地铁车站结构基本知识讲座.docx

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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

700

400

800

700

11m站台单柱双层车站

800

400

900

700

12m站台双柱双层车站

700

400

800

700

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/m2，一般地铁车站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：

一般采用灌注桩的车站：

施工工序如下图：

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：