长沙地铁1号线新河三角洲车站结构设计.docx
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长沙地铁1号线新河三角洲车站结构设计
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长沙地铁1号线新河三角洲车站结构与施工组织设计
摘要
作为地铁交通系统的重要组成部分，地铁车站的设计在整个地铁线路设计中显得尤其重要。
本设计的内容是长沙地铁1号线新河三角洲车站结构与施工组织设计。
本设计将从车站的设计要求出发，综合车站的结构设计和施工组织设计特点和要求，对车站进行整体建筑设计。
根据具体的工程地质条件，结合安全、工艺素的统筹兼顾，对车站基坑围护结构结构设计及验算。
针对地铁车站的防灾疏散特点，本设计将对车站内的防灾疏散设施进行重点设计，确保地铁中发生火灾时能在最多程度保障乘客和工作人员生命安全，尽可能地减少火灾带来的损失。
关键词：
地铁车站主体结构设计；围护结构结构计算；防灾疏散；施工组织设计
CHANGSHMETROLINE1STATIONNEWRIVERDELTASTRUCTUREandCONSTRUCTIONORGANIZATIONDESIGN
ABSTRACT
Metrotransportationsystemasanimportantpartofthedesignofsubwaystationsubwaylinesinthewholedesignisparticularlyimportant.ThedesignofthecontentisChangshaMetroLine1StationNewRiverdeltastructureandconstructionorganizationdesign.Thedesignofthestationfromthedesignrequirements,theintegratedstructureofthestationdesignandconstructionorganizationdesigncharacteristicsandrequirementsoftheoverallarchitecturaldesignofthestation.Dependingontheengineeringgeologicalconditions,combinedwiththesafety,technologyelementsofintegrated,thestationfoundationpitstructuredesignandchecking.Forsubwaystationdisasterevacuationcharacteristics,thedesignofthestationwillfocusondisasterpreventionandevacuationfacilitiesdesignedtoensurethesubwayfireoccursinamaximumdegreeofprotectionofthesafetyofpassengersandstaff,tominimizefirescausedlosses.
Keywords:
Subwaystationmainstructuredesign;envelopestructurecalculation;Disasterevacuation;constructiondesign
第一章绪论
地下铁道，简称地铁，亦简称为地下铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统；但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。
19世纪，世界上只有英国伦敦和美国几个大城市有地铁，但到了20世纪，全世界共增加了5个拥有地铁的城市，全球达到了13个。
第二次世界大战以后，人民意思到地铁的优越性，地铁发展起来，修建地铁的前提是一个城市需拥有100万以上的人口，但地铁的重要性在这点上显示出来，一些人口基数在100万以下的城市也修建了地铁，至今为止，共有300多个城市修建了地铁，总长度超过6000km。
目前全世界的大城市中，每个地铁车站都形成一个分为上下两层的地下网络，许多附属设施都建设在地铁车站里面，也有着商业广场和娱乐场所，这些措施和地铁车站形成了一个商业圈，带动周围经济的发展，现在地铁已经成为一个城市发展的标志，但修建一个地铁消费的巨大的。
所以在修建地铁的时候，城市要根据自己的条件去建筑，不是盲目去追求所谓的经济发展。
我国的地铁建设相当地晚，中国第一个地铁建设是北京地铁，在1969年建成，第二个是天津地铁，但由于规划的因素，现已经拆除重建。
直到80年代，中国只拥有北京、上海广州有地铁规划，到了80年代中期，中国推出城市地铁交通发展的政策。
地铁有着其他交通不可比喻的优点，如：
速度快、运量大、污染少。
进入21世纪，在国家的十一五计划中，地铁交通被列入国民经济发展纲要，成为拉动国家经济发展的重大战略。
在中国，国家的地铁建设主要以100万人口的大城市为建设的主要城市，至今为止，中国共10个城市拥有地铁，长沙的地铁还在建设阶段，在建的城市有23个，这些地铁投资规模达到了将近10万亿元，总建设里程为2500km。
由于中国城市人口的密度密集，所以城市空间往地下发展是一种趋势，地下空间的发展日益完善，地下铁的建设也成为主要建设中心，用地下铁把城市地下商业绑定在一起，成为一个有多功能、有良好交通网络、商业以及其他设施共同组成的地下综合体，在以后的大城市的中心区，将会建设四通发达的地下交通网络系统，它缩短了地铁与商业广场的距离，同时为城市的地上空间流出更多的利用空间。
第二章工程概况
2.1设计范围
长沙市轨道交通1号线一期工程起于芙蓉北路与江湾路路口南侧的汽车北站，沿芙蓉北路向南敷设，在福元路路口设福元路站后下穿市污水处理厂及浏阳河并转向西行，穿越长沙市近期重点建设片区-新河三角洲，在横二路与纵二路路口南侧设新河三角洲站；在黄兴北路与开福寺路路口南侧设开福寺站与长株潭城际线换乘；沿规划黄兴北路穿越棚户区及营盘路过江隧道，在湘雅路路口设湘雅路站、营盘路路口北侧设营盘路站、五一路路口设五一广场站与轨道交通2号线换乘；线路穿越黄兴路商业步行街，在黄兴广场北侧设人民路站、城南路路口设城南路站，之后沿劳动西路东行，在侯家塘设站与规划3号线换乘后于侯家塘路口转向，沿芙蓉南路继续向南敷设，在南湖路路口设南湖路站、赤黄路路口设赤黄路站、新建西路路口设新建西路站；之后线路穿越新中路立交及京广铁路，依次在万芙路路口设铁道学院站、友谊路路口设友谊路站、湘府路路口设省政府站、黑石路路口设时代阳光大道站；过南三环后，在披塘路路口设披塘路站、中意路路口设大白路站站与规划4号线及长株潭城际线换乘；之后线路在中意路南侧出洞，以高架线的方式沿芙蓉南路侧分带敷设至一期工程终点万家丽路站，并接入尚双塘车辆段。
1号线一期工程线路全长约23.55km，其中地下线22.211km，高架线1.129km，过渡段0.21km。
全线共设车站20座，包括地下站19座，高架站1座，其中换乘站共6座，分别为新河三角洲站（与弹性线换乘）、开福寺站（与长株潭城际线换乘）、五一广场站（与2号线换乘）、侯家塘站（与3号线换乘）、省政府站（与弹性线换乘）、大白路站（与4号线、长株潭城际线换乘）。
全线在汽车北站和侯家塘站设主变电所，在万家丽路南侧设尚双塘车辆段。
在汽车北站北端，预留线路远期向捞霞片区的延伸条件，延伸线路长度约10km，车站共5座。
2.2工程地质条件
2.2.1地形、地貌、地物
长沙市位于之长平断陷盆地西南部，燕山运动造就了地貌骨架之雏型。
尔后在第四系以来的新构造运动影响下，湘江侵蚀、堆积作用，塑造了河床、阶地及其两侧不同成因类型的丘陵地貌景观。
长沙市地处湘江下游、滨临洞庭。
市西区为丘陵地貌，东部主要为河流阶地，地势展现西南高、东北低的特点，最高点岳麓山，海拔293.5m，最低点为湘江、浏阳河、捞刀河畔，海拔约30m。
湘江、浏阳河河谷发育区形成了宽泛的堆积阶地，由河流相二元结构组成。
典型的河流冲蚀、堆积地貌，分别由河谷、漫滩及阶地组成。
湘江河距本区间以西约0.5km，河堤面标高37.0-38.0m，本本区间地貌单元为湘江河的Ⅰ～Ⅱ级阶地，地面标高变化30.60-36.20m。
2.2.2地层岩性
①杂填土<1-2-1>：
褐灰、褐黄、杂色，结构松散，由粘性土混砖渣、混凝土块、建筑垃圾等回填，多为路基填土，顶部约有40-60cm混凝土路面。
②素填土<1-2-2>：
褐黄色、褐灰色，松散，可塑状，粘性土为主，含有少量细砂、砾石等，硬质物含量约为15-20%，部分混有机质。
③3.2.2淤泥质粉质粘土<1-4-2>褐色、灰褐色，软塑－流塑状，夹少量细砂，含有机质0.5%～2.0%，该层具高压缩性，工程性状差。
④粉质粘土<1-6>：
褐黄色，黄灰色夹灰白斑点，可塑－硬塑状，含少许黑色铁锰质氧化物，底部含少量粉细砂。
无摇震反应，切面较光滑，干强度中等，韧性中等。
⑤粉土<1-7>：
褐色、褐黄色、褐灰色，湿，密实状，含少量粉细砂、中砂及云母片。
摇震反应轻微，无光泽反应，干强度低。
⑥细砂<1-9>：
褐黄色，很湿-饱和，松散-稍密状，粒径级配不良，成分多为石英质，含云母，泥质充填。
⑦圆砾<1-13>：
褐黄色，黄色，很湿-饱和，稍密-中密状，圆砾含量约55%，石英质，多为亚园形，磨圆度一般，一般粒径0.5-1.5cm，最大粒径达3-4cm，中粗砂充填，混少许粘性土。
⑧卵石<1-14>：
褐黄色、黄色，饱和，中密状，成分多为石英质，圆形、亚园形，磨圆度较好，一般粒径2-含量约55%，最大粒径达10-18cm，中粗砂充填，混少许粘性土。
表2-1岔路口站土的物理性质指标（平均值）
层号
名称
含水量
土重度
孔隙比
液性指数
w
γ
e
IL
%
kN/m3
—
—
①-2
素填土
30.3
18.7
0.862
0.68
②-1a2-3
粘土
32.3
18.3
0.931
0.73
②-2b4
淤泥质粉质粘土
37.0
17.9
1.047
1.16
②-2c2-3
粉土
30.6
18.1
0.900
1.10
②-3b3-4
粉质粘土
32.8
17.8
0.989
1.14
②-3cd1-2
粉土夹粉砂
30.9
17.7
0.958
0.97
②-4b3
粉质粘土
32.2
17.8
0.988
0.95
②-4d2-3
粉细砂
26.0
18.0
0.851
②-5d1
粉细砂
25.6
18.7
0.772
2.2.2.1地下水类型
该区间地下水受基底构造、地层岩性和地形、地貌、气象及湘江河流等综合因素的影响，根据区域水文地质资料、现场调查及钻探资料分析，场地水文地质条件一般。
地下水类型分为填土中的上层滞水、第四系砂卵石层中的孔隙水及基岩裂隙水。
1）上层滞水
上层滞水存在杂填土<1-2-1>、素填土<1-2-2>层中，，透水性弱。
2）孔隙承压水
孔隙承压水存在细砂<1-9>、圆砾<1-13>、卵石<1-14>及细砂<2-1-2>、圆砾<2-8>、卵石<2-9>中。
3）基岩裂隙水
风化裂隙水主要赋存于白垩系砂砾岩及元古界板岩裂隙之中，含水层无明确界限，埋深和厚度很不稳定，其透水性主要取决于裂隙发育程度、岩石风化程度和含泥量，一般透水性弱，属极弱富水区。
故在勘察期间未测得其水位及水压。
2.2.2.2地形水位
本区间场地地下水上层滞水初见水位埋深1.80～5.20m，相应标高28.40～34.10m，稳定水位埋深1.20～4.80m，相应标高28.90～34.80m；孔隙承压水初见水位埋深7.30～11.50m，相应标高19.20～25.70m，稳定水位埋深5.50～9.50m，相应标高21.40～26.10m；基岩裂隙水由于水量较小且径流条件差，未形成明显的水位，故未测得其相应的水位。
地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给及排泄有密切的关系。
本区间所处地貌为湘江Ⅰ级阶及高漫滩，地势变化较大，区间地下水位受湘江河水位影响大。
每年4～9月份为丰水期，河流水位抬高，地下水位升高；枯水期随河流水位降低而下降。
年变化幅度2.00～4.00m。
2.2.3.3水化学特征
根据现场取样及室内试验分析，参见水质分析汇总表（附表2），场地水化学特征见表5.4-1，综合评价如下：
1）上层滞水阳离子以Ca2+为主，部分为Na+，阴离子则以SO42-为主，其次为Cl-，部分HCO32-较高，水类型主要为SO4·HCO3-Ca·Na型。
NH4+、NO3-、OH-、CO32-很少。
2）孔隙水阳离子以Ca2+和Na+为主，少量Mg2+，阴离子以SO42-为主，其次为Cl-和HCO32-，水类型主要为SO4-Ca·Na型。
NH4+、NO3-、OH-、CO32-很少。
第三章车站主体建筑设计
3.1地铁车站设计原则
在设计中，车站必须考虑的原则有：
1）适用性
作为一个城市地下交通建筑，地铁车站是一个人流相对其他地下建筑密集的地方，所以在设计地铁车站时，车站在正常使用条件下,满足有序的安排人员进出站使用要求的能力.还要有设计合理的设备用房和管理用房。
2）安全性
车站是大量客流的汇集地，因此地下车站的结构设计应满足防火、抗震、防灾及防空等安全结构的要求，同时确保质量的保证，给人们群众带来安全。
3）识别性
城市地铁的交通运输很频繁，站与站之间紧密相连，所以在每次发车的位置和车辆路线都要有明显的标志，以免乘客坐错车和错过站。
为了避免这种情况的产生，每条不同的路线都用不同颜色的色带标志，每个车站都应有明显的标志。
4）舒适性
车站的功能是为人服务，所以车站的设计是以人为本。
如果有充足的经济，车站的每个部分都要以为乘客服务的原理设计标准。
5）经济性
建设一个地铁车站投资是非常大的，投资大的主要原因是城市地铁是建设在地下，地铁车站基坑的深度和长度也是投资大的一个因素，所以在设计地铁车站的时候，在满足车站的正常功能的前提下，尽力压缩车站的深度和长度。
3.2地铁车站的选型与车站组成
地铁车站根据路线走向可以分为侧式站台候车与岛式站台候车。
每种候车形式都有个自的优缺点，侧式站台候车与岛式站台候车也一样。
侧式站台的缺点是乘客必须通过天桥才能换乘到不同的方向，如果走错方向，乘客只能返回起点，这会使乘客多走些许路程，这不适合车站设计的舒适性和经济性，而岛式站台候车是一种单线单隧道布线的方式，这种方式对城市地下人群密集地区穿越则具有很大的灵活性。
3.3地铁车站的平面布局
表3-1车站各部位最大通行能力表
部位
每小时通过人数/人
1m宽通道
单向通行
5000
双向通行
4000
1m宽楼梯
单向下楼
4200
单向上楼
3700
双向混行
3200
1m宽自动扶梯
8100
1m宽自动人行道
9600
人工检票口（月票）
3600
人工检票口（车票）
2600
自动检票机
1800
半自动售票机
900
自动售票机
300
（1）地下一层——站厅层布局
站厅层的两端为设备及管理用房，中部为公共区。
公共区分为付费区与非付费区，在付费区设置有2组楼扶梯、和一台直升电梯连接站台层，能够满足正常客流和紧急情况的疏散需要，在付费区与非付费区的交界处设置了进出闸机、检票补票亭等，非付费区设置了自动售票机。
两端设备及管理用房区，布置有通风空调电控室、AFC设备室、通信设备室、外部通信机房、信号设备室、气瓶室、弱电间、、应急照明室、照明配电室等设备用房，以及车站控制室、站长室、站务室、警务室、值班室、交接班室、更衣室、盥洗室等管理用房，并布置有内部楼梯连接站台层，供工作人员上下使用。
①客流通道口
客流通道口是站厅层的公共区，是乘客换乘的必经之路，在设计时设成左右两侧布置，这样更有利于乘客流通。
由于客流通道口是发生火灾或其他灾害的重要出口，所以通道口的宽度必须大于站台至站厅楼梯的总宽度，而且不能小于2.4m。
表3-1远期（2034年）早高峰小时客流、超高峰系数及设计流量
上行
下行
总客流量
超高峰系数
设计客流
上客
2818
上客
2345
12387
1.3
13626
下客
3360
下客
3864
上车设计客流量为：
下车设计客流量为：
设计客流量为：
三角洲站属于长沙地铁1号线的中间站，乘客在此换乘的比较多。
售票设为人工售票和自动售票两种。
人工售票亭和自动售票亭数量计算公式如下：
（3-1）
式中：
——
使用售票；
K——超高峰系数，选用1.1；
——人工售票每小时售票能力，取1200张/小时/人；自动售票机每分钟售票能力/取4-6张/分/台。
（人工售票机）=
（台）
取
=6台（人工售票机）
取人工售票机6台，自动售票机18台。
②楼梯设计
自动梯台数计算：
（3-2）
N——预测下客量（上行+下行）（人/小时）
K——超高峰系数，取1.3；
n1——每小时输送能力9600人/h/m（自动梯性能为梯宽1m，梯速为0.65m/s，倾角为30°）
n——利用率，选用0.7
计算得：
n=
自动电梯使用3台
楼梯宽度计算：
（3-3）
式中：
N——预测下客量（上行+下行）（人/小时）
K——超高峰系数，取1.3；
n2——楼梯双向混行通过能力，取3200人/h/m；
计算得：
取楼梯宽度为4米
3.3.1地下二层——站台层的公共区设计
目前长沙地铁1号线安8节车辆编组，站台长估算为186米，每趟列车载客量是2480人。
车站采用10m宽岛式站台，有效站台长186m。
站台层北端主要布置有降压变电所、冷冻机房、公共厕所、污水泵房、照明变电室等，南端布置有备品库、照明配电室、备用室等。
本车站采用岛式站台，其宽为：
（3-4）
其中：
（3-5）
式中：
——侧站台宽度；
M——远期每列车高峰小时每间隔列车单侧上、下车人数；
W——每人所占站台（含通道）面积取0.33m3/人，正常情况取0.75m2/人；
L——站台有效长度；
——横向柱数；
——横向柱宽；
——每组人行梯与自动扶梯宽度之和（m）；
小于最小侧站台宽度2.5m，实际取2.5m。
站台宽度的确定：
站台设2m宽的上下行自动扶梯和4m宽人行楼梯，柱宽0.7m，则站台宽B=2×2.5+4+0.7=9.7m，实取10m。
表3-2车站外包尺寸、站台宽度及车站层数
车站总长
标准段宽度
车站总高
站台形式/宽度
出入口及通道数量
风道、风亭数量
186m
18.7m
14.5m
岛式/10m
3
2
3.3.2地铁车站的换乘设计
城市轨道交通四通发达，常常需要通过换乘才能抵达目的地，所以建设地铁换乘方式对城市交通具有很重要的意义。
换乘的布置有两种形式，一种是站台与站台的直接换乘，站台的直接换乘能给旅客带了诸多方便，减少迷失方向的麻烦，而且省时、快捷，这种换乘方式一般都使用在地铁线路交叉的情况，地铁线路不交叉不能使用，另外一种是站台与站厅的间接换乘，这种换乘方式会给旅客带来很大的不便，但地铁车站互不相交的情况下，必须使用这种换乘方式。
由于新河三角洲站不是一个中转车站，所以不需设立换乘站台。
3.4无障碍设计
在科学技术高速发展的现在，一些人流密集的公共场所都考虑有着不同程度残疾伤残患病缺席者的使用，并设置相应的设施。
车站是人群流动密集的区域，车站的作用是为人服务，所以在各项设施中，“以人为本”是修建地铁车站的标准，于是无障碍设施成为地铁车站的一个重要环节，新河三角洲车站位于道路下面，出入口设置在道路的两侧，出入口都设有升降台，在升降台里有供轮椅挂扣，有个专门供残疾人使用的专用通道，这个通道能直接到达站厅或站台。
第四章基坑支护方案体系设计
4.1基坑周围支护结构选型
在基坑施工阶段，基坑周围的岩体产生的侧向土压力和水压力直接作用于基坑的围护结构，这些压力将传递到基坑的支撑体系。
由于新河三角洲临近湘江，有丰富的地下水资源，挖基坑的时候难免会碰到地下水，这对施工影响很大，所以要采取基坑隔水设施，在需要设计隔水设施的基坑工程中，由于基坑围护结构部具备防水的功能，必须要在支护结构外侧设置隔水帷幕。
基坑围护结构和隔水帷幕一起组成基坑周边支护体系。
常用支护结构的类型如图（4-1）：
图4-1
基坑支护结构通常分为桩（墙）式支护体系和重力式支护体系两大类，根据不同的工程类型和具体情况，这两大类可分成多种支护结构形式。
4.2围护结构的选择和布置
基坑开挖方法是明挖顺做法，基坑开挖深度是17.5米，车站临近湘江，地下水位高，土体含水量高，土质结构松散。
分析基坑附件的土体结构，它的围护结构可选择以下几种方案：
方案1：
SMW工法；
方案2：
地下连续墙；
方案3：
钢板桩，设有三道内支撑；
方案4：
钻孔灌注桩后加旋喷桩挡墙；
方案5：
挖孔灌注桩加降水帷幕，设置三道内支撑；
方案6：
灌注桩加锚杆；
方案7：
土钉墙。
根据本工程的地质及水文因素，围护结构可考虑的方案有：
方案1、方案2、方案6及方案7。
表4-1为四种方案的比较
方案名称
钻孔灌注桩后加旋喷桩挡墙
地下连续墙加内支撑
灌注桩加锚杆
土钉墙
整体性能
较好
好
一般
较好
抗渗性
较好
好
较好
差
对环境的影响
小
小
较小
较小
施工工期
快
较短
一般
短
造价
经济
高
一般
一般
其他特点
能取代地下连续墙
可以贴近施工，工效高
地下结构施工方便
节约支撑费用
由于地下连续墙施工的造价较高，从经济的角度考虑，方案2是不可取的；新河三角洲位于湘江附件，地下水位较高，用土钉墙不能达到防止透水的效果，因此方案7也不可取。
方案6，此位置的地质条件有砂层，采用灌注桩加锚杆也不是最好的方法。
方案1，钻孔灌注桩后加旋喷桩挡墙，其有特点如下：
1）灌注桩做受力结构，旋喷桩及降排水止水；
2）施工噪声低，施工方便，造价经济，止水效果好，对周边环境影响小
3）地下结构施工方便，且整体性较好。
4.3基坑主体设计及各参数计算
4.3.1基坑主体尺寸设计
考虑到本线路运营车辆为B型列车，根据其具体尺寸及规范的相关规定，参考国内外同类车站的相关尺寸。
初步设计基坑为矩形，长186m，宽18.7m。
考虑到基坑东西部为盾构始发井，根据施工需要将基坑东、西部扩张为23m。
4.3.2基坑侧向土压力计算
为确定基坑支护参数首先采用郎金理论对基坑外的土压力进行分层计算
4.3.3基坑支护体系参数设计
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