地铁车站结构基本知识讲座

地铁车站结构基本知识讲座一、建筑与结构设计的关系地铁车站设计，从城市大环境看，总的说受城市布局、规划线路条件等限制。从车站本身的设计看，内部布置方面，建筑综合各个专业内容，也包括结构专业内容；外部布置方面，受周边环境、道路条件等各种因素影响。车站本身，建筑与结构密不可分，相互制约。根本上说，结构专业配合建筑、服从于建筑，但是由于地铁车站结构的特殊性，结构专业也制约着建筑。二、地铁车站结构设计的特殊性地铁主要是地下工程（也有地上，我们主要做的还是地下），与房建设计有很大区别。具体体现在以下3点：1、荷载差异大主要概念上与房建差别大，结构尺寸大，原因是荷载大小有数量级的差别。房建中，一般公用建筑，除自重外，主要按照2.0〜2.5KN/m2（即200kg〜250kg/m2）考虑活荷载。一般70kg的一个人，每m2就站不超过4个人。地铁车站，处于上下左右均受力，顶板和侧墙是水、土，底板是水浮力（这个是一般房建没有的）。中板荷载8KN（4KN）/m2（相当于10个人（5个人）。顶板覆土一般在3m〜4m，相当于60〜80KN,是房建荷载的30~40倍；因地下水水位关系，标准的2层车站（有站厅层、站台层）底板深度约在15〜17m，水浮力（不考虑土体的影响作用）达到120〜150KN/m2，达到房建荷载中的60~70倍。2、尺寸差异大因为荷载差异大，导致地铁车站结构的尺寸，远大于一般房建。房建结构，对于我院常设计的，梁高500、600，柱尺寸500*500就算比较大，柱、梁尺度达到800就是很高的高层、跨度很大的结构才有的。对于房建，房屋楼板一般在100〜200mm,很少有更大板厚的。地铁车站荷载大了30〜40倍，相应的结构尺寸不得不加大很多。一般标准明挖的10m、11m站台单柱双层车站，结构尺寸一般如下：车站形式顶板中板底板侧墙10m站台单柱双层车站70040080070011m站台单柱双层车站80040090070012m站台双柱双层车站700400800700这属于比较常用的尺寸，在局部地区，因结构形式不同、业主要求不同略有区别。武汉地区已经有部分车站采用了12m站台单柱形式，这样引起

的问题也比较多，板、墙、梁、柱的尺寸都大，从经济角度看并不合理。下图是一个车站顶纵梁的施工状态，可以看到，梁比人还高。3、经济性因素房建设计，板厚度小，有集中荷载、线荷载（墙体）位置一般设置次梁。地铁车站，因为经济性的要求，一般不采用横向梁，只采用沿线路方向的纵向梁。（横向梁加大层高，引起基坑深度加大，土建造价增加）实际设计中，往往是8m柱距为主。采用这个柱距也是综合考虑建筑功能、视觉效果、结构受力合理、经济性等方面得到的。当然，也不是一定都是这样的柱距，10m以上柱距也是有的。比如深圳的福田站，实际也是我们院做的，他们设计的跨度12m（纵向），因为高铁要求，横向的跨度更加大，不得不采用了型钢混凝土、钢管混凝土梁柱体系，相应造价也高很多，不是一般城市地铁公司敢承受的。（土建费用接近3万/m2,—般地铁车站1万/m2）弯矩增加，相应需要增加的截面尺寸、钢筋量等均大幅度上升。另外一个基本的概念，原来车站10m单柱站台车站，现在武汉采用11m单柱站台车站，造价增加多少？大致估算情况是这样的，板厚增加、钢筋增加，每m2增加的土建造价大约是150~200元，对一个标准双层车站，4个常规出入口，可能总面积在1万m2左右，总造价增加就是约200万。所以，有的时候，并不是结构专业不愿意做大跨度，这个是涉及到经济性问题，可能造价高了，地铁的业主感觉不能承受。在没有十分特殊的条件下，一般结构不建议采用跨度过大的建筑形式，原因无外乎经济性不佳。三、地铁车站施工方式这里主要是说施工工法，这个也是结构对建筑制约最多的一块。简单介绍下结构施工的几种主要工法。地铁车站的施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法。根据《地铁设计规范》（GB50157-2003），盖挖法现已归并到明挖法中；暗挖法包括盾构法和矿山法，一般特指矿山法。盾构法施工的车站，在国内尚未有专门报道，也就不具体介绍。1、明挖法明挖法施工系指从地面向下开挖至基坑底面后，再自下而上浇注车站结构，然后回填土方，恢复路面。明挖法施工具有以下特点：1）施工安全，质量容易保证。2）结合地面工程改造及开发，其综合工程造价优势显著。3）施工作业面开阔，有利于提高工效、缩短工期。4）施工降、排水容易。结构防水简单，质量可靠。5）施工期间对周围环境或道路交通影响大，且易受到气象条件的影响。6）基坑较深时，须采取措施防止基坑变形及其周围地面沉降。明挖顺作法一般适用于地面有条件敞口开挖，且有足够施工场地的情况。当站位设在现状道路范围外；或站位设在现状道路下，但施工允许暂时中断交通或结合地面拆迁及道路拓宽，使地面交通客流得以疏散时，就有可能采用明挖法施工。当车站位于“十”字交通道路下时，为减少与车站垂直方向道路的影响，也可纵向分段施工，此时，前后施工段之间需设置临时封堵墙。看一下主要的几个有特色的明挖地铁车站施工现场。放坡开挖车站：般采用灌注桩的车站：施工工序如下图：111•施工连续壻国护结梅,并进厅第煤开挖；2.i殳置隽一逍駆文撑.

逬行隽二次开挖；3.设置第二道钢支撑.

进行第三次开挖；5•施工屁板垫层，铺设防水层.浇饥屁板.待渥録土达到规定蚩度后拆除第三道钢支挣6•施工站台昙侧壇防水层,浇筑侧墙及中板，待混凰土达到规定强度后拆除第二道钢支撑;7.施工砧厅层侧罐和顶板,待混凝土达到一定鱼度后拆徐第一道钢支撐；2、盖挖法盖挖法是在地面修筑维持地面交通的临时（或永久）路面系统后，构筑地铁车站的施工方法。盖挖法根据其临时路面系统的构成及修建顺序，可分为盖挖顺作法和盖挖逆作法。分述如下：1）盖挖顺筑法其方法是在地面修筑维持地面交通的临时路面及其支撑后，自上而下开挖土方至坑底设计标高，再自下而上修筑结构的方法。盖挖顺筑法的路面系统由钢梁及路面盖板、围护结构组成，其中钢梁及路面盖板为临时结构，车站施工完成后需拆除。当路面盖板根据需要仅铺设一部分时，为半盖挖顺筑法。除了临时路面系统外，盖挖顺筑法的作业程序、结构方案与明挖法完全一致。其特点为：（A）封闭道路时间比较短暂，而且允许分段实施，一旦路面先期恢复（或盖挖系统完成后），后续施工对地面交通几乎不再产生影响。（B）盖挖系统的存在，使得工程造价较高；而且挖土是在顶部封闭（或半封闭的）状态下进行，大型机械应用受到限制，施工工期较明挖法长。

2）盖挖逆筑法其作业顺序与明挖法相反，方法是开挖地面修筑结构顶板及其竖向支撑结构后，在顶板的下面自上而下分层开挖土方、分层修筑结构。盖挖逆筑法的路面系统由车站顶板、中间支承、围护结构组成，一般均为永久结构。盖挖顺筑法对路面干扰较盖挖逆作法小，通过合理组织车行路线，可以保证施工期间路面的交通，车站防水质量也较盖挖逆筑法好。当车站位于现状道路或跨越路口，或处于比较繁华而狭窄的街道下，无明挖条件，但允许短时间中断交通或局部交通改移时，可采用盖挖法施工。典型的半盖挖逆作法施工工序如下图：SirMr*:益二口侧略is.枚n第七歩r瞬徐車廈史樟』吟申已比jp*:*r4Mfe>.脅・单』■立#丘*甘期社「耳••*;»:飲凭・昧非.誥匚胃釧1|护曲糕反JHMIIE.JFE：*ifHJtp-*>.W»^3F-«r#Ti27ift,flStt■时戈幕片，開■幣二覽玄挥-卡审：补-蝕H裁暮，*J.fcftjlftBfW>ft*MsMlftO3、暗挖法当车站通过繁忙交通地段，或因其它原因不允许封闭路面交通或车站位于较完整的岩石地层且地下水不发育时，可采用暗挖法施工。暗挖法已广为采用的有盾构法(如图2-9)、顶管法、矿山法(如图2-10、11)等。盾构法是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和注浆充填盾尾间隙等主要作业都在盾构保护下进行，并通过控制开挖面压力、盾尾注浆等措施控制地面沉降，是工艺技术要求较高、综合性较强的一种施工方法，主要适用于各类软土地层和软岩地层，尤其适用于市区地铁和水底隧道。盾构法施工车站因设备费较高，目前在国内尚未应用。顶管法主要适用于车站下穿营业铁路线时，为保证铁路的安全运营，将铁路路基一侧预制好的钢筋混凝土箱形框架，采用高压油泵带动油压千斤顶，并借助于预先修好的后背支承，顶入铁路路基内，成为与铁路立交的地下车站。由于地铁车站框架断面尺寸较大，在既有铁路下顶进风险较大，且铁路管理部门一般不同意用这种方案在既有铁路站场下修建地铁站，因此国内尚未有此类车站。1)矿山法施工的地铁车站的适用情形主要有以下几方面：矿山法车站主要适用于施工时不允许干扰地面交通，或因埋深过大，或拆迁过多，采用明、盖挖施工非常不经济时。在埋深较大、硬质围岩时，矿山法车站有较好的适应性。在第四系的松散地层中用矿山法修建地铁车站时，必须与明、盖挖方案进行全面比较，经过充分论证后采用。对饱和软土地层无法疏干地下水，或者即便进行预加固和预处理，开挖后的自稳性仍很差时，可视为不适合采用矿山法施工。2)矿山法施工的车站主要优缺点：除竖井外，地面作业很少，对地面交通、地下管线、地表建筑物等周围环境影响较小，下穿河底时，不影响通航，也不受气候的影响。随着地铁车站埋深增大，其优点更加突出。(2)矿山法车站施工难度大、安全性差、造价高、工期长，而且从使用功能和运营质量分析，也远不如明、盖挖车站。暗挖法的最大优点就是施工时对路面交通没有干扰，对地下管线的改迁少，而且地面拆迁量也少。一般说来，在地下水位较高的软弱土层中不考虑采用暗挖法施工，如上海等地。武汉也基本不考虑，也是因为地下水水位的原因。

对3种不同施工方法的简单比较如下：施工方法比较表表4.1-1暗挖法明挖法盖挖法对交通的影响不占道，不影响交通占道面积大、影响时间长占道面积较小，影响时间较短对地下管线的影响不影响管线车站范围管线拆迁量大车站范围管线拆迁量大对周围建筑的影响施工对居民的干扰和对建筑物影响小施工对居民的干扰和对建筑物的影响大施工对居民的干扰和对建筑物的影响较小防水质量较差最好较好施工难度难度大施工技术成熟，难度小难度较大。施工速度慢快较慢从功能要求、技术难度、施工质量及经济性等方面出发，明挖法最优，盖挖法次之，暗挖法再次之。明挖法主要缺点是对路面交通影响比较大，而鉴于功能要求、造价和工期等对能否发挥修建地铁的社会效益和经济效益起决定作用，而施工期间对环境的影响只是一种短期效应，所以浅埋地铁车站仍首选明挖法施工。四、明（盖）挖地铁车站围护结构当结构施工方法选定后，车站土建的经济性主要由围护结构控制，因此，选择合适的围护结构相当重要。一般说来，常用的围护结构有：1、地下连续墙2、人工挖孔桩（限制使用）3、钻孔灌注桩4、土钉墙5、SMW工法桩6、放坡开挖7、其他围护形式（水泥土挡墙、锚索锚杆、套筒咬合桩等）以上围护形式主要是使用的地层条件、深度不同而不同。地下连续墙、人工挖孔桩、钻孔灌注桩可以应用的深度比较大，对地铁车站，主要用于主体和特殊的出入口风道（如距离房屋很近等）。其他形式（土钉墙、放坡开挖、SMW工法桩）一般属于浅基坑有采用，对地铁车站，出入口风亭有采用，但在城市繁华地段，出入口风亭离周边建筑物近了，结构也是不敢用，只能是用钻孔桩。只有在条件非常好的位置（比如荒郊野林、鸟不下蛋的地方，武汉站边的杨春湖站）才可能有在主体结构施工中采用土钉墙、放坡开挖的可能性。五、暗挖车站形式实际，在我国的现实条件下，因为其风险高、造价高、工作环境差、质量难以控制等多重因素的制约决定了暗挖车站只会越来越少。不过，也需要大家有所了解即可。（其实类型还蛮多，形式比明挖可复杂多了……）（1）单层单拱式车站隧道这种结构型式由于可获得宽敞的空间和宏伟的建筑效果，适用于埋深较大的岩石地层中；在土层和软岩地层中，施工难度大、技术措施复杂，工程费用高。可作为单层岛式站台车站和单层侧式站台车站。这两种车站隧道均需另外配置客流进出站台的途径。

（2）单层双洞分离式车站隧道单层双洞侧式站台车站隧道具有洞室小，布置灵活的特点，可适用于围岩条件稍差的地层中，也可在建筑物桩基之间穿越。采用多个横通道将两个侧式站台隧道连通，便形成分离岛式站台车站，方便乘客选择站台乘车。这种车站隧道需另外配置客流进出站台的途径。

（3）单层三洞分离式车站隧道将单层双洞侧式站台车站隧道的基础上，增加一个洞室，布置楼扶梯系统，满足客流进出站台的需要，形成单层三洞分离式车站隧道中间通道的标高可根据使用要求设置。这种结构型式可使车站站厅与站台分离，根据环境条件选择适当的站厅位置和结构型式，也可应用于换乘车站。（4）单层双拱式车站隧道单层双拱式车站隧道与单层双洞侧式站台车站隧道比较类似，即两侧洞合并成双联拱隧道型式。按其中间柱的型式，可分为双拱塔柱式和双拱立柱式两种。早期地铁采用塔柱式较多，随着施工工艺的提高，取而代之为双拱立柱式应用较多。按站台型式可分为单层双拱岛式站台车站隧道和单层双拱侧式站台车站隧道。这种结构型式一般应用于地层条件稍差，或线间距不能加大等情况，较单拱车站隧道可减小结构高度，减小施工风险，降低工程费用，但较