第二节 地铁车站的结构设计

第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 第二节 地铁车站的结构设计
铁 一、地铁车站结构选型的原则和特点
与 二、地铁车站的结构形式
轻 三、地铁车站结构的荷载内力计算与
轨
设计
四、地铁车站结构的构造设计
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 一、地铁车站结构选型的原则和特点
铁 ⑴地铁车站应根据车站规模﹑运行要求﹑地面环
⑵土层中大多采用三拱 轻 立柱式车站（图4-5）。
轨
图4-5 三拱立柱式车站实例
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
⒋盾构法施工的车站结构形式
地 1)由两个并列的圆形隧道组成的侧式站台车站
铁 ⑴图4-6，每个隧道内设一组轨道和一个站台；
与 ⑵车站隧道的内径主要取决于侧站台宽度﹑车辆 轻 限界及列车牵引受电方式；
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。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
⒋盾构法施工的车站结构
地 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
铁 面沉降，技术要求高，综合性强；
与 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；
轨 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。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 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 铁 虑结构与地层的共同作用； 与 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； 轻 ⑶设计模型随结构形式和施工方法而异； 轨 ⑷软土中的浅埋车站常用荷载－结构模型；
轻 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
轨 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； ⑷偶然荷载包括地震力，爆炸力沉船等。
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1)地层压力
地 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、 铁 坍塌而产生的竖向和侧向主动土压力，仅仅是车
轨
n——轮压的数量；
μ0——车辆荷载的动力系数。
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地
地面车辆荷载传递到地下结构上的侧压力，可
按下式计算：
铁
p0x a p0z
(4-3)
与 式中：p0x——地面车辆轮压传递到计算深度Z处
轻
的侧压力；
p0z——地面车辆轮压传递到计算深度Z处
轨
的竖向压力；
λa——水平向侧压力系数。
不计算静水压力； 轨 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。
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3)地面车辆荷载 地 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 铁 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 与 按10kPa均布荷载取值，并不计冲击力的影响。 轻 ⑷当无覆盖层时，应按集中力考虑；
弧的分层计算方法； 轨 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。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
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。
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⒉作用在地铁车站结构上的荷载
地 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；
铁 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
与 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；
⑸对车站顶板通过覆土层扩散由空间结构计算内 轨 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。
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地
单个轮压传递的竖向压力：
铁
p0 z

a
0 p0
1.4Z b 1.4Z
(4-1)
与
轻
两个以上轮压传递的竖向压力：
总宽度窄，20m左右； 轨 ⑶“多圆型盾构”，盾构车站，球墨铸铁管片组
成的装配式衬砌。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 铁 与 轻 轨
图4-8 莫斯科地铁三拱立柱式车站(尺寸单位：mm)
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 铁 与 轻 轨
图4-8 圣彼得堡地铁三拱立柱式车站(尺寸单位：mm)
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地 ⒌换乘站的隧道衬砌结构形式
铁
⑴换乘方式按结构分类：
与
①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；
轻 ②修建两条或多条线路使用的联合换乘站；
轨
③在两个相交车站的局部，修建公共换乘结点。
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地
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；
铁 ⑵总宽度较大，28～30m，用于中等客流量车站。
与
轻
轨
图4－7 基辅地铁三拱塔柱式车站
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地 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
铁 型的岛式车站（图4-8），站台宽度≥10m, 站台边 与 至立柱外侧≥2m； 轻 ⑵传统型立柱车站施工工序多，难度大，造价高，
(尺寸单位：mm)
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⒊矿山法施工的车站结构形式
地 ⑴断面形式应根据围岩条件使用要求施工工艺及
铁 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；
与 ⑵宜采用连接圆顺的马蹄形断面；
轻 ⑶围岩条件较好时采用拱形与直墙或曲墙组合的 轨 形状，软岩及砂土地层应设仰拱或受力平板底；
与 ⑶车站上方和破坏棱柱体内的设备和建筑物压力
轻 ⑷内部人群荷载 轨 ⑸内部设备荷载
⑹地铁车辆荷载
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 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） 铁 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； 与
⑵基坑抗隆起验算时一般采用以最下一道支撑与 轻 围护墙的交点为滑弧中心﹑维护墙底面为滑裂圆
2)双拱车站隧道 地 ⑴基本形式：双拱塔柱式和双拱立柱式(图4-4)；
铁
与
轻
图4-4 双拱立柱式车站实例
轨 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。
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地
铁 3)三拱车站隧道
⑴亦有塔柱式和立柱式 与 两种基本形式；
轨 有时也用单跨结构； ④有时可用上﹑下线重叠 结构。
图4-1 上海地铁徐家汇 (与下立交隧道合建，尺寸单位mm)
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
⑵拱形结构
地 常用于站台宽度较窄的单跨单层或单跨双层车
铁站
与 ⑶整体式结构与装配式结构
轻 ①现浇混凝土结构具有防水性和抗震性能好，能 适应结构体系的变化等优点；
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 ⑷验算衬砌结构沿纵向方向的应力和变形采用
铁 地层位移法，即拟静力法；
与
⑸垂直地震荷载通常只在验算结构的抗浮能力
时才考虑； 轻
⑹水平地震荷载可分为垂直和平行隧道纵轴两 轨 个方向计算。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 5)其他荷载 ⑴车站上面的覆土荷载
铁 ⑵施工阶段地表施工机具荷载
与 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；
轻
⑵结构净空尺寸应满足建筑﹑设备﹑使用以及施
轨 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。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 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； 铁
⑵可较好的利用地下空间； 与
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
2)静水压力 地 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； 铁 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 与 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， 轻 地下水位以下的土采用饱和容重γs计算土压力，
⑶总宽度较窄可设在道路之下，用于客流量较小 轨
的车站； ⑷技术难点在于横通道的设计与施工。
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地 铁 与 轻 轨
图4-6 东京永田町车站
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2)由三个并列的圆形隧道组成的三拱塔柱式车站
地
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；
起的地面沉降时，则可采用盖挖法施工。 轨
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
⒊暗挖法施工的车站隧道和折返线等大断 地 面隧道
⑴广为采用的暗挖法有矿山法﹑盾构法﹑顶管 铁 法；
与
⑵矿山法不适用于饱和软粘土，采用矿山法需 注意：
轻
①在第四系中用新奥法时需与明盖挖方案进行 论证
轨
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。
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地 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。
铁 车站结构无法抵抗剪切错位；
与 ⑵松软地层中进行地震响应分析和动力模型试验， 轻 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 轨
中采用地震系数法（惯性力法），即静力法；
轨
p0z

n0 p0
a 1.4Z nb n1
di
1.4Z

(4-2)

i 1

第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地
式中：p0z——地面车辆轮压传递到计算深度Z处
铁
的竖向压力；
与
P0 ——车辆单个轮压；
a﹑b ——地面单个轮压的分布长度和宽度；
轻
di ——地面相邻两个轮压的净距；
⑶尤其适用于客流量大的车站﹑换乘站以及需要 轻 考虑城市地下、地上空间综合开发利用的车站；
轨 ⑷一般情况下浅埋地铁以明挖车站为主。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地
⒉盖挖法施工的车站结构
铁 ⑴分为盖挖顺作法半逆作法和逆作法； 与 ⑵在交通繁忙得地段修建地铁，尤其是修建有综 轻 合功能要求的车站，或需要严格控制基坑开挖引
轨 ②装配式结构施工速度快，但接头防水较薄弱， 新发展的部分装配式结构。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 ⒉盖挖法施工的车站 结构形式
铁 ⑴盖挖法多采用矩形框架 与 结构（图4-2）；
⑵盖挖车站一般均采用与 轻 围护墙结合的现浇的成型
方法； 轨 ⑶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。 图4-2 北京地铁永安里站
轻 ⑶优点是环境影响小，施工速度快，自动化程度 轨 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。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
二﹑地铁车站的结构形式
地 ⒈明挖法施工的车站结 构形式
铁 ⑴矩形框架结构 ①有单层﹑双层﹑单跨﹑
与 双跨﹑双层多跨（图4-1） 等形式。
轻 ②侧式车站采用双跨结构； ③岛式车站采用三跨结构，
站隧道周围某一范围（天然拱或称承载拱）内岩 与 体的重量，与车站隧道埋深无直接关系。
⑵土质车站结构
轻
一般按照计算截面以上全部土柱重量计算；深
轨
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。
铁
②两条线路设于不同水平上的重叠式车站：
与
③两条线路设于同一水平上的交叉式车站；
轻
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；
轨
②上下层均为侧式站台；
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③上下层均为岛式站台。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 ⒍地铁车站围护结构
铁 ⑴一般采用地下墙﹑钻孔灌注桩﹑人工挖孔桩及 与 SMW工法作围护结构；
⑷硬岩中设200mm的铺底作整体道床的基础； ⑸特殊困难条件下可采用平顶式结构。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
1)单拱车站隧道
地 ⑴该结构形式在岩石地层中采用较多； 铁 ⑵施工难度大﹑技术措施复杂﹑造价高（图4-3）。 与 轻 轨
图4-3 日本横滨地铁三泽下街车站
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
⑵地下墙可作主体侧墙的一部分，或只作围护结 轻 构； 轨 ⑶单层侧墙，锥螺纹钢筋连接器，双层侧墙。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
三﹑地铁车站结构的荷载内力计算与
地
设计
铁 主要内容：
与
结构选型，荷载计算，基坑围护结构设计，内
轻 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，