1、第一节第一节 地下车站结构设计概述地下车站结构设计概述第二节第二节 地铁车站的结构形式地铁车站的结构形式第三节第三节 明挖车站结构设计明挖车站结构设计第四节第四节 暗挖车站结构设计暗挖车站结构设计第五节第五节 地铁车站结构防水设计地铁车站结构防水设计第六节第六节 地铁车站结构设计实例地铁车站结构设计实例第三章第三章 地铁车站结构设计地铁车站结构设计车站是地铁系统中一个很重要的组成部分，地铁乘客乘坐地铁必须经过车站，它与乘客的关系极为密切；同时它又集中设置了地铁运营中很大一部分技术设备和运营管理系统，因此，它对保证地铁安全运营骑着很重要的作用。通常地铁车站由车站主体（站台、站厅、设备和管理用房）
2、、出入口及通道、通风道及地面风亭三大部分组成。第一节第一节 地下车站结构设计概述地下车站结构设计概述 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；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。地铁车站结构设计主要包括围护结构设计和主体结构设计，围护结构主要作用是挡土、挡水，为基坑土方开挖和车站结构施工提供稳定的作业空间，设计计算采用朗肯经典土压力法和弹性地基梁法。地铁车站主体结构一般为混凝土结构，其受力相对明确，主要采用极限状态法进行设计。第二节第二节 地铁车站的结构形式地铁车站的结构形式一、明挖法施工
3、的车站结构形式一、明挖法施工的车站结构形式 明挖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。u明挖法明挖法施工的车站施工的车站结构特点结构特点适应性强，可以灵活布置车站的平面及纵断面；可较好的利用地下空间；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；一般情况下浅埋地铁以明挖车站为主。矩形框架结构是明挖车站中采用最多的一种形式，根据功能要求，可以设计成单层，双层、单跨、双跨或多层多跨（图3-3）等形式。侧
4、式车站一般采用双跨结构；岛式车站多采用三跨结构，站台宽度10m时站台区宜采用双跨结构，有时也采用单跨结构；在道路狭窄的地段修建地铁车站，也可采用下、下行线重叠的结构。1 1、矩形框架结构、矩形框架结构图图3-3 上海地铁徐家汇站上海地铁徐家汇站(与下立交隧道合建，尺寸单位与下立交隧道合建，尺寸单位mm)在很多情况下地铁车站不再是一个单纯的交通性建筑物，与城市其它构筑物或建筑物合建的例子越来越多。一般用于站台宽度较窄的单跨单层或单跨双层车站，可以获得较好的建筑艺术效果。2 2、拱形结构、拱形结构3 3、整体式结构与装配式结构、整体式结构与装配式结构现浇钢筋混凝土结构具有防水性和抗震性能好，能适应
5、结构体系的变化，不需大型起吊和运输设备等优点，在我国地铁工程中获得了广泛应用。装配式结构在前苏联采用较多。由于构件批量生产，质量较易控制，而且可提高施工进度，尤其适用于定型车站的修建，但接头是防水的薄弱部位，所以后来又发展了一种底板和边墙采用现浇构件，顶板和内部梁、板、柱等采用装配式构件的部分装配式结构。二、盖挖法施工的车站结二、盖挖法施工的车站结构形式构形式盖挖法多采用矩形框架结构；盖挖车站一般均采用与围护墙结合的现浇的成型方法；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。北京地铁永安里站(尺寸单位：mm)三、矿山法施工的车站结构形式三、矿山法施工的车站结构形式断面形式应根
6、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；宜采用连接圆顺的马蹄形断面；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；硬岩中设200mm的铺底作整体道床的基础；特殊困难条件下可采用平顶式结构。1)单拱车站隧道该结构形式在岩石地层中采用较多；施工难度大技术措施复杂造价高。日本横滨地铁三泽下街车站设有横向联络通道，两主隧道的净距不小于一倍主隧道宽度；双拱立柱式早期用于石质较好的地层中，近年来被单拱车站取代。2)双拱车站隧道基本形式：双拱塔柱式和双拱立柱式；双拱立柱式车站实例3)三拱车站隧道亦有塔柱式和立柱式两种基本
7、形式；土层中大多采用三拱立柱式车站。三拱立柱式车站实例四、盾构法施工的车站结构形式1)由两个并列的圆形隧道组成的侧式站台车站图3-13，每个隧道内设一组轨道和一个站台；车站隧道的内径主要取决于侧站台宽度车辆限界及列车牵引受电方式；总宽度较窄可设在道路之下，用于客流量较小的车站；技术难点在于横通道的设计与施工。东京永田町车站2)由三个并列的圆形隧道组成的三拱塔柱式车站两侧为行车隧道，在其内设站台，中间隧道为集散厅，用横通道连成一个整体；总宽度较大，2830m，用于中等客流量车站。基辅地铁三拱塔柱式车站3)立柱式车站传统立柱型车站为三跨结构，眼镜型车站，典型的岛式车站，站台宽度10m, 站台边至立
8、柱外侧2m；传统型立柱车站施工工序多，难度大，造价高，总宽度窄，20m左右；“多圆型盾构”，盾构车站，球墨铸铁管片组成的装配式衬砌。三拱立柱式车站(尺寸单位：mm)圣彼得堡地铁三拱立柱式车站(尺寸单位：mm)五、换乘站的隧道衬砌结构形式换乘方式按结构分类：在两个或几个单独设置车站之间设置联络通道等换乘设施；修建两条或多条线路使用的联合换乘站；在两个相交车站的局部，修建公共换乘结点。按线路在车站内的位置，后两种又分为：两条线路设于同一水平上的车站；两条线路设于不同水平上的重叠式车站：两条线路设于同一水平上的交叉式车站；重叠式车站的站台形式：上层侧式，下层两侧式间作共享通道；上下层均为侧式站台；上
9、下层均为岛式站台。第三节第三节 明挖车站结构设计明挖车站结构设计一、地铁车站围护结构设计流程及内容二车站围护结构设计1.围护结构设计概述明挖地铁车站需要进行基坑的支护和开挖，在车站结构设计过程中，需要设计人员对土力学、基坑支护技术、相关技术规范进行学习并能够灵活运用。（1）安全可靠。首先，必须确保基坑工程本体的安全，为地下结构的施工提供安全的施工空间；其次，基坑施工必然会产生变形，可能会影响周边的建筑物、地下构筑物和管线的正常使用，甚至会危及周边环境的安全，所以基坑工程施工必须要确保周围环境的安全。（2）经济合理。基坑围护结构体系作为一种临时性结构，在地下结构施工完成后即完成使命，因此在确保基
10、坑本体安全和周边环境安全的前提下，尽可能降低工程费用，要从工期、材料、设备、人工以及环境保护等多方面综合研究经济合理性。（4）施工便利。基坑的作用既然是为地下结构提供施工空间，就必须在安全可靠、经济合理的原则下，最大限度地满足便利施工的要求，尽可能采用合理的围护方案，以减少对施工的影响，保证施工工期。围护结构设计的内容包括：1.根据设计原则和技术标准比选围护结构方案、2.拟定围护结构主要尺寸及参数3.选定支撑体系4.确定荷载图示及计算图示5.对围护结构不同工况进行计算及验算6.绘制车站围护结构设计图纸。围护结构设计可采用相关设计软件（如理正深基坑、同济启明星）进行，但学生也必须要了解和掌握相应
11、的设计理论和计算方法。2.围护结构的类型及选择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。软土地区地铁车站一般采用地下连续墙、钻孔灌注柱、人工挖孔桩及SMW工法作为施工阶段的围护结构。地下连续墙可作为主体侧墙结构的一部分，与内部现浇钢筋混凝土组成双层衬砌结构；也可将单层地下连续墙作为主体侧墙结构。单、双层墙应经工程造价、进度、结构整体性、防水堵漏、施工处理等综合比较后，根据不同地质、周围环境等选用。围护结构型式优点缺点地下连续墙1技术相对成熟；2适用于各种地层，复杂周边环境工程；特别是止水要求严格的基坑支护。1工程投资高；2施工机具要求较高，施工
12、工艺复杂；3施工技术要求高；4施工机具占用场地较大；5废弃泥浆等对环境有污染；6基坑开挖时需另设支撑。人工挖孔桩1技术成熟，施工工艺简单，操作方便；2施工精度易控制；3占用场地小；4施工进度较快；5对周边环境影响较小。1与放坡开挖及土钉墙等相比，工程投资相对较大；2受地质条件的限制较大，一般不宜用于淤泥及含水砂层；3其适用范围受严格限制，并有逐渐淘汰的趋势。钻孔灌注桩1技术相对成熟，工艺相对简单；2适用于各种地层，受地质条件的限制较小；3单桩成孔时间短，施工进度快。1在含水地层使用还需配以止水措施，工程投资综合较高；2对环境有一定影响；3基坑开挖时需另设支撑。土钉墙1技术成熟，施工工艺简单，操
13、作简单，难度小；2施工精度易控制，工程投资小；3由于不需设置支撑，对主体结构施工的影响小。1土钉锚杆的设置，对后续邻近工程可能有一定影响；2对砂层需降水处理；3土钉墙需按一定坡度设置，基坑施工场地相对较大。放坡开挖1施工简单，施工难度小；2施工进度较快；3由于不需设置支撑，主体结构施工方便。1由于自然放坡的坡率大，若基坑较深则基坑开挖面积大，工程投资相对较大；2占用场地大，对环境有影响。套筒咬合钻孔灌注桩1技术相对成熟，综合造价低；2适用于强风化、全风化及各类土层；3适宜地层中单桩成孔时间短，施工进度快；4与钻孔灌注桩相比，桩间咬合达到止水，不需另外设置止水桩；5与钻孔灌注桩相比，不需进行泥浆
14、处理，对环境影响小。1需动用钻孔机具及套筒工具，施工工序较复杂；2在中、微风化及大粒卵石等地层施工困难；3混凝土配比技术要求高；4成桩精度要求高（特别是垂直度）；5基坑开挖时需另外设置支撑。SMW工法桩1技术相对成熟，综合造价低；2防渗、止水性能好，对内衬约束小；3、与排桩相比，不需另外设置止水帷幕。1、结构刚度小，适用于浅基坑；2、受机具限制，成桩长度受限；3基坑开挖时需另外设置支撑。4、不适用于硬塑以上的土层。因我国地域广大，各地工程地质和水文地质条件千差万别，因此，各地地铁基坑工程的安全等级分级标准并不一致，在进行工程设计时，应根据建设场地的工程地质和水文地质条件，以及基坑周围环境条件和
15、环境保护要求，因地制宜的确定基坑工程的安全等级，我国各城市地铁采用的基坑工程安全等级标准见表3-33-4。表中H为基坑开挖深度。基坑等级地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要求环境保护要求一级1.地面最大沉降量0.1%H；2.围护墙最大水平位移0.14%H；基坑周边以外0.7H范围内有地铁、共同沟、燃气管、大型压力总水管等重要建筑或设施。二级1.地面最大沉降量0.2%H；2.围护墙最大水平位移0.3%H；离基坑周边0.7H范围内无重要管线或建（构）筑物；离基坑周边0.7H2H范围内有重要管或在用管线、建（构）筑物。三级1.地面最大沉降量0.5%H；2.围护墙最大水平位移0.7%H；离基坑周边2H
16、范围内没有重要或较重要管线、建（构）筑物。上海地铁基坑工程的安全等级 表3-3保护等级地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要求周边环境保护要求特级1.地面最大沉降量0.1%H；2.围护墙最大水平位移0.1%H，或30mm，两者取最小值；1. 离基坑0.75H周围有地铁、燃气管、大型压力总水管等重要市政设施。2.开挖深度18m，且在1.5H范围内有重要建筑、重要管线等市政设施或在0.75H范围内有非嵌岩桩基础埋深H的建筑物。一级1.地面最大沉降量0.15%H；2.围护墙最大水平位移0.2%H，且30mm；1.离基坑周围H范围埋设有重要干线、在用的大型构筑物、建筑物或市政设施；2.开挖深度14m，且
17、在3H范围内有重要建筑、管线等市政设施或在1.2H范围内有非嵌岩桩基础埋深H的建筑物。二级1.地面最大沉降量0.3%H；2.围护墙最大水平位移0.4%H，且50mm；仅基坑H范围外有必须保护的重要工程设施。三级1.地面最大沉降量0.6%H；2.围护墙最大水平位移0.8%H，且100mm环境安全无特殊要求广州地铁二号线、南京地铁一号线基坑工程的安全等级 表3-4围护结构选择基坑保护等级要求较高时，宜采用刚度大、止水性好的围护结构。根据以上比选，围护结构初步按如下原则选用：（1）对于 10m以下基坑（出入口、风道结构）在场地条件允许时，优先考虑最经济的放坡开挖。不具备相应场地情况下，采用重力式挡土
18、墙、土钉、SMW工法桩等支护形式。（2）对于1015m 基坑（单层站）该类基坑可选用SMW工法桩、钻孔咬合桩、钻孔桩、人工挖孔桩、地下连续墙。（3）对于1518m基坑（双层站）该类基坑可选用人工挖孔桩、钻孔灌注桩、地下连续墙围护。3.围护结构与主体结构的组合方式把地下连续墙和灌注桩等基坑支护作为主体结构的一部分加以利用，既可以节约工程投资，又减少了资源的消耗，符合可持续发展的要求，我国大多数明挖地铁车站都是按照这一原则设计的。主体结构的侧墙可有单一墙、叠合墙和复合墙等三种形式。以地下连续墙为例，围护结构与主体地下结构外墙相结合的形式如图3-17所示。（1）单一墙结构围护结构直接用作主体结构的外
19、墙，采取构造措施使围护结构与结构物的各层板（水平构件）都能结合牢靠。此种型式的优点是结构构造简单，内部不需要另做受力结构的外墙，内外层钢筋得到充分利用，在一定条件下可节省混凝土及钢筋。但此种方法的节点构造比较复杂，要在围护结构上预留接驳钢筋；防水尤其是节点处的防渗需做专门处理。此种结构形式仅在上海地铁中少量采用，由于其耐久性很难进行定性的分析，故新地铁规范对此种形式的运用有严格的限制。采用单一墙结构时，围护结构应采用连续墙。防水方案为半包防水（仅顶板增设附加防水层）。（2）复合墙结构在围护结构内另做主体结构，两者之间设有隔离层（防水层）或其它支点。两者之间能传递压力而不能传递拉力、剪力和弯矩。
20、该种方式主体结构的防水性能较其它结构型式为好，受力分析也较为明晰。此时围护结构一般选用柱列桩或连续墙。防水方案采用的全包防水方式。（3）叠合墙结构叠合式结构的结合为：在单一式结构基础上，围护结构内侧另加上一层钢筋混凝土内墙，并保证围护与主体顶、中、底板节点处的刚接。围护结构与内墙全面凿毛或设置足够的连接筋，使之完全成为一个整体结构。该种方式墙体刚度大，内墙的设置相当于增加了一层防水层，防渗性能较单一式好。但新旧混凝土之间的结合很重要，故其内侧应清理干净。此外新老混凝土之间因干燥收缩不同而产生的应变差会使结构产生较大的应力，易导致内墙混凝土开裂，并且该应力值较难确定。必须提请注意的是，使用叠合墙
21、结构时，围护结构应采用连续墙。防水方案为半包防水方式。4.内支撑系统采用内支撑系统的深基坑工程，一般由围护体、内支撑及竖向支承三部分组成，其中内支撑与竖向支承两部分合称为内支撑系统。内支撑系统具有无须占用基坑外侧地下空间资源、可提高整个围护体系的整体强度和刚度，以及支撑刚度大、可有效控制基坑变形等诸多优点，在深基坑工程中已得到了广泛应用。（3）围护结构受力分析方法围护结构现行的计算方法一般均采用弹性法，其特点是将围护墙视为竖向弹性地基上的结构，用压缩刚度等效的土弹簧模拟地层对墙体变形的约束作用，可以跟踪施工过程，逐阶段地进行计算。根据加载方式的不同，现在国内分析地下车站结构基本方法有“总和法”
22、和“增量法”。1）总和法其典型实例是围护结构仅作为临时结构，即明挖基坑在开挖和加撑阶段对围护墙的受力分析。在支撑处应计入设置支撑前该点墙体已产生的水平位移，由此可直接求得当前施工阶段完成后结构的实际位移及内力。计算简图如图3-20。每步算出的内力每步算出的内力、位移均为当前结、位移均为当前结构的内力、位移，构的内力、位移，无需与上、下步工无需与上、下步工况叠加，与增量法况叠加，与增量法不同。不同。2）增量法其典型实例是逆筑法结构、叠（复）合结构。采用增量法计算时，外荷载和所求得的结构位移及内力都是相对于前一个施工阶段完成后的增量，本步的增量内力、位移需与之前所有阶段的增量内力、位移进行叠加后方
23、可得到当前施工阶段完成后结构的实际位移及内力。图3-21是增量法的计算简图。总和法和增量法的选用根据地铁规范，上述两种方法均可应于地铁结构设计。但总和法从原理上说各个施工阶段是独立计算的，在考虑结构体系变形的连续性方面有欠缺，虽说开挖阶段在支撑处考虑了以前各阶段“先期位移”的影响，近似于满足这个条件，但当地铁车站的回筑阶段，要考虑主体结构的“先期位移”则极难，故总量法一般仅用在开挖阶段，回筑阶段一般考虑增量法进行计算。6.基坑稳定性验算基坑稳定性验算是指分析基坑周围土体或土体与围护结构体系一起保持稳定性的能力。建筑地基基础设计规范（GB 50007）将基坑稳定性归纳为：支护桩、墙的抗倾覆稳定；
24、基坑底土体抗隆起稳定；基坑边坡整体稳定；坑底土渗流、突涌稳定等4个方面。依据地铁设计规范（GB 50517-2013），基坑工程稳定性验算的内容应根据围护结构的类型确定，见表3-5所示。三、车站主体结构设计1.结构设计原则（1）地下结构的设计应以地质勘察资料为依据，根据现行国家标准地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范按不同设计阶段的任务和目的确定工程勘察的内容和范围，考虑不同施工方法对地质勘探的特殊要求，通过施工中对地层的观察和监测反馈进行验证。（2）地下车站结构的设计，应减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，也应考虑城市规划引起周围环境的改变对结构的影响，位于城市主干道下的车站顶板覆土不应小
25、于3m；位于城市次干道下的车站顶板覆土不应小于2.5m，对于特殊地段，在取得规划部门的同意，覆土厚度要求可作适当调整。（3）地下车站结构设计应根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件及城市总体规划要求，结合周围地面既有建筑物、管线及道路交通状况，通过对技术、经济、环境影响和使用效果等综合评价，合理选择施工方法和结构型式。在含水地层中，应采取可靠的地下水处理和防治措施。（4）地下车站主体结构按设计使用年限100年的要求进行耐久性设计，并满足现行的混凝土结构设计规范和地铁设计规范中的有关规定。（5）地下车站结构的设计，应根据施工方法、结构或构件类型、使用条件及荷载特性等，选用与其特点相近的现行结构
26、设计规范和设计方法，结合施工监测进行信息化设计。（6）地下车站结构的净空尺寸应满足本线的建筑限界和其它使用及施工工艺等要求，并考虑施工误差、测量误差、结构变形和位移的影响。（7）车站结构按当地的地震烈度进行抗震计算，其设防分类为乙类，抗震等级一般不低于三级。在结构设计时采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。（8）地下车站必须具有战时防护功能，在规定的设防部位结构设计按六级（或五级）人防的抗力标准进行验算，并设置相应的防护措施。（9）地下结构应根据现行地铁杂散电流腐蚀防护技术规程采取防止杂散电流腐蚀的措施。钢结构及钢连接件应进行防锈处理。三地铁车站结构的荷载内力计算与设计主要内容：结
27、构选型，荷载计算，基坑围护结构设计，内衬设计，结构楼板和梁设计，抗浮设计，出入口通道设计、风道设计等，另外还包括端头井设计，车站纵向结构设计，防杂散电流设计，防水设计和人防设计等。地铁车站结构静动力工作特性进行地铁车站结构的静动力计算时，必须考虑结构与地层的共同作用；一般采用结构计算经验判断和实测相结合的信息化设计方法；设计模型随结构形式和施工方法而异；软土中的浅埋车站常用荷载结构模型；深埋或浅埋的岩层中的车站采用连续介质模型（地层荷载模型），包括解析法和数值法。2.荷载种类及计算1）荷载种类）荷载种类作用在地铁车站结构上的荷载可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载，结构计算时应根据上述三类荷载进
28、行最不利组合。对浅埋地铁结构以基本组合（仅考虑永久荷载和可变荷载）最有意义，只有在特殊情况下，才有必要按偶然组合来验算。永久荷载即长期作用的恒载，包括地层压力、结构自重、车站结构上部或破坏棱柱体内的设施及建筑物基底附加应力、静水压力和浮力）、混凝土收缩和徐变影响力、预加应力以及设备自重等。可变荷载又可分为基本可变荷载和其它可变荷载两类。基本可变荷载，即长期的经常作用的变化荷载，如地面车辆荷载（包括冲击力）和其所引起的侧向土压力、地铁车辆荷载（包括冲击力、摇摆力、离心力）以及人群荷载等。其它可变荷载，即非经常作用的变化荷载，如温度变化、施工荷载（施工机具、盾构千斤顶推力、注浆压力等）。偶然荷载即
29、偶然的、非经常作用的荷载，如地震力、爆炸力以及沉船、抛锚或河道疏浚产生的冲击力等灾害性荷载。荷载计算时应按照施工阶段和使用阶段分开考虑。2）荷载计算（1）结构自重计算结构自重时，各种材料重度应根据建筑结构荷载规范及相关标准确定。（2）地层压力地层压力主要是土压力，包括垂直土压力和水平侧向土压力。土压力是地铁结构所承受的主要荷载，其选用是否得当关系到结构的安全度，不可不慎。垂直土压力按结构顶板上的全部土柱进行计算，不考虑折减。水土侧压力a、合算的规定施工阶段：对粘性土层采用水土合算，对砂层采用水土分算。使用阶段：一律采用水土分算。b、侧压力的选用当基坑等级较低，对控制变形没有严格要求时，应选用主
30、动土压力计算。当基坑等级较高，对控制变形有严格要求时，应选用静止土压力计算。c、侧压力计算迎土面常用的水土侧压力选用以下三种模式：矩形土压力、三角形土压力和经验土压力，矩形和三角形土压力模式按朗肯土压力理论求得。其中三角形土压力很少采用，多数采用的是矩形土压力和经验土压力。矩形土压力：作用于基坑挡土结构外侧的主动土压力按朗肯土压力理论计算。经验土压力模式：土压力经验土压力系数土体竖向应力。（3）直接承受地铁车辆荷载的楼板换乘站中直接承受地铁车辆荷载的楼板等构件，地铁车辆竖向荷载应按实际轴重和编组计算，并考虑动力作用的影响，同时尚应用线路通过的重型设备运输车辆的荷载进行验算。（4）人群荷载车站站
31、台、楼板和楼梯等部位的人群均布荷载的标准值应采用4.0kPa。（5）设备重量设备用房楼板的计算荷载应根据隔墙布置以及设备安装、检修和正常使用的实际情况进行确定，其标准值不得小于8.0kPa。（6）结构上部和破坏棱体范围内的设施及建筑物压力在计算结构上部和破坏棱体范围内有设施和建筑物压力时，对已有或已经批准待建的建筑物压力在结构设计中均应考虑。（7）施工荷载施工荷载一般可按20kPa计算，在端头井附近由于盾构隧道施工时堆放管片及其它特殊情况时，其值应按相关专业要求确定。（8）地面车辆荷载及其冲击力当覆土厚度大于3m时，可按10kPa均布荷载计算，并不考虑动力影响；当覆土厚度小于3m时，其地面超载
32、则按有关规范的规定确定；当覆土厚度小于2m时，还需考虑相应的动力影响。（9）混凝土收缩及徐变影响外露的超静定结构及覆土小于1m或截面厚度大的结构应考虑混凝土收缩的影响。混凝土收缩的影响可假定用降低温度的方法来计算。对于整体浇注的混凝土结构相当于降低温度20；对于整体浇注的钢筋混凝土结构相当于降低温度15；对于分段浇注的混凝土或钢筋混凝土结构相当于降低温度10；对于装配式钢筋混凝土结构相当于降低510。（10）施工荷载组合结构设计中应考虑下列施工荷载之一或可能发生的几种情况的组合：设备运输及吊装荷载；施工机具荷载；地面堆载、材料堆载；盾构法施工时千斤顶的顶力；盾构过车站的设备荷载；注浆所引起的附
33、加荷载。3.车站主体结构计算理论与方法1）明挖结构计算方法作用在明挖结构底板上的地基反力的大小及分布规律，依结构与基底地层相对刚度的不同而变化。当地层刚度相对较软时，多接近于均匀分布；在坚硬地层中，多集中分布在侧墙及柱的附近。为了反映底板受力的这一分布特点，可采用底板支承在弹性地基上的框架模型来计算。当围护墙作为主体结构使用时，可在底板以下的围护墙上设置分布水平弹簧，并在墙底假定设置集中竖向弹簧，以分别模拟地层对墙体水平变位及竖向变位的约束作用，此时计算所得的墙趾竖向反力不应大于围护墙的竖直承载力。按弹性地基上的框架模型考虑围护结构与主体结构的共同作用，按长期使用工况（水土分算、土压力作用在围
34、护结构上、水压力作用在主体结构侧墙上）作用在结构上的荷载计算。2）明挖结构计算图示由于围护结构与主体结构之间的结合形式不同，因此应根据所设计的车站围护结构形式采取不同计算图示。由于目前国内许多地铁设计单位各自使用不同的计算软件或计算习惯不同，实际采用的计算图示有一定差异。图3-22为常见的复合墙形式地铁车站结构计算图示。3）平面问题的简化计算方法地铁车站是通过顶板将竖向荷载和集中荷载转化为线荷载传递给纵梁，通过纵梁再把荷载转化成集中荷载和弯矩传递给柱，再由柱将荷载传递给底板纵梁，进而转化为底板的面荷载传递给地基，完成竖向荷载的传递。由于地铁车站一般为长通道结构，其横向尺寸远小于纵向尺寸，在现行
35、的地铁车站设计中，一般简化为平面问题求解。目前常用的计算方法为刚度等效法。刚度等效法是将车站结构作为平面应变问题来考虑，故框架结构沿纵向取一延米计算。由于中立柱在纵向上的不连续性，将柱按照刚度等效的原则换算为“中隔墙”进行计算。然后以等效的墙后代替柱来进行平面框架有限元计算，求得的墙内里即为柱的内力，并以此来进行配筋及强度验算。对板、墙直接以计算所得的内力值进行配筋，而对柱子则要将柱的计算内力值乘以柱跨l之后再进行配筋。4.计算要点明挖车站目前计算模型多采用“荷载结构”模型，相关计算软件种类较多，包括SAP84,、SAP2000等软件。设计院在设计计算时，主要采用这两种软件对车站结构进行计算。
36、地铁车站结构的构造设计明挖法施工的车站1)顶板和楼板可采用单向板、井字梁式板、无梁板或密肋板等形式。2)底板基本上都采用以纵梁和侧墙为支撑的梁式板结构。3)立柱明挖法车站的立柱一般采用钢筋混凝土结构。按照常规荷载设计的地铁车站站台区的柱距一般取68m。当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。4)侧墙：采用放坡开挖或工字钢桩、钢板桩作基坑临时护壁时，侧墙多采用以顶底板及楼板为支撑的单向板；采用地下墙或钻孔灌注桩护壁时，利用他们作主体侧墙的一部分或全部。侧壁支护与内衬墙之间构造视传力方式不同，有三种处理方式：单一墙式结构复合墙式结构叠合墙式结构。连续墙作为侧墙一部分时，水
37、平构件连接方案：在连续墙内预埋弯起钢筋，与水平构件的主筋焊接；预埋接驳器与水平构件的主筋连接。第六节 地铁车站结构设计实例一、某地铁徐庄软件园站1.工程概况徐庄软件园站位于仙林板块徐庄软件园的数码路上，在苏园路与东来路之间，沿数码路布设，为地下两层岛式站台车站。站点周围环境相对较为简单，数码路与东来路交叉口东北象限有苏宁总部大楼，距离车站较远。数码路北侧建筑距离车站也较远。数码路南侧为空地。根据控制性详细规划，站址周边规划有商业用地、工业用地、居住用地、广场等，沿数码路规划有宽20m的绿地，车站东端有一规划河道。2.总平面布置车站位于数码路下方，呈东西向布置，车站外包总长460.3m，标准段外
38、包总宽19.2m。车站为地下二层岛式站台车站。受地形限制，东端停车线绝大部分采用地下一层框架结构。地下二层结构覆土厚度2.14.9m，地下一层结构覆土厚度3.44.3m。车站布置两组风亭，均为低风亭，沿街边绿化带布置，融入环境，景观良好。消防出入口和1号风亭组合布置。总平面布置见图3-25。3. 结构方案的选择(1）环境保护等级的确定徐庄软件园站外包总长460.3m，标准段外包总宽19.2m，标准段基坑深约13.519.5m，端头井基坑深约15.4m（西端区间采用矿山法施工，无端头井），顶板覆土2.14.9m。在基坑附近一倍基坑开挖深度（H）范围内没有必须保护的重要工程设施，因此，基坑安全等级
39、定为二级。要求地面最大沉降量0.2%H，围护结构最大水平位移0.3%H，且30mm。(2）围护结构选型徐庄软件园站上部土体主要为I层填土、层粉质粘土，厚度约12m，下伏基岩为三叠系马青组（13层）粉砂岩夹泥岩，间有钙质泥岩夹层，抗压强度相对较低。岩体强风化层厚度一般24m，最大达8.5m。车站底板结构坐落于砂岩层内。周边环境较简单，基坑距离建筑物较远。根据本站基坑埋深条件、场地地质及周边环境保护要求，结合地方深基坑建设经验，经计算分析确定围护结构采用人工挖孔桩。地下一层出入口、风道结构，由于基坑较浅，基坑围护结构采用SMW工法桩加钢管内支撑。4.围护结构设计(1）围护结构形式徐庄软件园站标准段
40、基坑深约13.519.5m，端头井基坑深约15.4m（西端区间采用矿山法施工，无端头井），围护结构采用桩径1200mm人工挖孔桩，桩距1700mm。沿基坑深度方向设置四道支撑（加一道倒撑），其中第一道支撑为800900mm钢筋混凝土支撑，其余为609（t=16mm）钢支撑。桩间采用网喷混凝土。出入口基坑深约9.811.2m，围护结构采用850600的SMW工法桩。沿基坑深度方向设置二道钢支撑，均为609（t=12mm）钢支撑。（2）入岩深度的确定围护结构的入土深度考虑车站所处环境条件、地质条件、围护结构的抗隆起、抗滑移、抗倾覆及稳定性等因素，并结合相关工程的施工经验确定。徐庄软件园站标准段围护
41、桩桩长1824m，插入中风化粉砂岩4m。（3）围护结构计算围护结构开挖阶段计算时必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形，后支撑”的原则进行结构分析计算。围护结构内力分析考虑沿车站纵向取单位长度按弹性地基梁计算。当车站结构位于粘土层、粉砂岩层中时，施工阶段地层压力采用水土合算。基坑开挖面以上基坑外侧采用朗金土压力公式，开挖面以下基坑外侧土压力采用矩形分布，基坑内侧由弹簧模拟地层作用。地下两层车站标准段单根桩最大弯矩为Mmax=1712.6kNm，最大剪力Qmax=773.9kN，围护结构最大水平位移为14.4mm1.05，满足抗浮要求。（4）结构防水以结构自防水为主，附加外防水为辅，
42、关键是处理好施工缝、变形缝等缝的防水。本车站埋深20m的结构混凝土抗渗等级P8；埋深在20m30m的结构混凝土抗渗等级P10；如不同埋深的结构混凝土为一次浇筑，则混凝土抗渗等级应按较大埋深的结构取值。柔性全包防水层为，结构的侧墙与底板采用反应性自粘型橡胶防水卷材（2mm厚），顶板则采用单组份聚氨酯防水涂料（2mm厚）构成全包防水。在重点部位如阴阳角、施工缝、变形缝除大面柔性防水层外需增设防水加强层。 第四章 隧道结构设计第一节 地铁区间隧道结构设计一、地铁区间隧道选型地铁的地下线路铺设在隧道中，连接两个地铁车站之间的隧道称为区间隧道。区间隧道的走向和埋深，受工程地质和水文地质条件、地面和地下环
43、境影响，施工方法等因素制约，直接关系到造价的高低和施工的难易。 地铁区间隧道结构包括行车隧道、渡线、折返线、地下存车线、联络线以及其它附属建筑物。 地铁隧道的特点: （1）大多埋置于第四系的疏散或含水地层中，为了保证开挖面和洞周围岩的稳定，施工中通常需要采取一定的辅助措施，地下水是威胁隧道安全的主要因素；也有个别城市的地铁新奥法隧道埋置于较稳定或稳定的岩石地层中。 （2）除稳定岩石地层中的区间隧道外，大多属于浅埋隧道。 （3）环境保护要求高，必须严格控制隧道开挖引起的地面沉降和爆破振动对地面建筑物及城市居民生活的影响。 （4）考虑地铁结构的耐久性要求，锚喷支护不宜单独作为永久衬砌结构。 （5）
44、监控量测是施工中不可缺少的环节。二、地铁区间隧道的结构形式地铁区间结构主要是保证安全行车空间，区间隧道结构的跨度比车站小，地铁车站施工中可能采用的明（盖）挖法、新奥法和盾构法均适用于地铁区间。1.明挖法修建的地铁区间隧道结构形式 明挖法施工的地铁区间隧道结构通常采用矩形断面，一般为整体浇注或装配式结构，其优点是其内轮廓与地铁建筑限界接近，内部净空可得到充分利用，结构受力合理，顶板上部便于敷设城市地下管网和设施。 1）整体式衬砌结构 结构断面分单跨、双跨等形式，由于整体性好，其防水性能容易得到保证，可适用于各种工程地质和水文地质条件，但其施工工序较多，速度较慢。 2）预制装配式衬砌 预制装配式衬
45、砌的结构形式应根据工业化生产水平、施工方法、起重运输条件、场地条件等因地制宜选择，目前以单跨和双跨较为通用。装配式衬砌各构件之间的接头构造，除了要考虑强度、刚度、防水性等方面的要求外，还要求构造简单、施工方便。 装配式衬砌整体性较差，对有特殊要求（如防护、抗震等）的地段要慎重选用。 3）区间喇叭口隧道 在岛式车站两侧行车道与正线双线区间隧道之间需设置过渡段，区间隧道结沟随线间距的加大逐渐变化，形成喇叭口状衬砌。 喇叭口衬砌根据线路走向可分为对称型和非对称型两种。车站中线与区间隧道中线在一条直线上的采用对称型；不在一条直线上的采用非对称型。喇叭门衬砌通常都采用整体式钢筋混凝土结构。 4）渡线隧道
46、、折返线隧道 为满足运营需要，进行列车折返调度、换线、停车等作业，区间隧道内需设置单渡线、交叉渡线，隧道断面需适应岔线线间距的渐变，并对结构物进行特殊设计。 5）联络通道及其它区间附属结构物 为保证乘客安全疏散，两单线区间隧道间应设置联络通道。该通道也可供消防和维修养护人员使用，或用于敷设管线等。 为排除区间隧道的渗漏水、维修养护用水等，在线路最低点需设置排水站。根据通风、环控系统的设计，有时还需设置区间风道等附属结构物。一、明挖法一、明挖法 明挖法指的是地下结构工程施工时，从地面向下分层、分段依次明挖法指的是地下结构工程施工时，从地面向下分层、分段依次开挖，直至达到结构要求的尺寸和高程，然后
47、在基坑中进行主体结构开挖，直至达到结构要求的尺寸和高程，然后在基坑中进行主体结构施工和防水作业，最后回填恢复地面。施工和防水作业，最后回填恢复地面。明挖法施工的车站结构明挖法施工的车站结构适应性强，可以灵活布置车站的平面及纵断面；适应性强，可以灵活布置车站的平面及纵断面；可较好的利用地下空间；可较好的利用地下空间；尤其适用于客流量大的车站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；间综合开发利用的车站；一般情况下浅埋地铁以明挖车站为主。一般情况下浅埋地铁以明挖车站为主。2050线路中线21503002050轨面标高4600线
48、路中线2150560矩形隧道结构结构形式一般为整体浇注钢筋混凝土矩形框架结构，可设中隔墙或根据线路要求采用单跨结构，隧道出地面后为钢筋混凝土U槽型结构。敞开段U型结构2.新奥法修建的地铁区间隧道结构形式 1）隧道衬砌结构要求 在交通繁忙的市区修建地铁区间隧道通常采用暗挖法，在工程地质和水文地质条件适宜时，暗挖法中的新奥法不失为一种最佳的施工方法。 采用新奥法修建的区间隧道，隧道衬砌应满足以下基本要求： （1）须能与围岩大面积牢固接触，保证衬砌与围岩作为一个整体进行工作。 （2）允许围岩能产生有限制的变形（在浅埋隧道中限制较严格），能在围岩中形成卸载拱，不使上覆地层的重量全部作用到衬砌上。故隧道
49、衬砌刚度相对偏小，如因强度需要，则可通过配筋解决。 （3）隧道衬砌以封闭式为佳，并尽可能接近圆形，一般都应设置仰拱，以增加结构抵抗变形的能力和整体稳定性。围岩十分稳定时，亦可不设仰供，但需铺底，其厚度不得小于10cm。最常用的断面形式为直墙拱形、马蹄形、口形等。 （4）隧道衬砌应能分期施工，又能随时加强，因而可根据施工量测信息，调整衬砌强度、刚度和施作时机，以及仰拱闭合和后期支护的施工时间，以主动“控制”围岩变形。 2）隧道衬砌结构类型与选择 地铁区间隧道采用矿山法施工时，一般采用拱形结构，其基本断面形式为单拱、双拱和多跨连拱。前者多用于单线或双线的区间隧道或联络通道，后两者多用在停车线、折返
50、线或喇叭口岔线上。视地层及地下水条件、环境条件、施工方法及隧道开挖断面尺寸的不同，矿山法隧道可选用单层衬砌或双层衬砌。浅埋暗挖法浅埋暗挖法 浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。在城镇软弱围岩地层中，地下洞室暗挖施工的一种方法。在城镇软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅（或其他钢结构）和喷以控制地表沉降为重点，以格栅（或其他钢结构）和喷锚作为初期支护手段，称之为浅埋暗挖法。锚作为初期支护手段，称之为浅埋暗挖法。浅埋
