1、a1地铁与轻轨工程地铁与轻轨工程第四讲：第四讲：地铁工程结构设计综述地铁工程结构设计综述 a24.1地铁车站与区间的分类l地铁车站与区间可以根据其不同的地铁车站与区间可以根据其不同的特征进行不同的分类特征进行不同的分类 所处位置所处位置 埋深埋深 运营性质运营性质 站台型式站台型式 施工方法等施工方法等a34.1.1按车站与地面相对位置分类 地下车站或区间地下车站或区间车站或区间结构位于地面以下。这车站或区间结构位于地面以下。这种情况下轨顶至地表距离一般大于种情况下轨顶至地表距离一般大于1015m。浅埋车站或区间浅埋车站或区间车站或区间结构大部分位于地面以车站或区间结构大部分位于地面以下，顶层
2、结构位于地面以上，或即使在地面以下，但埋下，顶层结构位于地面以上，或即使在地面以下，但埋深很浅，轨顶至地表距离一般小于深很浅，轨顶至地表距离一般小于1015m。地面车站或区间地面车站或区间车站或区间位于地面。车站或区间位于地面。高架车站或区间高架车站或区间车站或区间位于地面高架桥上。车站或区间位于地面高架桥上。a4a54.1.2按车站运营性质分类按车站运营性质分类 l按车站运营性质主要有以下按车站运营性质主要有以下6种：种：中间站（即一般站）中间站（即一般站）区域站（即折返站）区域站（即折返站）换乘站换乘站 枢纽站；枢纽站；联运站；联运站；终点站终点站a6中间站(即一般站)仅供乘客上、下车之用
3、，功能单一，是地铁路网中数量最多的车站。区域站(即折返站)是设在两种不同行车密度交界处的车站，站内设有折返线和设备。它兼有中间站的功能。枢纽站是由该站可分出另一条线路的车站。该站 可接、送两条线路上的乘客。a7换乘站是位于两条及两条以上线路交叉点上的 车站。除具有中间站的功能外，更主要的是可以从一条线上的车站通过换乘设施转换到另一条线路上的车站。联运站联运站是指车站内设有两种不同性质的列车线路进行联运及客流换乘。联运站具有中间站及换乘站的双重功能。终点站终点站是设在线路两端的车站。就列车上下行而言，终点站也是起点站(或称始发站)，终点站设有可供列车全部折返的折返线和设备，也可供列车临时停留检修
4、。a84.1.3 按车站站台型式分类按车站站台型式分类l岛式站台岛式站台 岛式车站具有站台面积利用率高、能灵活调剂客岛式车站具有站台面积利用率高、能灵活调剂客流、乘客使用方便等优点，因此，一般常用于客流、乘客使用方便等优点，因此，一般常用于客流量较大的车站；流量较大的车站；l侧式站台侧式站台 侧式车站站台面积利用率、调剂客流、站台之间侧式车站站台面积利用率、调剂客流、站台之间联系等方面不及岛式车站，因此，侧式车站多用联系等方面不及岛式车站，因此，侧式车站多用于客流量不大的车站及高架车站于客流量不大的车站及高架车站l岛、侧混合式站台岛、侧混合式站台 将岛式站台及侧式站台同设在一个车站内，岛、将岛
5、式站台及侧式站台同设在一个车站内，岛、侧混合式站台可布置成一岛一侧式或一岛两侧式。侧混合式站台可布置成一岛一侧式或一岛两侧式。a9按车站站台型式分类按车站站台型式分类a10a11轨道交通车站轨道交通车站l新街口站新街口站新街口站效果新街口站效果图图.jpgl迈皋桥站迈皋桥站迈皋桥站迈皋桥站.jpgl中华门站中华门站中华门站中华门站.jpga12a13a144.1.4 按施工方法进行的车站结构分类按施工方法进行的车站结构分类a15鉴于功能要求、造价和工期等对能否发挥修建地铁的社会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，所以浅埋地铁仍以明挖车站为主，与不同类型的维护结构结合能
6、适应于各种地层。在交通繁忙的地段修建地铁车站，尤其是修建有综合功能要求的车站，或需要严格控制基坑开挖引起的地面沉降时，可采用盖挖法施工。当不允许施工干扰地面交通，或由于地面拆迁量过大等原因，明挖施工很不经济时，可采用暗挖法（矿山法或盾构法）施工，且一般用于规模较小的中间站。a164.1.4 按施工方法进行的车站结构分类按施工方法进行的车站结构分类l 地铁区间与车站按照设计施工方法进行的分地铁区间与车站按照设计施工方法进行的分类有：明（盖）挖法、锚喷暗挖法、盾构法、类有：明（盖）挖法、锚喷暗挖法、盾构法、顶管法和沉管法等，以下各章将分别详述。顶管法和沉管法等，以下各章将分别详述。l 土建设计和施
7、工人员最常讲的地铁车站分类，土建设计和施工人员最常讲的地铁车站分类，就是按施工方法进行的车站结构分类。设计就是按施工方法进行的车站结构分类。设计人员在进行地铁结构设计时，必须同步考虑人员在进行地铁结构设计时，必须同步考虑施工方法，从某种意义上讲，最好的设计也施工方法，从某种意义上讲，最好的设计也就是使用功能、构造与施工方法相耦合的设就是使用功能、构造与施工方法相耦合的设计。计。a174.2 地铁车站的结构形式 l地铁车站除提供列车通行外，还要具有地铁车站除提供列车通行外，还要具有集散旅客的功能，地铁车站结构一般应集散旅客的功能，地铁车站结构一般应具有较大的跨度以提供站台、疏散、通具有较大的跨度
8、以提供站台、疏散、通风和其它服务空间。车站结构形式的选风和其它服务空间。车站结构形式的选择应在满足功能要求的前提下，兼顾经择应在满足功能要求的前提下，兼顾经济和美观，力图创造出与交通建筑相协济和美观，力图创造出与交通建筑相协调的气氛。调的气氛。a184.2.1明明(盖盖)挖法施工的车站结构形式挖法施工的车站结构形式 l明挖车站可采用矩形框架结构或拱形明挖车站可采用矩形框架结构或拱形结构。结构。l车站结构形式的选择应在满足功能要车站结构形式的选择应在满足功能要求的前提下，兼顾经济和美观，力图求的前提下，兼顾经济和美观，力图创造出与交通建筑相协调的气氛。创造出与交通建筑相协调的气氛。l现已有现已有
9、整体现浇整体现浇、全装配全装配、与、与围护墙围护墙 组合现浇组合现浇以及以及部分装配部分装配等成型方法。等成型方法。a19矩形框架结构 矩形框架结构是明挖车站矩形框架结构是明挖车站中采用最多的一种形式，中采用最多的一种形式，根据功能要求，可以设根据功能要求，可以设计成单层、双层、单跨、计成单层、双层、单跨、双跨或多层多跨等形式。双跨或多层多跨等形式。侧式车站一般采用双跨侧式车站一般采用双跨结构；岛式车站多采用结构；岛式车站多采用三跨结构，站台宽度三跨结构，站台宽度10m时站台区宜采用双时站台区宜采用双跨结构，有时也采用单跨结构，有时也采用单跨结构。跨结构。a20拱形结构 l 一般用于站台宽度较
10、窄的单跨单层或单跨双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。层车站，可以获得较好的建筑艺术效果。a214.2.2 锚喷暗挖法施工的车站结构形式锚喷暗挖法施工的车站结构形式 l锚喷暗挖法施工的地铁车站可采用单拱锚喷暗挖法施工的地铁车站可采用单拱式车站、双拱式车站或三拱式车站，根式车站、双拱式车站或三拱式车站，根据需要可做成单层或双层。据需要可做成单层或双层。a22a234.2.3盾构法施工的车站结构形式盾构法施工的车站结构形式l盾构车站的结构形式与所采用的盾构类盾构车站的结构形式与所采用的盾构类型、施工方法和站台形式等关系密切。型、施工方法和站台形式等关系密切。
11、l传统的盾构车站是采用单圆盾构或单圆传统的盾构车站是采用单圆盾构或单圆盾构与半盾构结合或单圆盾构与锚喷暗盾构与半盾构结合或单圆盾构与锚喷暗挖法结合修建的，近年开发的多圆盾构、挖法结合修建的，近年开发的多圆盾构、异形盾构等新型盾构，进一步丰富了盾异形盾构等新型盾构，进一步丰富了盾构车站的形式。构车站的形式。l盾构车站的站台有侧式、岛式及侧式与盾构车站的站台有侧式、岛式及侧式与岛式混用（称为复合型）的三种基本类岛式混用（称为复合型）的三种基本类型。型。a24（1）双圆形独立并列盾构车站）双圆形独立并列盾构车站a25（2）三拱塔柱式盾构车站a26（3）三拱立柱式盾构车站a274.3 地铁区间的结构形
12、式地铁车站与区间的常见截面形式与施工方法 表4-1 明挖法/盖挖法锚喷暗挖法盾构法车站区间a284.4 设计荷载荷载分类荷 载 名 称结 构 类 型 隧道结构高架结构 永久荷载 结构自重 地层压力 隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力 静水压力及浮力 混凝土收缩及徐变影响力 预加应力 设备重量 地基下沉影响力 侧向地层抗力及地基反力 可变 荷载基本可变荷载 地面车辆荷载及其冲击力 地面车辆荷载引起的侧向土压力 地下铁道车辆荷载及其冲击力 地下铁道车辆荷载的离心力及摇摆力 人群荷载其它可变荷载 温度影响力 施工荷载 风力 车辆加速或减速产生的纵向力 偶然荷载 地震荷载 a294.5 结构设计
13、原则l4.5.1 工程结构材料工程结构材料l地铁土建工程的结构材料一般采用钢筋地铁土建工程的结构材料一般采用钢筋混凝土或预应力混凝土，在必要时，也混凝土或预应力混凝土，在必要时，也可采用钢结构或钢与混凝土组合结构。可采用钢结构或钢与混凝土组合结构。规范规定了混凝土材料的最低强度等级规范规定了混凝土材料的最低强度等级（表（表4-3），此外，混凝土还需满足抗），此外，混凝土还需满足抗冻、抗渗和抗侵蚀等耐久性要求。冻、抗渗和抗侵蚀等耐久性要求。a30混凝土的最低设计强度等级 表4-3 地地下下结结构构明明 挖挖 法法整体式钢筋混凝土结构C20装配式钢筋混凝土结构装配式钢筋混凝土结构C30C30地下连
14、续墙地下连续墙C25C25盾盾 构构 法法装配式钢筋混凝土管片装配式钢筋混凝土管片C40C40整体式钢筋混凝土衬砌整体式钢筋混凝土衬砌C20C20挤压混凝土衬砌挤压混凝土衬砌C30C30矿矿 山山 法法喷射混凝土衬砌喷射混凝土衬砌C20C20现浇混凝土或钢筋混凝土现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌衬砌C20C20顶顶 进进 法法钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构C30C30高高 架架 结结 构构整体式钢筋混凝土结构整体式钢筋混凝土结构C20C20装配式钢筋混凝土结构装配式钢筋混凝土结构C30C30预应力混凝土结构预应力混凝土结构C40C40a314.5.2 明挖隧道结构明挖隧道结构l 明挖隧道结构设计计算应
15、符合下列规定：明挖隧道结构设计计算应符合下列规定：（1）明挖隧道宜按底板支承在弹性地基上的结构物）明挖隧道宜按底板支承在弹性地基上的结构物计算。计算。（2）当车站结构简化为平面问题进行分析时，宜计入）当车站结构简化为平面问题进行分析时，宜计入立柱和楼板压缩变形的影响。立柱和楼板压缩变形的影响。（3）当设有斜托的框架结构进行内力分析时，宜计入）当设有斜托的框架结构进行内力分析时，宜计入斜托的影响。斜托的影响。（4）当用逆筑法修建车站时，应计入立柱施工误差造）当用逆筑法修建车站时，应计入立柱施工误差造成的偏心影响。成的偏心影响。（5）明挖隧道根据地质、埋深、施工方法等条件，必）明挖隧道根据地质、埋
16、深、施工方法等条件，必要时应进行抗浮、整体滑移及地基稳定性验算。要时应进行抗浮、整体滑移及地基稳定性验算。a32（6）现浇钢筋混凝土壁板式地下连续墙的设计应符合下列要求：单元槽段的长度和深度，应根据建筑物的使用要求和结构特点、工程单元槽段的长度和深度，应根据建筑物的使用要求和结构特点、工程地质和水文地质条件、施工条件和施工环境等因素参考类似工程的实地质和水文地质条件、施工条件和施工环境等因素参考类似工程的实践确定，必要时可进行现场成槽试验。践确定，必要时可进行现场成槽试验。当确定地下连续墙的入土深度时，必须满足墙体整体抗滑动和抗倾覆当确定地下连续墙的入土深度时，必须满足墙体整体抗滑动和抗倾覆稳
17、定、坑底抗隆起稳定及坑底抗渗流稳定的要求。稳定、坑底抗隆起稳定及坑底抗渗流稳定的要求。地下连续墙的墙体结构，当支承系统设置围囹或逆筑法中用楼板代替地下连续墙的墙体结构，当支承系统设置围囹或逆筑法中用楼板代替支撑时，可沿纵向取单位长度按弹性地基梁计算；当支撑系统不设围支撑时，可沿纵向取单位长度按弹性地基梁计算；当支撑系统不设围囹只设对撑或锚杆时，可取一幅墙宽按弹性地基板计算，墙体宜按施囹只设对撑或锚杆时，可取一幅墙宽按弹性地基板计算，墙体宜按施工顺序逐阶段计算。当计入支撑作用时，应考虑每层支撑设置时墙体工顺序逐阶段计算。当计入支撑作用时，应考虑每层支撑设置时墙体已有的位移和支撑的弹性变形。已有的
18、位移和支撑的弹性变形。地下连续墙墙段之间可采用不传递应力的普通接头，当纵向必须形成地下连续墙墙段之间可采用不传递应力的普通接头，当纵向必须形成整体时，应采用刚性接头。整体时，应采用刚性接头。当地下连续墙作承重基础时，应进行承载能力、地基强度、变形和稳当地下连续墙作承重基础时，应进行承载能力、地基强度、变形和稳定性计算。定性计算。当地下连续墙与隧道结构连接时，预埋在墙内的受力钢筋、连接螺栓当地下连续墙与隧道结构连接时，预埋在墙内的受力钢筋、连接螺栓或连接板锚筋等，均应满足受力要求，其锚固长度应符合构造规定。或连接板锚筋等，均应满足受力要求，其锚固长度应符合构造规定。地下连续墙的墙面倾斜度和平整度
19、，应根据建筑物的使用要求、地质地下连续墙的墙面倾斜度和平整度，应根据建筑物的使用要求、地质条件及挖槽机械等因素确定。墙面倾斜度不宜大于条件及挖槽机械等因素确定。墙面倾斜度不宜大于1150，局部突出，局部突出不宜大于不宜大于100mm且墙体不得侵入隧道净空。且墙体不得侵入隧道净空。a334.5.3 锚喷暗挖隧道结构锚喷暗挖隧道结构l 矿山法施工的隧道结构设计计算应符合下列规定：矿山法施工的隧道结构设计计算应符合下列规定：（1）当计算整体式衬砌时，应计入地层抗力对衬砌）当计算整体式衬砌时，应计入地层抗力对衬砌变形的约束作用。变形的约束作用。（2）锚喷衬砌和复合式衬砌衬期支护的设计参数，）锚喷衬砌和
20、复合式衬砌衬期支护的设计参数，可采用工程类比法或通过理论计算确定。可采用工程类比法或通过理论计算确定。（3）复合式衬砌的初期支护，应按主要承载结构设）复合式衬砌的初期支护，应按主要承载结构设计；二次初砌，应根据其施工时间、施工后外部荷计；二次初砌，应根据其施工时间、施工后外部荷载的变化情况和地质条件等因素按下列原则设计：载的变化情况和地质条件等因素按下列原则设计：地层和初期支护的变形基本稳定后施作的二次地层和初期支护的变形基本稳定后施作的二次衬砌，在外部荷载不再增加的情况下可按构造要求衬砌，在外部荷载不再增加的情况下可按构造要求设计。设计。第四纪土层中的浅埋隧道及通过软弱或膨胀性第四纪土层中的
21、浅埋隧道及通过软弱或膨胀性围岩中的隧道，初期支护应具有较大的刚度和强度，围岩中的隧道，初期支护应具有较大的刚度和强度，且宜提前施作二次衬砌，由二者共同承受外部荷载。且宜提前施作二次衬砌，由二者共同承受外部荷载。当二次衬砌采用素混凝土衬砌时，应验算其抗裂度。当二次衬砌采用素混凝土衬砌时，应验算其抗裂度。a344.5.4 盾构隧道结构盾构隧道结构l 盾构法施工的隧道结构设计计算应符合下列盾构法施工的隧道结构设计计算应符合下列规定：规定：（1）装配式衬砌宜采用具有一定刚度的柔）装配式衬砌宜采用具有一定刚度的柔性结构，应限制荷载作用下变形和接头张开性结构，应限制荷载作用下变形和接头张开量，满足其受力和
22、防水要求。量，满足其受力和防水要求。（2）隧道结构的计算简图应根据地层情况、）隧道结构的计算简图应根据地层情况、衬砌构造特点及施工工艺等确定，宜考虑衬衬砌构造特点及施工工艺等确定，宜考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。在软土地层中，可按自由变形的弹性匀质圆在软土地层中，可按自由变形的弹性匀质圆环计算结构内力。环计算结构内力。a35l（3）装配式衬砌的构造应符合下列要求：）装配式衬砌的构造应符合下列要求：隧道衬砌宜采用块与块、环与环间用螺栓连接的隧道衬砌宜采用块与块、环与环间用螺栓连接的管片。管片。衬砌环宽可采用衬砌环宽可采用7501000mm，
23、在与盾构千斤，在与盾构千斤顶冲程相适应的情况下宜选用较大的宽度。曲线地顶冲程相适应的情况下宜选用较大的宽度。曲线地段应采用适量的不等宽的楔形环，其环面锥度由隧段应采用适量的不等宽的楔形环，其环面锥度由隧道的直径、楔形块间距及隧道曲率半径确定，每环道的直径、楔形块间距及隧道曲率半径确定，每环的楔形量可采用的楔形量可采用2050mm。衬砌厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水衬砌厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水文地质条件，使用阶段及施工阶段的荷载情况等确文地质条件，使用阶段及施工阶段的荷载情况等确定，宜为隧道外轮廓直径的定，宜为隧道外轮廓直径的0.050.06倍。倍。衬砌环的分块，应根据管片
24、制作、运输、安装和衬砌环的分块，应根据管片制作、运输、安装和受力要求确定。单线区间隧道可采用受力要求确定。单线区间隧道可采用68块；双线块；双线区间隧道为区间隧道为810块。块。a36（4）衬砌制作和拼装必须达到下列精度：单块管片制）衬砌制作和拼装必须达到下列精度：单块管片制作的允许误差，宽度为作的允许误差，宽度为0.5mm，弧弦长为，弧弦长为1.0mm；环向螺栓孔及孔位为环向螺栓孔及孔位为1.0mm；厚度为；厚度为1.0mm。整环。整环拼装的允许误差，相邻环的环面间隙为不大于拼装的允许误差，相邻环的环面间隙为不大于1.01.5mm，纵缝相邻块间隙为，纵缝相邻块间隙为1.52.5mm；纵向螺栓
25、；纵向螺栓孔中心形成的圆周直径为孔中心形成的圆周直径为23mm；衬砌环外直径；衬砌环外直径为为3.5mm。（5）作用在挤压混凝土衬砌上的水平荷载，根据地）作用在挤压混凝土衬砌上的水平荷载，根据地层条件应按下列规定采用：对于砂土为垂直荷载值层条件应按下列规定采用：对于砂土为垂直荷载值的的0.7倍；对于粘土：垂直荷载值的倍；对于粘土：垂直荷载值的0.8倍；对岩石倍；对岩石由专门试验结果确定。当采用上述水平荷载值设计由专门试验结果确定。当采用上述水平荷载值设计衬砌时，不计地层抗力。衬砌时，不计地层抗力。（6）盾构千斤顶作用在挤压混凝土衬砌上的纵向压力）盾构千斤顶作用在挤压混凝土衬砌上的纵向压力不得大于不得大于1.5 MPa。a374.5.5 高架桥跨结构l 高架结构设计计算应符合下列规定：高架结构设计计算应符合下列规定：（1）高架区间结构的设计，应根据当地运输、）高架区间结构的设计，应根据当地运输、施工、工程地质、城市规划等条件，对桥跨施工、工程地质、城市规划等条件，对桥跨结构、墩柱及基础进行综合比较，选择最佳结构、墩柱及基础进行综合比较，选择最佳跨长。跨长。（2）高架区间结构应对风力、列车脱轨及地）高架区间结构应对风力、列车脱轨及地震等情况下桥跨结构的稳定性进行验算，当震等情况下桥跨结构的稳定性进行验算，当不能满足要求时应采用防止落梁的措施。不能满足要求时应采用防止落梁的措施。
