第四章地铁与轻轨的结构设计12精要

建筑工程学院4.1地铁车站结构设计明挖法施工的车站结构盖挖法施工的车站结构矿山法施工的车站结构盾构法施工的车站结构

UndergroundandLightRailTransit建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.1.1明挖法施工的车站结构(1)结构型式

矩形框架结构

按层跨：有单层、双层、单跨或多层多跨等。侧式车站多采用双跨结构；岛式车站多采用三跨结构。

建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit单跨单层车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit与城市合建的徐家汇站(与下立交隧道合建)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit合建的上海上体錧站(与地面立交桥合建)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit合建的日本都营地铁12号线车站(与高速公路合建)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit拱形结构多用于浅埋暗挖法或矿山法施工。重庆朝沙线大坪站位于Ⅳ~Ⅴ类围岩中，初次锚喷支护，二次衬砌为现浇钢筋混凝土。楼板简支在边墙牛腿上。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit莫斯科地铁明斯克地铁建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit现浇与装配式相结合的车站按施工：整体式结构、装配式结构、两者结合式结构（底板和边墙现浇，顶板和内部梁、板、柱等装配）建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit单拱全装配式车站(前苏联基辅车站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(2)构件选型与设计

顶板和楼板

单向板(梁式板)

井字梁式板

无梁板

密肋板建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit整体式无梁板式车站(莫斯科某地铁车站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit装配式密肋板车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

底板采用以纵梁和侧墙为支承的梁式板结构。无水岩层中的明挖车站，可不设受力底板，但铺底应满足整体道床的使用要求。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

侧墙分为两大类：由灌注桩与内衬墙组成的桩墙结构；地下连续墙或地下连续墙与内衬墙组成的结构。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

立柱一般采用钢筋混凝土结构。可采用方形、矩形、圆形或椭圆形等截面。柱距一般为6～8m。

建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit钢管混凝土柱(北京地铁前门站)当车站与地面建筑合建时或为特殊荷载控制设计时，柱的设计荷载很大时，可采用钢管混凝土柱或劲性钢筋高强度混凝土柱。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit劲性钢筋混凝土柱(北京地铁西客站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.1.2盖挖法施工的车站结构(1)结构型式与明挖车站的主要区别：施工方法和顺序不同建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit盖挖逆作法车站结构(永安里站)盖挖逆作法车站结构(常熟路站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(2)侧墙

重要特征：基坑临时护壁与永久结构的侧墙合二为一或作侧墙的一部分，多由地下连续墙或钻灌注桩与内衬墙组合而成。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit我国已施工逆作车站的侧壁支护及侧墙型式站名结构型式侧壁支护临时支护常熟路站双层双跨一字形地下连续墙，十字钢板接头，墙厚0.8m顶板以上一道，站厅层一道，站台层两道横撑陕西南路站双层三跨一字形地下连续墙，十字钢板接头，墙厚0.8m顶板以上一道，站厅层一道，站台层两道横撑黄陂路站双层三跨一字形地下连续墙，钢板接头，墙厚0.8m顶板以上一道，站厅层两道、站台层一道横撑三山街站双层三跨一字形地下连续墙，圆形接头，墙厚0.8m站厅层一道，站台层两道横撑永安里站三层三跨φ0.6m@1.0m分离式钻孔灌注桩加0.45m厚内衬站台层设锚杆一道大北窑站三层三跨一字形地下连续墙，圆形接头，墙厚0.6m天安门站三层三跨Φ0.8m@2.0m挖孔桩加0.5m厚内衬建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(3)中间竖向临时支撑系统

设置的必要性逆作车站，施工期间竖向力传递有2种方法：利用基坑两侧挡墙传递竖向力，此时车站主体为一单跨结构；设置中间竖向临时支撑系统，与基坑两侧挡墙共同传递竖向力。实际工程多采用第二种方法。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

系统的组成中间竖向临时支护系统由临时立柱及其基础组成。系统设置方式:1)在永久柱的两侧单独设置临时柱；

2)临时柱与永久柱合一；

3)临时柱与永久柱合一，同时增设临时柱。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

临时立柱的选型多采用钢管混凝土柱或H钢柱。钢管混凝土柱可直接作为永久柱；H钢柱则作为永久柱的劲性钢筋。

柱下基础柱下基础可采用条基或桩基。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

节点构造基本要求：传力可靠、构造简单、在盖挖逆作的特定施工工艺条件下可以操作、且不影响后续工序的作业。关键节点：侧墙与顶板、楼板和底板等水平构件的连接；后浇梁与中间柱的连接；中间柱与基础的连接。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

侧墙与顶板等水平构件的连接：最好采用搭接。

灌注桩支护时，在桩顶应设置刚度较大的钢筋混凝土圈梁，通过圈梁把与圈梁同时浇注的顶板和灌注桩连为一体。

侧壁与内衬间敷设防水夹层时，楼板与侧壁之间一般不宜用钢筋拉接，为保证逆作过程中楼板的强度和稳定性，须利用与楼板同时浇注的上层内衬墙作为拉杆，将楼板荷载传到顶板后转至侧墙。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

后浇梁与中间柱的连接：一般可在中间柱的两侧布置连续双梁，由双梁承受节点弯矩，剪力则由焊接或铆接在中间立柱上的牛腿传给立柱。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit后浇梁与钢管柱的连接建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit梁与H型钢柱的连接建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

中间柱与其基础的连接中间立柱应锚固在柱基混凝土内。

H钢柱与钢管桩的连接。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit钢管柱与灌注桩的连接建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.1.3矿山法施工的车站结构矿山法施工的车站，视地层条件、施工方法及其使用要求的不同，可采用单拱、双拱或三拱式车站，根据需要可作成单层、双层。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(1)单拱车站隧道在岩石地层中采用较多。可获得宽敞的空间和宏伟的建筑效果。但施工难度大，技术措施复杂，造价高。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit重庆地铁单拱车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit日本横滨地铁三泽下街车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit圣彼得堡地铁建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit巴黎地铁车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit米兰地铁车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(2)双拱车站隧道两种基本形式：双拱塔式和双拱立柱式。

双拱塔柱式车站这种车站在两个主隧道之间间隔一定距离开有横向联络通道，双层车站还可在其中布置楼梯间。两主隧道的净距一般不小于1倍主隧道的开挖宽度。

双拱立柱式车站双拱立柱式车站早期多在石质较好的地层中采用，随着新奥法的出现，这种型式近年来在岩石地层中已逐渐被单拱车站取代。单层双拱立柱式车站是前联邦德国一些城市地铁暗挖车站中用得较多的一种结构型式。这些车站大多埋置于软岩或松散土层中，且地下水位较高。这种结构拱圈相交点处的防水处理是相当困难的。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit双拱塔柱式车站(青岛国棉九厂站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit双拱立柱式车站(纽约地铁车站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(3)三拱车站隧道三拱车站有塔柱式和立柱式两种基本形式，但三拱塔柱式车站现已很少采用，土层中大多采用三拱立柱式车站。设计中要考虑的因素：结构型式；地质水文条件；施工方法。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit三拱立柱式车站(西单车站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit三拱立柱式车站(日本东叶高速线北习志野车站)建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.1.4盾构法施工的车站结构盾构机是一种全封闭的隧道掘进机。使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，从而在尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。

“盾”——“保护、庇护”，指刀盘、盾壳；

“构”——“构筑、修建”，即管片拼装和注浆。

建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit

有侧式、岛式、侧式与岛式混合三种基本类型。

(1)由两个并列的圆形隧道组成的车站特点：除横通道外，一般施工较简单；工期及造价均优于其它型式的盾构车站；总宽度较窄，可设置在较窄的道路之下；

适用于客流量较小的车站。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit伦敦地铁盾构车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(2)由3个并列的圆形隧道组成的三拱塔柱式车站特点：除横通道外，一般施工较简单；总宽度较大，一般为28～30m，故在较宽的路段内方可使用；适用于工程地质和水文地质条件较差的地层。基辅地铁三拱塔柱式车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(3)立柱式车站传统立柱型车站为三跨结构，先用单圆盾构开挖两旁侧隧道，然后施工中间站厅部分，将它们连成一体。这种型式的车站也称为眼镜型车站，是一种典型的岛式车站，乘客从车站两端的斜隧道或竖井进入站台。站台宽度应满足客流集散要求，一般不小于10m，站台边到立柱外侧的距离不小于2m。建筑工程学院

三跨立柱式车站多圆盾构车站结构针对传统盾构工序多，工期长，难度大，造价高的问题，日本开发了MF盾构，可不分阶段、一次开挖车站隧道，直接建成车站结构。

UndergroundandLightRailTransit建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit莫斯科地铁三拱立柱车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit圣彼得堡地铁三拱立柱式车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit东京地铁7号线白金台车站建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.2地铁区间隧道结构设计4.2.1明挖法施工的隧道结构结构型式：矩形断面，整体浇注或装配式结构。

(1)整体式衬砌结构结构断面：单跨、双跨。优点：整体性好、防水性能易得到保证，适用于各种工程地质和水文地质条件；缺点：施工工序较多，速度较慢。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit(2)预制装配式衬砌结构形式：以单跨和双跨较通用。关键技术：各构件的接头防水。优缺点：构造简单、施工方便。装配式衬砌整体性较差，对于有特殊要求的地段要慎重选用。

(3)区间喇叭口隧道喇叭口的形成：区间隧道结构随线间距的加大逐渐变化，形成喇叭口状衬砌。喇叭口的衬砌：对称型和非对称型两种。喇叭口衬砌通常都采用整体式钢筋混凝土结构。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit非对称型喇叭口结构建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.3矿山法施工的隧道结构4.3.1隧道结构类型与选择拱形结构：单拱、双拱和多跨连拱；拱形结构多用于单线或双线区间隧道或联络通道；双拱和多跨连拱多用在停车线、折线或喇叭口岔线上；4.3.2衬砌的基本结构类型

1)复合式衬砌；

2)整体式衬砌。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit矿山法修建的衬砌结构型式建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit复合式衬砌构造复合衬砌结构：初期支护＋防水层＋二次衬砌建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit北京建国门岔线复合式衬砌构造建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit整体式衬砌构造建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.4盾构法施工的隧道结构4.4.1衬砌方式

(1)预制装配式衬砌

(2)双层衬砌（预制装配式+模注钢筋混凝土整体式）

(3)挤压混凝土整体式衬砌建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit盾构法修建的衬砌结构单层装配式衬砌双层衬砌挤压混凝土整体衬砌建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit挤压混凝土衬砌(ExtrudeConcreteLining,简称ECL)施工示意图建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.4.2预制装配式衬砌管片，在盾构尾部拼装而成。按材料分有：钢筋混凝土、铸铁以及由几种材料组合而成的复合管片。箱型管片平板管片建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit榫槽式接缝圆柱状接缝建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit管片柔性连接型式柔性连接：单排直螺栓、弯螺栓、斜螺栓刚性连接：增加螺栓排数，提高刚度，造价高，次应力大建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.4.3横截面内和结构尺寸确定

(1)横截面内尺寸广州、上海地铁为圆形区间隧道，内径为5.5m，可保证3m宽的车在R300m，最大超高h=120mm的曲线上安全通过。

(2)管片厚度约为衬砌环外径的5～6%，上海为350mm，广州为300mm。

(3)管片宽度由盾构灵活性拼装能力确定，尽量加大宽度减少接缝。上海为1000mm，广州为1200mm。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.4.4衬砌环分块从制作成本、防水、拼装速度等考虑，衬砌环分块数越少越好。但从运输和拼装方便考虑，分块多了好。D≤6m，衬砌环分4～6块为宜；D>6m，分为6～8块。上海、广州都是6块。标准管片（A）、相邻管片（B）、封顶管片（K）建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.4.5封顶的拼装径向楔入和纵向插入.

封顶块位置一般设在拱顶处，但也有设在45°、135°甚至180°(圆环底部)处的，视需要而定。建筑工程学院

UndergroundandLightRailTransit4.4.6衬砌环的拼装形式

有错缝和通缝拼装两种。

错缝拼装：减少接缝及整个衬砌环的变形，整体刚度大，普遍采用。但管片制作精度不高时，管片易被顶裂，甚至顶碎。

通缝拼装：整体刚度小，但结构处理简单。建筑工程学院

Undergr