第二节_地铁车站的结构设计

⒊地铁车站围护结构设计
1)入土深度计算（基坑稳定性验算）
⑴入土深度可按基坑抗隆起的稳定条件和防止管 涌的稳定条件来确定；
⑵基坑抗隆起验算时一般采用以最下一道支撑与 围护墙的交点为滑弧中心﹑维护墙底面为滑裂圆 弧的分层计算方法；
⑶安全系数一般为1.5～2.0，亦可参考工程实践经 验综合考虑确定。
⑷防止管涌的验算一般采用动水坡度小于极限动
⑸对车站顶板通过覆土层扩散由空间结构计算内 力，或将地面轮压转换为与此效应相同的等效荷 载；
⑹对底版地面轮压引起的反向荷载比顶板上的地 面荷载小。
单个轮压传递的竖向压力：
p0 z

a
0 p0
1.4Z b 1.4Z
(4-1)
两个以上轮压传递的竖向压力：
p0z

n0 p0
a 1.4Z nb n1
⒉作用在地铁车站结构上的荷载
⑴分为永久荷载﹑可变荷载和偶然荷载，计算时 取最不利组合；
⑵永久荷载包括地层压力、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（含浮力）、混凝土收缩和徐变影 响力，预加应力、设备自重和地基下沉影响； ⑶可变荷载包括地面车辆荷载（包括冲击力）和 它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，还包 括其他可变荷载，如：温度变化、施工荷载等；
2)静水压力
⑴静水压力对不同的地下结构产生不同的荷载效 应，如圆形结构，矩形结构；
⑵一般说来，粘土地层（含粉质粘土）施工阶段 水土合算，使用阶段水土分算；砂土地层（含粘 质粉土）在施工和使用阶段均采用水土分算；
⑶水土合算时，地下水位以上的土采用天然容重γ， 地下水位以下的土采用饱和容重γs计算土压力， 不计算静水压力；
⑷偶然荷载包括地震力，爆炸力沉船等。
1)地层压力
⑴深埋岩石车站结构
在荷载结构模型中，主要承担由于岩石松动、 坍塌而产生的竖向和侧向主动土压力，仅仅是车 站隧道周围某一范围（天然拱或称承载拱）内岩 体的重量，与车站隧道埋深无直接关系。
⑵土质车站结构
一般按照计算截面以上全部土柱重量计算；深 埋暗挖隧道或覆盖厚度大于（2.0D～2.5D）的砂 性土层中的暗挖隧道，其竖向均布土压力可按照 太沙基公式或普氏公式计算。侧压力按照主动、 被动或静止土压力公式计算。
⑵可用于各类软土地层和软岩地层中掘进隧道， 尤其适用于市内地铁和水底隧道的掘进；
⑶优点是环境影响小，施工速度快，自动化程度 高等；
⑷缺点是造价高，地表沉降控制较难施作小半径 隧道时较困难。
二﹑地铁车站的结构形式
⒈明挖法施工的车站结 构形式
⑴矩形框架结构 ①有单层﹑双层﹑单跨﹑ 双跨﹑双层多跨（图4-1） 等形式。 ②侧式车站采用双跨结构； ③岛式车站采用三跨结构， 有时也用单跨结构； ④有时可用上﹑下线重叠 结构。
3)三拱车站隧道
⑴亦有塔柱式和立柱式 两种基本形式； ⑵土层中大多采用三拱 立柱式车站（图4-5）。
图4-5 三拱立柱式车站实例
⒋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 ⑴图4-6，每个隧道内设一组轨道和一个站台； ⑵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； ⑶总宽度较窄可设在道路之下，用于客流量较小 的车站； ⑷技术难点在于横通道的设计与施工。
⑴分为盖挖顺作法半逆作法和逆作法； ⑵在交通繁忙得地段修建地铁，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，则可采用盖挖法施工。
⒊暗挖法施工的车站隧道和折返线等大断 面隧道
⑴广为采用的暗挖法有矿山法﹑盾构法﹑顶管 法；
⑵矿山法不适用于饱和软粘土，采用矿山法需 注意：
图4-6 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 ⑴图4-7，两侧为行车隧道，在其内设站台，中间 隧道为集散厅，用横通道连成一个整体； ⑵总宽度较大，28～30m，用于中等客流量车站。
图4－7 基辅地铁三拱塔柱式车站
3)立柱式车站 ⑴传统立柱型车站为三跨结构，眼镜型车站，典 型的岛式车站（图4-8），站台宽度≥10m, 站台边 至立柱外侧≥2m； ⑵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； ⑶“多圆型盾构”，盾构车站，球墨铸铁管片组成 的装配式衬砌。
水坡度的方法，即
i

hw L
ic

Gs I I e
(4-4)
式中：hw——维护墙体内外面的水头差； L ——产生水头损失的最短流线长度；
ic ——极限动水坡度； I ——动水坡度；
Gs ——土颗粒密度； e ——土的空隙比。
2)围护结构计算 对于明挖顺作法施工的围护结构，应根据基坑
分层开挖﹑回筑内部结构的施工阶段和完成后的 使用阶段等不同工况进行计算，最终配筋按各阶 段的内力包络图提取。
①在第四系中用新奥法时需与明盖挖方案进行 论证
②矿山法车站施工难度大安全性差造价高工期 长，适用效果和营运质量不如其他方法。
③矿山法可用于采用明﹑盖挖施工非常不经济 的地铁中间站。
⒋盾构法施工的车站结构
⑴其特点是地层掘进出土运输衬砌拼装等作业都 在盾尾保护下进行，需随时排除地下水和控制地 面沉降，技术要求高，综合性强；
⑵按线路在车站内的位置，后两种又分为： ①两条线路设于同一水平上的车站； ②两条线路设于不同水平上的重叠式车站： ③两条线路设于同一水平上的交叉式车站； ⑶重叠式车站的站台形式： ①上层侧式，下层两侧式间作共享通道； ②上下层均为侧式站台； ③上下层均为岛式站台。
⒍地铁车站围护结构
⑴一般采用地下墙﹑钻孔灌注桩﹑人工挖孔桩及 SMW工法作围护结构； ⑵地下墙可作主体侧墙的一部分，或只作围护结 构； ⑶单层侧墙，锥螺纹钢筋连接器，双层侧墙。
⑷上海地铁建议允许的抗剪强度取0.7MPa。
⒌地铁车站结构计算
1)明挖顺作法修建的多层多跨矩形框架结构要按 两种方法进行验算：
⑴按车站的结构形式、刚度、支承条件、荷载情 况和施工方法，模拟分步开挖、回筑和使用阶段 不同的受力状况，考虑结构体系受力的连续性， 用叠加法或总和法计算；
⑵将其视为一次整体受力的弹性地基上的框架进 行内力分析。
⒋内衬侧墙计算
⑴当采用单层墙结构时，各阶段的最不利荷载全 部由地下墙承受；
⑵当采用双层墙结构时，基坑开挖阶段荷载全部 由地下墙承受，内部结构回筑后与地下墙按叠合 墙计算；
⑶内衬墙配筋：一般外侧面仅在地下墙幅间接缝 两侧各1米范围内设置构造钢筋网；内侧面按照设 计要求配筋，截面计算时应将地下墙与内衬墙视 为整体；
di
1.4Z


i 1

(4-2)
式中：p0z——地面车辆轮压传递到计算深度Z处长度和宽度；
di ——地面相邻两个轮压的净距； n——轮压的数量； μ0——车辆荷载的动力系数。
地面车辆荷载传递到地下结构上的侧压力，可 按下式计算：
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。
⒈明挖法施工的车站结构
⑴适应性强，可以灵活布置车站的平面及纵断面； ⑵可较好的利用地下空间； ⑶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； ⑷一般情况下浅埋地铁以明挖车站为主。
⒉盖挖法施工的车站结构
p0x a p0z
(4-3)
式中：p0x——地面车辆轮压传递到计算深度Z处 的侧压力；
p0z——地面车辆轮压传递到计算深度Z处 的竖向压力；
λa——水平向侧压力系数。
4)地震荷载 ⑴地震对地铁车站的影响可分为剪切错位和振动。 车站结构无法抵抗剪切错位； ⑵松软地层中进行地震响应分析和动力模型试验， 一般结构采用实用方法，即静力法或拟静力法； ⑶衬砌结构横截面的抗震设计和抗震稳定性验算 中采用地震系数法（惯性力法），即静力法；
⑷水土分算时，地下水位以上的土采用天然容重γ， 地下水位以下的土采用有效容重γ’计算土压力， 另外再计算水压力。
3)地面车辆荷载
⑴一般将地面车辆荷载简化为均布荷载；
⑵当覆盖层厚度较小时，两轮压扩散线不相交时 可按局部均布压力计算；
⑶在道路下方的浅埋暗挖隧道，地面车辆荷载可 按10kPa均布荷载取值，并不计冲击力的影响。 ⑷当无覆盖层时，应按集中力考虑；
1)单拱车站隧道
⑴该结构形式在岩石地层中采用较多； ⑵施工难度大﹑技术措施复杂﹑造价高（图4-3）。
图4-3 日本横滨地铁三泽下街车站
2)双拱车站隧道 ⑴基本形式：双拱塔柱式和双拱立柱式(图4-4)；
图4-4 双拱立柱式车站实例
⑵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； ⑶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。
第二节 地铁车站的结构设计
一、地铁车站结构选型的原则和特点 二、地铁车站的结构形式 三、地铁车站结构的荷载内力计算与
设计 四、地铁车站结构的构造设计
一、地铁车站结构选型的原则和特点
⑴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；
⑵结构净空尺寸应满足建筑﹑设备﹑使用以及施
三﹑地铁车站结构的荷载内力计算与 设计
主要内容： 结构选型，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。
⒈地铁车站结构静﹑动力工作特性
⑴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； ⑵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； ⑶设计模型随结构形式和施工方法而异； ⑷软土中的浅埋车站常用荷载－结构模型； ⑸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。