨设计第4.2节车站结构设计

第二节地铁车站的结构设计一、地铁车站结构选型的原则和特点二、地铁车站的结构形式三、地铁车站结构的荷载内力计算与设计四、地铁车站结构的构造设计一、地铁车站结构选型的原则和特点⑴地铁车站应根据车站规模﹑运行要求﹑地面环境﹑地质﹑技术经济指标等条件选用合理的结构形式和施工方法；⑵结构净空尺寸应满足建筑﹑设备﹑使用以及施工工艺等要求，还要考虑施工误差﹑结构变形和后期沉降的影响。⒈明挖法施工的车站结构⑴适应性强，可以灵活布置车站的平面及纵断面；⑵可较好的利用地下空间；⑶尤其适用于客流量大的车站﹑换乘站以及需要考虑城市地下、地上空间综合开发利用的车站；⑷一般情况下浅埋地铁以明挖车站为主。⒉盖挖法施工的车站结构⑴分为盖挖顺作法半逆作法和逆作法；⑵在交通繁忙得地段修建地铁，尤其是修建有综合功能要求的车站，或需要严格控制基坑开挖引起的地面沉降时，则可采用盖挖法施工。⒊暗挖法施工的车站隧道和折返线等大断面隧道⑴广为采用的暗挖法有矿山法﹑盾构法﹑顶管法；⑵矿山法不适用于饱和软粘土，采用矿山法需注意：①在第四系中用新奥法时需与明盖挖方案进行论证②矿山法车站施工难度大安全性差造价高工期长，适用效果和营运质量不如其他方法。③矿山法可用于采用明﹑盖挖施工非常不经济的地铁中间站。⒋盾构法施工的车站结构⑴其特点是地层掘进出土运输衬砌拼装等作业都在盾尾保护下进行，需随时排除地下水和控制地面沉降，技术要求高，综合性强；⑵可用于各类软土地层和软岩地层中掘进隧道，尤其适用于市内地铁和水底隧道的掘进；⑶优点是环境影响小，施工速度快，自动化程度高等；⑷缺点是造价高，地表沉降控制较难施作小半径隧道时较困难。二﹑地铁车站的结构形式⒈明挖法施工的车站结构形式⑴矩形框架结构①有单层﹑双层﹑单跨﹑双跨﹑双层多跨（图4-1）等形式。②侧式车站采用双跨结构；③岛式车站采用三跨结构，有时也用单跨结构；④有时可用上﹑下线重叠结构。图4-1上海地铁徐家汇(与下立交隧道合建，尺寸单位mm)⑵拱形结构

常用于站台宽度较窄的单跨单层或单跨双层车站⑶整体式结构与装配式结构①现浇混凝土结构具有防水性和抗震性能好，能适应结构体系的变化等优点；②装配式结构施工速度快，但接头防水较薄弱，新发展的部分装配式结构。⒉盖挖法施工的车站结构形式⑴盖挖法多采用矩形框架结构（图4-2）；⑵盖挖车站一般均采用与围护墙结合的现浇的成型方法；⑶软土地区车站采用地下墙或钻孔桩作围护结构。分单双层墙两种结构。图4-2北京地铁永安里站(尺寸单位：mm)⒊矿山法施工的车站结构形式⑴断面形式应根据围岩条件使用要求施工工艺及开挖断面的尺寸等从结构受力围岩稳定及环境保护等方面综合考虑确定；⑵宜采用连接圆顺的马蹄形断面；⑶围岩条件较好时采用拱形与直墙或曲墙组合的形状，软岩及砂土地层应设仰拱或受力平板底；⑷硬岩中设200mm的铺底作整体道床的基础；⑸特殊困难条件下可采用平顶式结构。1)单拱拱车车站站隧隧道道⑴该该结结构构形形式式在在岩岩石石地地层层中中采采用用较较多多；；⑵施工难度大大﹑技术措施复杂杂﹑造价高（图4-3）。图4-3日本横滨地铁铁三泽下街车车站⑵设有横向联联络通道，两两主隧道的净净距不小于一一倍主隧道宽宽度；⑶双拱立柱式式早期用于石石质较好的地地层中，近年年来被单拱车车站取代。2)双拱车站隧道道⑴基本形式：：双拱塔柱式式和双拱立柱柱式(图4-4)；图4-4双拱立柱式车车站实例3)三拱车站隧道道⑴亦有塔柱式式和立柱式两两种基本形式式；⑵土层中大多多采用三拱立立柱式车站（（图4-5）。图4-5三拱立柱式车车站实例⒋盾构法施工工的车站结构构形式1)由两个并列的的圆形隧道组组成的侧式站站台车站⑴图4-6，每个隧道内内设一组轨道道和一个站台台；⑵车站隧道的的内径主要取取决于侧站台台宽度﹑车辆限界及列列车牵引受电电方式；⑶总宽度较窄窄可设在道路路之下，用于于客流量较小小的车站；⑷技术难点在在于横通道的的设计与施工工。图4-6东京永田町町车站2)由三个并列列的圆形隧隧道组成的的三拱塔柱柱式车站⑴图4-7，两侧为行行车隧道，，在其内设设站台，中中间隧道为为集散厅，，用横通道道连成一个个整体；⑵总宽度较较大，28～30m，用于中等等客流量车车站。图4－7基辅地铁三三拱塔柱式式车站3)立柱式车站站⑴传统立柱柱型车站为为三跨结构构，眼镜型型车站，典典型的岛式式车站（图图4-8），，站站台台宽宽度度≥10m,站台台边边至至立立柱柱外外侧侧≥2m；⑵传传统统型型立立柱柱车车站站施施工工工工序序多多，，难难度度大大，，造造价价高高，，总总宽宽度度窄窄，，20m左右右；；⑶““多多圆圆型型盾盾构构””，，盾盾构构车车站站，，球球墨墨铸铸铁铁管管片片组组成成的的装装配配式式衬衬砌砌。。图4-8莫斯斯科科地地铁铁三三拱拱立立柱柱式式车车站站(尺寸寸单单位位：：mm)图4-8圣彼彼得得堡堡地地铁铁三三拱拱立立柱柱式式车车站站(尺寸寸单单位位：：mm)⒌换乘乘站站的的隧隧道道衬衬砌砌结结构构形形式式⑴换乘方方式按按结构构分类类：①在两两个或或几个个单独独设置置车站站之间间设置置联络络通道道等换换乘设设施；；②修建两两条或或多条条线路路使用用的联联合换换乘站站；③在两个个相交交车站站的局局部，，修建建公共共换乘乘结点点。⑵按线路路在车车站内内的位位置，，后两两种又又分为为：①两条条线路路设于于同一一水平平上的的车站站；②两条条线路路设于于不同同水平平上的的重叠叠式车车站：：③两条线线路设设于同同一水水平上上的交交叉式式车站站；⑶重叠式式车站站的站站台形形式：：①上层层侧式式，下下层两两侧式式间作作共享享通道道；②上下下层均均为侧侧式站站台；；③上下下层均均为岛岛式站站台。。⒍地铁车车站围围护结结构⑴一般般采用用地下下墙﹑钻孔灌灌注桩桩﹑人工挖挖孔桩桩及SMW工法作作围护护结构构；⑵地下下墙可可作主主体侧侧墙的的一部部分，，或只只作围围护结结构；；⑶单层层侧墙墙，锥锥螺纹纹钢筋筋连接接器，，双层层侧墙墙。三﹑地铁车车站结结构的的荷载载内力力计算算与设设计主要内内容：：结构选选型，，荷载载计算算，基基坑围围护结结构设设计，，内衬衬设计计，结结构楼楼板和和梁设设计，，抗浮浮设计计，出出入口口通道道设计计、风风道设设计等等，另另外还还包括括端头头井设设计，，车站站纵向向结构构设计计，防防杂散散电流流设计计，防防水设设计和和人防防设计计等。。⒈地铁铁车站站结构构静﹑动力工工作特特性⑴进行行地铁铁车站站结构构的静静﹑动力计计算时时，必必须考考虑结结构与与地层层的共共同作作用；；⑵一般般采用用结构构计算算﹑经验判判断和和实测测相结结合的的信息息化设设计方方法；；⑶设计计模型型随结结构形形式和和施工工方法法而异异；⑷软土中中的浅埋埋车站常常用荷载载－结构构模型；；⑸深埋或或浅埋的的岩层中中的车站站采用连连续介质质模型（（地层－－荷载模模型），，包括解解析法和和数值法法。⒉作用在在地铁车车站结构构上的荷荷载⑴分为永永久荷载载﹑可变荷载载和偶然然荷载，，计算时时取最不不利组合合；⑵永久荷荷载包括括地层压压力、结结构自重重、车站站结构上上部或破破坏棱柱柱体内的的设施及及建筑物物基底附附加应力力、静水水压力（（含浮力力）、混混凝土收收缩和徐徐变影响响力，预预加应力力、设备备自重和和地基下下沉影响响；⑶可变荷荷载包括括地面车车辆荷载载（包括括冲击力力）和它它所引起起的侧向向土压力力、地铁铁车辆荷荷载（包包括冲击击力、摇摇摆力、、离心力力）以及及人群荷荷载等，，还包括括其他可可变荷载载，如：：温度变变化、施施工荷载载等；⑷偶然荷荷载包括括地震力力，爆炸炸力沉船船等。1)地层压力力⑴深埋岩岩石车站站结构在荷载结结构模型型中，主主要承担担由于岩岩石松动动、坍塌塌而产生生的竖向向和侧向向主动土土压力，，仅仅是是车站隧隧道周围围某一范范围（天天然拱或或称承载载拱）内内岩体的的重量，，与车站站隧道埋埋深无直直接关系系。⑵土质车车站结构构一般按照照计算截截面以上上全部土土柱重量量计算；；深埋暗暗挖隧道道或覆盖盖厚度大大于（2.0D～2.5D）的砂性性土层中中的暗挖挖隧道，，其竖向向均布土土压力可可按照太太沙基公公式或普普氏公式式计算。。侧压力力按照主主动、被被动或静静止土压压力公式式计算。。2)静水压力力⑴静水压压力对不不同的地地下结构构产生不不同的荷荷载效应应，如圆圆形结构构，矩形形结构；；⑵一般说说来，粘粘土地层层（含粉粉质粘土土）施工工阶段水水土合算算，使用用阶段水水土分算算；砂土土地层（（含粘质质粉土））在施工工和使用用阶段均均采用水水土分算算；⑶水土合合算时，，地下水水位以上上的土采采用天然然容重γ，地下水水位以下下的土采采用饱和和容重γs计算土压压力，不不计算静静水压力力；⑷水土分分算时，，地下水水位以上上的土采采用天然然容重γ，地下水水位以下下的土采采用有效效容重γ’计算土压压力，另另外再计计算水压压力。3)地面车辆辆荷载⑴一般将将地面车车辆荷载载简化为为均布荷荷载；⑵当覆盖盖层厚度度较小时时，两轮轮压扩散散线不相相交时可按局局部均布布压力计计算；⑶在道路路下方的的浅埋暗暗挖隧道道，地面面车辆荷荷载可按按10kPa均布荷载载取值，，并不计计冲击力力的影响响。⑷当无覆覆盖层时时，应按按集中力力考虑；；⑸对车站站顶板通通过覆土土层扩散散由空间间结构计计算内力力，或将将地面轮轮压转换换为与此此效应相相同的等等效荷载载；⑹对底版版地面轮轮压引起起的反向向荷载比比顶板上上的地面面荷载小小。单个轮压压传递的的竖向压压力：两个以上上轮压传传递的竖竖向压力力：(4-1)(4-2)式中：p0z——地面车辆辆轮压传传递到计计算深度度Z处的竖向向压力；；P0——车辆单个个轮压；；a﹑b——地面单个个轮压的的分布长长度和宽宽度；di———地面面相相邻邻两两个个轮轮压压的的净净距距；；n————轮压压的的数数量量；；μ0———车辆辆荷荷载载的的动动力力系系数数。。式中中：：p0x———地面面车车辆辆轮轮压压传传递递到到计计算算深深度度Z处的的侧侧压压力力；；p0z———地面面车车辆辆轮轮压压传传递递到到计计算算深深度度Z处的的竖竖向向压压力力；；λa————水平平向向侧侧压压力力系系数数。。地面面车车辆辆荷荷载载传传递递到到地地下下结结构构上上的的侧侧压压力力，，可可按按下下式式计计算算：：(4-3)4)地震震荷荷载载⑴地地震震对对地地铁铁车车站站的的影影响响可可分分为为剪剪切切错错位位和和振振动动。。车车站站结结构构无无法法抵抵抗抗剪剪切切错错位位；；⑵松松软软地地层层中中进进行行地地震震响响应应分分析析和和动动力力模模型型试试验验，，一一般般结结构构采采用用实实用用方方法法，，即即静静力力法法或或拟拟静静力力法法；；⑶衬衬砌砌结结构构横横截截面面的的抗抗震震设设计计和和抗抗震震稳稳定定性性验验算算中中采采用用地地震震系系数数法法（（惯惯性性力力法法）），，即即静静力力法法；；⑷验验算算衬衬砌砌结结构构沿沿纵纵向向方方向向的的应应力力和和变变形形采采用用地地层层位位移移法法，，即即拟拟静静力力法法；；⑸垂垂直直地地震震荷荷载载通通常常只只在在验验算算结结构构的的抗抗浮浮能能力力时时才才考考虑虑；；⑹水水平平地地震震荷荷载载可可分分为为垂垂直直和和平平行行隧隧道道纵纵轴轴两两个个方方向向计计算算。。5)其他他荷荷载载⑴车车站站上上面面的的覆覆土土荷荷载载⑵施施工工阶阶段段地地表表施施工工机机具具荷荷载载⑶车车站站上上方方和和破破坏坏棱棱柱柱体体内内的的设设备备和和建建筑筑物物压压力力⑷内内部部人人群群荷荷载载⑸内内部部设设备备荷荷载载⑹地地铁铁车车辆辆荷荷载载⒊地铁铁车车站站围围护护结结构构设设计计1)入土土深深度度计计算算（（基基坑坑稳稳定定性性验验算算））⑴入入土土深深度度可可按按基基坑坑抗抗隆隆起起的的稳稳定定条条件件和和防止止管管涌涌的的稳稳定定条条件件来来确确定定；；⑵基基坑坑抗抗隆隆起起验验算算时时一一般般采采用用以以最最下下一一道道支支撑撑与与围围护护墙墙的的交交点点为为滑滑弧弧中中心心﹑维护护墙墙底底面面为为滑滑裂裂圆圆弧弧的的分分层层计计算算方方法法；；⑶安安全全系系数数一一般般为为1.5～2.0，亦亦可可参参考考工工程程实实践践经经验验综综合合考考虑虑确确定定。。式中中：：hw———维护护墙墙体体内内外外面面的的水水头头差差；；L————产生生水水头头损损失失的的最最短短流流线线长长度度；；ic——极限动水坡度度；I——动水坡度；Gs——土颗粒密度；；e——土的空隙比。。⑷防止管涌的验验算一般采用用动水坡度小小于极限动水水坡度的方法法，即(4-4)2)围护结构计算算对于明挖顺作作法施工的围围护结构，应应根据基坑分分层开挖﹑回筑内部结构构的施工阶段段和完成后的的使用阶段等等不同工况进进行计算，最最终配筋按各各阶段的内力力包络图提取取。⒋内衬衬侧墙墙计算算⑴当采采用单单层墙墙结构构时，，各阶阶段的的最不不利荷荷载全全部由由地下下墙承承受；；⑵当采用双双层墙结构构时，基坑坑开挖阶段段荷载全部部由地下墙墙承受，内内部结构回回筑后与地地下墙按叠叠合墙计算算；⑶内衬墙配配筋：一般般外侧面仅仅在地下墙墙幅间接缝缝两侧各1米范围内设设置构造钢钢筋网；内内侧面按照照设计要求求配筋，截截面计算时时应将地下下墙与内衬衬墙视为整整体；⑷上海地铁建建议允许的的抗剪强度度取0.7MPa。⒌地铁车站结结构计算1)明挖顺作法法修建的多多层多跨矩矩形框架结结构要按两两种方法进进行验算：：⑴按车站的结结构形式、、刚度、支支承条件、、荷载情况况和施工方方法，模拟拟分步开挖挖、回筑和和使用阶段段不同的受受力状况，，考虑结构构体系受力力的连续性性，用叠加加法或总和和法计算；；⑵将其视为一一次整体受受力的弹性性地基上的的框架进行行内力分析析。2)车站按底板板支承在弹弹性地基上上的平面框框架进行分分析时，一一般以水平平弹簧模拟拟地层对侧侧墙的水平平位移的约约束作用，，以竖向弹弹簧模拟地地层对底板板、侧墙底底部的竖向向位移的约约束作用。。3)框架结构构基底反反力可以以采用两两种计算算方法：：⑴假设结结构是刚刚性体，，则基底底反力的的大小和和分布可可根据静静力平衡衡条件求求得；⑵假设结结构为温温克尔地地基上的的矩形框框架，则则根据地地基变形形计算基基底每一一点的反反力。4)在顶、楼楼板的横横向框架架内力计计算中，，要考虑虑因纵梁梁刚度不不足（当当跨度较较大、截截面高度度较小时时）、跨跨中挠度度较大所所产生的的横向板板带正负负弯矩在在纵向分分布的不不均匀性性。5)各层板与与地下墙墙的连接接处，如如不采用用钢筋接接驳器而而采用预预埋剪力力筋，应应将预埋埋在地下下墙中的的插筋调调直，使使它能承承受负弯弯矩。在在板的横横向内力力计算中中把这部部分插筋筋计人，，以减小小跨中正正弯矩。。6)顶板一般般按纯弯弯计算；；中楼板板、底板板截面配配筋计算算时，可可考虑对对称的侧侧向土压压力对板板产生的的轴向压压力按偏偏心受压压构件进进行计算算。7)对框架结结构的隅隅角部分分和梁柱柱交叉节节点处，，配筋时时要考虑虑侧墙宽宽度的影影响。8)当沿车站站纵向的的覆土厚厚度、上上部建筑筑物荷载载、内部部结构形形式变化化较大时时，或基基底地层层有显著著差异时时，还应应进行结结构纵向向受力分分析。四﹑地铁车站站结构的的构造设设计⒈明挖法施施工的车车站1)顶板和楼楼板可采用单单向板、、井字梁梁式板、、无梁板板或