1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

一、选题目的及意义

在城市地下空间工程中，发展最快的可谓是地铁了。而轻轨与地铁又有些许不同，划分两者的依据是单向最大高峰小时客流量的大小。地铁能适应的单向最大高峰小时客流量为3-6万人次，轻轨能适应的单向最大高峰小时客流量为1-3万人次。由此设计的地铁和轻轨，它们的区别首先表现在地铁的轴重普遍大于13吨，而轻轨要小于13吨；其次，一般情况下，地铁的平面曲线半径不小于300米，而轻轨一般在100米到200米之间；另外，地铁每列车的编组数也要多于轻轨，车辆定员亦多。从运输能力、车辆设计以及建设投资等方面来看，轻轨与地铁均有所差别。其实归根结底的区别，或者说本质的区别还是运量，地铁线在高峰小时内，其单向运输能力分别达到3万至7万人次，而轻轨的运力为0．6万至2万人次。运量的大小决定了编组数（地铁列车编组可达4－10节，轻轨列车编组为2－4节），决定了车辆，决定了轴重，决定了站台长度，牵涉到预留用地，因此客流预测很重要。

轻轨运输系统，是一个中等运量、中等距离的城市准高速有轨交通系统。目前世界上越来越多的国家，包括公路交通极为发达的美国等国，都在积极兴建轻轨运输系统。究其原因，是人们对70年代那次全球性石油危机给公路运输带来的致命冲击记忆犹新以及对越来越昂贵的地铁造价的畏惧。世人发现轻轨系统作为城市公共交通工具，有许多优势。具体说来，轻轨有如下几个特点：运量适当、速度合理、舒适性好、投资有优势。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、地铁车站的建筑设计原则

地铁车站是地铁线路中的交通枢纽，起到客流地上、地下的相互转换及快捷运送客流的作用。一般在市区以1km左右设置一个车站为宜，并要结合地面人流聚集的情况，设置于商业中心、广场、道路交叉口等处以充分吸纳客流和发挥轨道交通的功效。由于地铁车站建于地下，在建设设计上必须注意以下的设计原则：

1.适用性。地铁车站是人流比较集中的公共交通建筑。在设计中首先要满足其使用功能要求，有序地组织客流进站和出站的路线；满足客流高峰小时所需的各种面积规定及楼梯、通道等的宽度要求；上下楼梯布局位置能均匀的接纳客流；另外要有足够的设备用房和管理用房以满足技术设备的布置及运行管理的功能要求；车站布局还须考虑与其它公共交通有方便的换乘条件，使车站建筑具有合理的、完善的、流畅的使用功能。

2.安全性。地铁车站是建于地下的公共交通建筑，除了结构应有的安全可靠性外，车站建筑的设计中也应考虑所有的安全因素，如楼梯和自动梯数量、位置及宽度的考虑，必须满足在灾变情况下的紧急疏散要求；有足够明亮的照明设施以降低人在地下的恐惧心理；有清晰详尽的导向标牌指示安全出口通道；有完善的消防设施及有足够的新风和排风排烟设施。

3.识别性。地铁是一种定时快速的公共交通，站间的运行速度很快，到站至发车的 间隙时间也极短。因此车辆及线路都必须有明显的标志(如特有的色彩）；站台上也必须有鲜明的标牌、显示站名及列车运行方向、前方到达站等；站台应有特别的造型和不同的色调使旅客快速产生记忆信息 以免误乘和错站。另外清晰详尽的指示导向标牌可引导旅客准确、快捷的进站和出站换乘等。国外有些地铁车站中还设置该区域的地面地图，标明地铁线路和本车站的位置，有利于旅客在地下确立自己的方位和解除心理上盲然的感觉。

4.舒适性。以人为本的设计原则已成为世人的共识，特别在地下环境中，更应重视这一设计原则。目前我国城市轨道交通引进的部分国外车辆具有内部舒适的环境和现代的视觉观感，有利于提高我国车辆设计的观念。作为大量客流集散的车站，在经济条件许可下也应尽量从以人为本的出发点来考虑设计标准，如空调设置上、下行自动扶梯的设置，车站内应有完善的各种服务设施，候车椅、废物箱、公用电话、公厕、残疾人电梯、盲道等等。另外也要考虑车站内部的视觉环境、视觉引起的，合理舒畅会带来生理上的舒适感 。

5.经济性。地铁建设的投资是相当大的，我国的城市地铁造价平均每公里为6-7亿人民币，即平均每米的建设费用为60-70万人民币。其中车站土建造价约占总投资的31 %，因此车站建筑设计在满足功能的前提下，应尽量压缩车站的长度及控制车站的埋深。

二、地铁车站的类型与车站组成

1.地铁车站的类型基本上可从线路的走向、结构的形式及建筑布局方式分为侧式站台候车与岛式站台候车；矩形箱式地下建筑和圆形或椭圆形的隧道式建筑；浅埋式和深埋式几种。

从线路走向区分的侧式站台候车和岛站台候车具有不同的优缺点。从功能上来说，岛式站台候车便于客流在站台上互换不同方向的车次，而侧式站台客流一旦乘错方向要换车，必须通过天桥走到另一侧站台，给旅客带来不便，但侧式站台的轨道布置集中，有利于区间可能采用大的隧道双线穿行。在城市地下工况不复杂的情况下，有利于缩小地下工程，节约投资；在城市地下工况复杂的情况下，其灵活性不够，不如上、下行单线隧道的适应性强。

从结构类型区分的矩形箱式车站，其施工基本上是采用地下连续墙、大开挖的现浇钢筋混凝土结构，施工时它对周边的环境影响较大，土方量也大；而圆形或椭圆形的车站基本上采用盾构掘进的施工方式，减少土方量，同时对周边环境的影响也小，但带来的技术要求更高和需要更大的盾构掘进机械。

从建筑布局的方式区分的浅埋式车站，由于埋置深度浅而带来一系列的经济效益。如土方量的减少，技术难度减小，客流上下高度减小等等。但浅埋式必须要有条件，即整个线路走向允许该车站的位置不在城市的主要道路之下，车站的位置没有各种城市管线的穿越，隧道的施工又能保证其上部的覆土要求。一般浅埋式车站建于离开道路的城市街坊内。

2.地铁车站的组成基本上分为两大部分，一是与旅客直接有关的公共区域，如站厅层、站台层的公共区，要有足够的面积，满足高峰小时的客流集散；要有足够数量和宽度的步行梯及自动梯联接站厅与站台；要有足够的售检票设备和其他公共服务设施；要有足够的站台宽度和满足列车编组停靠的站台有效长度。二是涉及车站运行的技术设备用房及管理用房，一般分设于站厅和站台的两端部，宜一端大，另一端小。

三、地铁车站的平面布局

地铁车站根据地下建筑的设计原则及车站功能，其平面形状基本上是简单规整的一子形，对于建筑设计来说，更重要的是再简单的形体内合理的安排设备管理用房及组织人流，设计人员要熟悉各设备工种在地铁车站中的技术要求及工艺流程，站房运行的管理模式，这样才能较好地完成建筑设计。

四、地铁车站的剖面设计

车站剖面分为上下二层，再加上站台下的辅助层，剖面主要解决的是车站的结构形式、结构尺寸以及设备和建筑所需的空间高度。在这里必须综合辩证的考虑空间高度和经济的关系，空间的增高必然带来埋置深度的增加，因为车站上部覆土的厚度基本上有技术规定，根据已有车站设计的经验，站厅层的净高控制在4m，扣除设备管线及吊顶的厚度尺寸，站厅层装修完成后的净高度保证不小于3m，站台层的净高要由车辆高度，排热、排烟风管的高度来确定。

五、地铁车站的结构设计

1.工程概况

平河路站地处平河路和人民路交口，车站整体南北走向，东临姑苏区政府，南靠平川路，西近锦月新居小区，北近万融国际。作为城市繁华区和城郊区的枢纽，平河路站时刻准备着为苏州的发展输送源源不断的”能量”。

2.水文地质概况

根据野外编录资料，结合场地原位测试与室内土工试验成果，本场地70.45m以浅地基土属第四系（Q）沉积地层，按其成因类型、岩性和工程性能可划分9个工程地质层，13个工程地质亚层。

各土层分布情况详见工程地质剖面图，地基土特征自上而下分述如下：

①工程地质层（填土层）

①2填土层

灰~灰黄色，松软，以粘性土为主，含少量碎石、碎砖，含腐植物根茎。其时代为第四纪全新世（Q44）。层厚2.20~5.20m，层底标高-2.36~1.48m。该层压缩性高。

②区域性第二工程地质层，本场地缺失。

③工程地质层（粘土、粉质粘土层）

根据其沉积顺序和工程地质特征可分二个工程地质亚层，分别描述如下：

③1粘土层

黄褐色~褐黄色，可塑，均质致密，含铁锰质结核，夹青灰色条纹，无摇振反应，刀切面具油脂光泽，干强度、韧性高。为第四系晚更新统（Q32-3）冲湖积相沉积物。层厚1.50~4.40m，层底标高-3.26~-1.85m。该层压缩性中等，分布广泛，沿线仅在孔J1226处缺失。

③2粉质粘土层

青灰~灰黄色，可塑，含铁锰质斑点，局部夹青灰色条纹，下部粉粒含量高，夹粉土薄层。无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。为第四系晚更新统（Q32-3）冲湖积相沉积物。层厚0.50~3.10m，层底标高-5.51~-3.64m。该层压缩性中等，沿线均有分布。

④工程地质层（粉土、粉砂层）

根据其工程地质特征及沉积顺序可分为二个工程地质亚层，分别描述如下：

④1粉土层

灰黄~灰色，见云母碎片，稍密，很湿，夹少量薄层粉质粘土，摇振反应中等，刀切面无光泽，干强度、韧性低。为第四系晚更新统（Q32-2）海陆交互相沉积物。层厚1.00~4.30m，层底标高-8.16~-5.70m。该层压缩性中等，沿线均有分布。

④2粉砂层

灰色~青灰色，中密~密实，饱和，局部为细砂和粉土，偶夹薄层粉质粘土，矿物成分以石英、长石、云母为主。为第四系晚更新统（Q32-2）海陆交互相沉积物。层厚4.70~8.50m，层底标高-15.79~-12.78m。该层压缩性中等，沿线均有分布。

⑤工程地质层（粉质粘土层）

灰色，软塑，局部含贝壳碎片，偶夹少量薄层粉土，含少量有机质。无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。为第四系晚更新统（Q32-2）海陆交互相沉积物。层厚3.00~6.60m，层底标高-20.01~-17.75m。该层压缩性中等~高，场地内均有分布。

⑥工程地质层（粘土、粉质粘土层）

根据其工程地质特征及沉积顺序可分三个工程地质亚层，分别描述如下：

⑥1粘土层

暗绿色，可塑~硬塑，均质致密，少含铁锰质结核，无摇振反应，刀切面具油脂光泽，干强度、韧性高。为第四系晚更新统（Q32-1）冲湖积相沉积物。层厚2.30~4.00m，层底标高-23.23~-21.34m。该层压缩性中等，沿线均有分布。

⑥2粉质粘土层

青灰~灰绿~灰黄色，可塑，含铁锰质斑点，局部粉粒含量偏高，无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。为第四系晚更新统（Q32-1）冲湖积相沉积物。层厚3.40~6.20m，层底标高-28.66~-26.04m。该层压缩性中等，沿线均有分布。

⑥3粉质粘土层

灰色，软塑，局部见浅灰色泥质结核，无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。为第四系晚更新统（Q32-1）冲湖积相沉积物。层厚2.00~5.70m，层底标高-33.37~-29.63m。该层压缩性中等，沿线均有分布。

⑦工程地质层（粉土层）

⑦2粉土层

灰黄色~灰色，局部青灰色，中密~密实，很湿，局部夹粉砂薄层，夹较多薄层粉质粘土，呈互层状，摇振反应迅速，刀切面无光泽，干强度、韧性低。为第四系晚更新统（Q32-1）冲湖积相沉积物。层厚7.40~9.50m，层底标高-39.16~-38.13m。该层压缩性中等，沿线除J140孔缺失外，其余钻孔均有揭示。

⑧工程地质层（粉质粘土层）

灰色，可塑为主，粉粒含量高时呈软～流塑，夹薄层粉土，含有机质少量。无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。为第四系晚更新统（Q31）泻湖相沉积物。层厚18.50~22.70m，层底标高-61.24~-57.64m。该层压缩性中等，沿线均有分布。

⑨工程地质层（粘土层）

灰色～暗绿色，可塑，含少量黄绿色条纹，有光泽，无摇振反应，干强度、韧性高。为第四系晚更新统（Q31）冲湖相沉积物。层厚1.50~3.50m，层底标高-62.00~-60.49m。该层压缩性中等，沿线J1216、J1217、J1219、J1220孔缺失，其余钻孔均有分布。

⑩工程地质层（粉砂层）

灰色，密实，夹薄层粉土及细砂，主要矿物成分为石英、长石，含云母碎片，级配差。为第四系晚更新统（Q31）冲湖相沉积物。该层压缩性中等偏低，沿线均有分布，本次勘察未揭穿，最大控制厚度8.45米。

该场地的各土层主要物理力学指标综合建议值见表1。

表1 各土层主要物理力学指标综合建议值

3.结构设计

车站为地下二层二跨框架明挖结构，主体结构均为钢筋混凝土框架型式，由边墙、立柱、梁板组成结构体系，顶板、中板承受竖向荷载，通过纵向主梁下的柱子和边墙将荷载传递到底梁和底板。地铁车站结构必须由安全、经济的施工方法选定合理的结构型式,一般车站为长条形地下多层多跨框架结构,纵向为连续多跨梁板结构。

在有上部覆土压力、超载（等效均布荷载）、地下水的浮力等工程力的作用下运用所学专业知识分析结构的受力状况。在对车站的整体框架结构进行完受力计算后，画出各个部件的弯矩图，剪力图，轴力图，从而对各个部件进行配筋、抗浮、抗震的验算。

根据结构计算内力值时，除按强度进行截面配筋计算外，还须按最大裂缝宽度控制0.3mm的要求进行验算，以确定各截面的配筋。其配筋率需基本上控制在经济配筋率范围内，构件尺寸需是合理、经济的。由于结构周边土体的约束作用，地震力、人防设防荷载对地下结构绝大部分构件和位置为非控制因素,仅需按抗震、人防要求,进行构造措施处理。

六、施工设计

目前，国内外地铁施工方法主要有如下几种：

1.地铁区间施工方法

（1）明挖施工法。通常在地面条件允许的情况下，地铁区间隧道宜采用明挖法，但对社会环境影响很大，仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用，该方法现较少采用。 明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被用为首选方案。但其缺点也是明显的，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。

（2）盖挖施工法。埋深较浅、场地狭窄及地面交通不允许长期占道施工情况下采用盖挖法施工。依据主体结构施工顺序分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法。该法是在既有道路上先完成周边围护挡土结构及设置在挡土结构上代替原地表路面的纵横梁和路面板,在此遮盖下由上而下分层开挖基坑至设计标高,再依序由下而上施工结构物,最后覆土恢复为盖挖顺作法;反之先行构筑顶板并恢复交通、再由上而下施工结构物为盖挖逆作法。

（3）暗挖施工法

暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛。

a.钻爆法。我国地域广大、地质类型多样，重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中，广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中，这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖、喷锚支护（与通常的山岭隧道相当）。钻爆法施工的全过程可以概括为：钻爆、装运出碴，喷锚支护，灌注衬砌，再辅以通风、排水、供电等措施。在通过不良地质地段时，常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸，钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法，例如：上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破，有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护，有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。防水基本采用截、堵、排等几种方法，其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板，然后再灌注二次混凝土衬砌被认为是一种效果良好的防渗漏措施。

b.盾构法。盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构(shield )是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶;钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装(或现浇)一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。

按盾构断面形状不同可将其分为:圆形、拱形、矩形、马蹄形4种。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛;按开挖方式不同可将盾构分为:手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式3种;按盾构前部构造不同可将盾构分为:敞胸式和闭胸式2种;按排除地下水与稳定开挖面的方式不同可将盾构分为:人工井点降水、泥水加压、土压平衡式，局部气压盾构，全气压盾构等。

盾构法的主要优点:除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响;盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施T易于管理，施工人员也比较少;土方量少;穿越河道时不影响航运;施工不受风雨等气候条件的影响;在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。

c.掘进机法。在埋深较浅、但场地狭窄和地面交通环境不允许爆破震动扰动,又不适合盾构法的松软破碎岩层情况下采用。该法主要采用臂式掘进机开挖,受地质条件影响大。

d.浅埋暗挖法.浅埋暗挖法又称矿山法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。 顾名思义，浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序，现被施工单位普遍采纳。

e.顶管法。是直接在松软土层或富水松软地层中敷设中小型管道的一种施工方法。适用于富水松软地层等特殊地层和地表环境中中小型管道工程的施工。主要由顶进设备、工具管、中继环、工程管、吸泥设备等组成。

f.新奥法。新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。新奥法（NATM）是新奥地利隧道施工方法的简称, 在我国常把新奥法称为”锚喷构筑法”。用该方法修建地下隧道时，对地面干扰小，工程投资也相对较小，已经积累了比较成熟的施工经验，工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时，对于岩石地层，可采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌；对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。

地铁车站的主要施工方法有明挖法、盖挖法以及暗挖法施工。目前国内外最主要的施工方法采用明挖法施工,本车站主体采用明挖法施工。主要结构尺寸的拟定是在满足建筑限界和建筑设计的基础上、考虑施工误差,测量误差、结构变形及后期沉降等因素,根据地质和水文资料、车站埋深、结构类型、施工方法等条件经过计算确定。

用时标网络图对施工过程中的各个工序进行合理的分配，从而更好的控制施工进度。进而确定主体结构施工工程的具体施工方案。

七、存在问题及解决措施

1.结构防排水问题

浅埋隧道，水对施工的危害极大。

防水设计应遵循”以防为主、防排结合、因地制宜、综合治理”的原则。以结构自防水为主，外防水为辅，处理好施工缝、变形缝等缝的防水是关键。通常，对水的处理大致有以下几种方法：（1）清除地面积水，健全排水设施；（2）地面注浆堵水；（3）采用降水方法降低地下水位；（4）超前注浆加固地层，改变地下水作用环境；（5）喷射混凝土掺加防水材料；（6）利用防水材料抹面或复合衬砌间加柔性防水材料；（7）施工缝、变形缝采用止水环、止水带或止水条等防水措施。

2.强柱弱梁问题

这实际上是结构构件的抗震问题。

《铁路工程抗震设计规范》（GB111-87）采用容许应力法进行结构设计。地震发生时，结构及其上部覆盖层产生与地表地震加速成比例的惯性力，同时地震引起主动侧压力的增量，满足此种工况的条件必须是结构单位体积的重量（含结构净空在内）大于围岩的比重。但由于地铁结构内净空较大，结构单位体积的重量小于围岩的比重，地震发生时，结构与围岩几乎一同变形，采用上述理论难于反映真实的地震作用，同时该规范在地下结构构造上也没有明确的要求。

根据一般的地面建筑的概念，为增加框架柱的延性，结构往往设计成强柱弱梁的体系，根据结构类型和抗震等级，框架柱的轴压比都受到了严格的限制，其箍筋的体积配箍率也有明确的规定。而地下结构由于覆土较大，导致框架柱承受的荷载较大，为满足承载和限界的要求，往往设计成强梁弱柱的结构体系，由于规范中对地下结构的抗震等级没有给出统一的要求。这就有可能在设计中忽略弱柱问题，使框架柱成为地震中的薄弱环节，而形成箱体的梁、板、墙纵向刚度较大，延性好，具有较强的抗震能力。因此设计中必须提高其延性和承载能力，增强框架柱的抗震能力。