文 献 综 述

1.1 选题意义

地铁建设是一个复杂的系统工程，它影响着城市未来的各个方面，是城市重要的有机组成部分，同时也能提升城市的综合竞争力。作为一种绿色的交通方式，能够减少能耗和对城市的污染，改善城市环境；作为一种准点、安全的交通方式，能够缓解城市交通拥堵，更好的为居民出行提供便捷的服务；作为一项重大基础设施建设，能够带动一大批相关产业的发展，促进新的经济增长点，为社会提供大量的就业岗位。

地铁主要是由线路、列车、车站等组成的交通体系，此外还有供电、通信、信号、通风、照明、排水等系统。地铁线路由路基与轨道构成，轨道与铁路轨道基本相同，它一般采取较重型的钢轨，地铁列车均采用由电力动车组成的动车组。地铁车站是列车到发和乘客集散的场所，一般建在客流量较大的集散地。地铁车站按站台形式可以分为三类：① 岛式站台车站，站台位于两条线路之间。岛式站台可以调节上下行不均衡的客流，充分利用站台面积，便于管理，应用比较广泛。但相对来说建筑费用较大，站台延长较为困难，需要在中间设站厅，结构相对复杂。② 侧式站台车站，站台位于两条线路外侧，须分别设置两个站台。侧式站台相对来说建筑费用较便宜，延长站台也较为容易，不必设置中间站厅，结构也相对简单。但两侧站台必须都设置工作人员，使人力上增加，为管理带来诸多不便，如果旅客中途折返将带来不便。另外，两侧站台的利用率较低，但人员不易交叉，也不会出现乘错车的问题，只是对客流不能进行有效的调节。由于近几年来双圆盾构的使用，为采用侧式站台创造了条件。客流量不大时采用此种站台形式比岛式站台造价低，是重要的研究设计方面。③ 混合式车站，一个车站内既有岛式站台，又有侧式站台，它们之间用天桥或地道相连，仅为多线车站所使用。

地铁车站作为城市轨道交通枢纽站点、地面客流的集散点，联系着地面和地下的客运功能，其安全稳定是最为重要的。同时，地铁车站造价相对较高，因此，如何做好经济上的合理和结构上的安全可靠是非常重要的。

1.2 地铁车站结构设计理论

1. 横断面计算法：沿车站纵向截取单位长度的横断面结构，将墙、板假设成单位长度的梁单元，将框架柱按刚度或面积换算成单位长度的厚度，底板与地基间采用弹性假定，用竖向基床系数与底板单元长度的积作为地基弹簧刚度，用荷载结构模型按有限元法进行内力计算，根据不同的荷载组合得到结构的内力包络图。对于纵梁，则是根据通常的板梁柱传力方式，由板传给梁（或根据断面计算得到的单位长度支撑点的支点反力反算梁的荷载），形成梁的荷载，柱作为梁的支点，根据多跨连续梁结构进行梁的内力计算。此种方法是目前最通用的方法。

2. 空间梁系计算方法：取空间结构，将板、墙划分成较密的网格，用密集的梁单元代替这些板和墙，并与实际的梁、柱结构组成梁单元体系，荷载作用于节点上，用有限元法对整体结构体系进行内力计算分析。

3. 空间板系计算法：按照空间体系将结构进行网格划分，将板、墙、梁、柱按照各自的结构尺寸，划分成板单元，用有限元法进行结构内力分析计算。

4. 空间梁板系计算法：按照空间体系将结构进行网格划分，将板、墙按照各自的厚度，采用4节点或8节点等参元划分成板单元，而梁柱依然采用梁单元框架体系，用混合元结构进行结构内力计算分析。

对于一般只设纵梁的地铁车站，采用传统的横断面计算法是不够合理的，该法忽略了板与梁的协同工作及两者相对刚度对内力的影响，忽略了纵梁两侧板的纵向弯矩，也忽略了支座处和非支座处板横向受力的差异。所以，在地铁结构设计中，应考虑各构件的协同工作，并按照空间计算法，合理地调配梁板的相对刚度，使得设计更加符合结构真实的受力情况。

1.3 地铁车站结构计算

1. 车站按底板支承在弹性地基上的平面框架进行分析时，一般以水平弹簧模拟地层对侧墙的水平位移的约束作用，以竖向弹簧模拟地层对底板、侧墙底部的竖向位移的约束作用。

2. 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：

(1) 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；

(2) 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。

3. 框架结构基底反力可以采用两种计算方法：

(1) 假设结构是刚性体，则基底反力的大小和分布可根据静力平衡条件求得；

(2) 假设结构为温克尔地基上的矩形框架，则根据地基变形计算基底每一点的反力。

4. 在顶、楼板的横向框架内力计算中，要考虑因纵梁刚度不足（当跨度较大、截面高度较小时）、跨中挠度较大所产生的横向板带正负弯矩在纵向分布的不均匀性。

5. 各层板与地下墙的连接处，如不采用钢筋接驳器而采用预埋剪力筋，应将预埋在地下墙中的插筋调直，使它能承受负弯矩。在板的横向内力计算中把这部分插筋计人，以减小跨中正弯矩。

6. 对框架结构的隅角部分和梁柱交叉节点处，配筋时要考虑侧墙宽度的影响。

7. 当沿车站纵向的覆土厚度、上部建筑物荷载、内部结构形式变化较大时，或基

底地层有显著差异时，还应进行结构纵向受力分析。

1.4 地铁车站施工设计

车站结构施工方法，应根据车站范围内的工程地质和水文地质勘探资料、周围环境及交通等情况进行技术、经济综合比较后选择。

1.车站结构施工对地下构筑物、地下管线及地面交通影响不明显，具备明挖施工场地条件的车站，宜采用明挖顺作法施工；地面交通需要尽快恢复时，宜采用盖挖顺作法、盖挖逆作法或盖挖半逆作法施工。

2.车站位于较完整的岩石地层且地下水不发育，或由于站位交通繁忙、施工场地狭窄，不允许中断交通及车站采用明挖法施工对地下构筑物、地下管线的影响难以解决等因素，不宜采用明挖法施工的车站，方可采用暗挖法施工。目前地铁车站通常采用矿山法。 1) 矿山法施工应根据工程地质及水文地质条件、车站结构类型、横断面大小、埋深情况（深、浅埋）、覆跨比、周围环境情况、施工条件等因素经多方案技术经济比较确定。应选择风险小、地面沉降易于控制、造价较低的施工方法。常用的施工方法有台阶法，中壁法（CD法）、中壁#8212;#8212;隔墙法（CRD法），中洞法、侧洞法、柱洞法等，具体详见”区间” 2）软弱围岩或浅埋暗挖车站隧道，开挖前应对地层进行预加固和预支护，以提高周围地层的稳定性。其方法可选择小导管超前预注浆、开挖面深孔注浆、管棚钢架超前支护等辅助施工措施。根据工程地质及水文地质条件、覆土厚度、周围环境情况、开挖方式、进度要求、机械配套情况选择一种或几种措施并用。

参考文献

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[17] 张洋．城市地铁车站结构设计浅析[J]．中国勘察设计，2011．

2.1 本课题拟解决的问题

通过本课题拟解决以下几点问题：

1. 熟悉地铁车站结构设计中常用的设计规范和专业知识，综合运用所学的基础理论知识，正确的解决工程设计中的各种实际问题，了解工程设计人员实际设计的内容、初步了解工程设计的基本方法，并能在设计中正确考虑影响设计的各项因素。

2. 熟练得运用相关软件和绘图软件，所绘工程图纸应符合国家建筑制图的统一标准，并能正确清晰地表达设计意图。

3. 掌握地铁车站结构设计的内容、方法和步骤，并了解地铁车站的一般特点和各种新的设计要求。结合车站所处自然条件及工程地质和水文地质等情况，以《地铁设计规范》为标准，合理选定结构设计方案以及适用的施工方法，力求使设计达到美观、适用、安全、经济。

2.2 准备工作和具体设计内容

2.2.1 在进行地铁车站设计之前，应收集下列资料

1. 场地岩土工程勘察报告，车站基坑支护设计参数。

2. 建筑红线、施工红线的地形平面图及基础结构设计图；建筑场地及其附近的地下管线、地下埋设物的位置、深度、结构形式及埋设时间等。

3. 车站基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况。

4. 临近的已有建筑物的位置、层数、高度、结构类型、完好程度。已建时间以及基础类型、埋设深度、主要尺寸等。

5. 周围的地面排水情况，地面雨水与污水、上下水管排入和漏入基坑的可能性。

6. 已有相似地铁车站设计的经验性资料。

2.2.2 地铁车站的设计内容，一般应包括

1. 设计资料的收集，系统学习地铁车站结构类型和相关计算理论；

2. 地铁车站主体结构设计方案的比较和选择；

3. 地铁车站围护结构设计方案的比较和选择；

4. 地铁车站主体结构和围护结构的设计计算；

5. 绘制地铁车站主体结构与围护结构工程施工图（车站总平面图、车站主体结构剖面图、围护结构剖面图、主体结构配筋图等）。

2.3 本次鼓楼站的设计资料如下

2.3.1 工程概况

1 总体概况

为解决城市的交通问题，南京市政府决定建设南京地铁四号线一期工程。南京地铁四号线一期工程起于中保站，止于仙林东地区，线路全长33.782km，高架和地面线长1.259km，地下段长32.523km。沿线共设置16座车站，包括换乘站9处，设青龙车辆段1处，设锁金村、灵山主变电所2座，并设控制中心于灵山站附近。

南京地铁四号线一期工程地质勘察分为4个标段， D4-XK01标段范围为中保站~鼓楼站的四站三区间。该标段起于右CK10 700.000处，由中保站沿草场门大街东行，后由草场门大桥南侧穿越秦淮河后至北京西路，在北京西路与虎踞路交叉口设草场门站。沿北京西路东行经省委、省政府，过宁海路后，在云南路与北京西路交叉口设云南路站。沿北京西路继续东行，在鼓楼广场设鼓楼站。

2 工点概况

南京地铁四号线一期工程D4-XK01标鼓楼站位于鼓楼公园与鼓楼广场（东端）之间，与地铁一号线换乘，上穿地铁1号线（1号线和4号线节点已完成）和鼓楼隧道。本站为地下两层（局部一层）岛式站台车站。车站设计起点里程为右线CK15 266.741，车站设计终点里程为右CK15 472.620。车站外包总长209.879m，标准段总宽49.60m。车站轨面高程为7.737m，车站中心里程为（右CK15 472.620 335.000）处覆土0.853m。本站共设3个出入口（其中2个和一号线鼓楼站共用出入口）、1个无障碍出入口、1个消防疏散口以及4组风亭。车站东端设有盾构井。KC15 308.74~KC15 313.84设有排热风道，KC15 354.69~KC15 361.59设有强电通道，KC15 374.69~KC15 378.49设有弱电通道。排热风道底板底标高为3.397m，强电通道底板底标高为3.097m，弱电通道底板底标高为2.897m。

根据设计文件，下穿鼓楼公园段的车站主体（右CK15 265.700~右CK15 305.950，40.25m）、1号风亭和上跨鼓楼隧道段（CK15 390.645~ CK15 417.752，27.107 m）拟采用暗挖法（矿山法）施工，其余地段拟采用明挖法施工。明挖法施工段中，靠近一号线段拟采用盖挖逆作法施工；车站西南角局部（现有道路处）拟采用盖挖顺作法施工；其它部位拟采用支护开挖法（明挖顺作法）施工。车站主体及附属结构型式，以及拟采用的施工方法见表1.1.2。

2.3.2自然地理与环境

（1） 地形与地貌.

拟建场地位于鼓楼公园到鼓楼广场东端之间。场地周边主要建筑主要为：鼓楼公园碑楼、鼓楼医院、绿地广场（南楼）、紫峰大厦、南京电信局、南京邮政大楼、鼓楼隧道、南京地铁一号线鼓楼站。场地地形起伏较为平缓，仅在鼓楼公园处起伏较大，地势呈西高东低状，地面高程在16.76~27.93m之间（吴淞高程系，下同）。

场地地貌单元为长江阶地。

（2）气象与水文

1 气象

南京地区属北亚热带季风气候区，四季分明，雨水充沛，光能资源充足，年平均温度为15.7℃，最高气温43℃（1934年7月13日），最低气温-16.9℃（1955年1月6日），最热月平均温度 28.1℃，最冷月平均温度 -2.1℃。年平均降雨117天，降雨量1106.5毫米，最大平均湿度 81%。最大风速 19.8m/s。土壤最大冻结深度 -0.09m。夏季主导风向为 东南、东风，冬季主导风为向 东北、东风。地震烈度 7度。无霜期 237天。每年6月下旬到7月中旬为梅雨季节。多年平均蒸发量在1000mm左右，6~9月蒸发量占总蒸发量的一半左右，年际变化也较大，从多年资料分析，本区蒸发量略小于降水量。

历年来，经常出现突发性暴雨，造成秦淮河水位猛涨，发生洪涝灾害。建国以来，特大洪水出现过6次，分别为1949年、1954年、1969年、1991年、2003、2007年。2007年7月7日南京江宁区降雨量超过了300mm，突破百年来的最大降水量。

2 水文

南京城区地表水水体面积约370km²，水资源较丰富。南京城区主要河流有长江、秦淮河及滁河，市内有秦淮河、玄武湖、莫愁湖、白鹭洲等河流湖泊。暴雨主要受梅雨及台风活动影响。区内水系呈明显的外河和内河两部分，外河分布在江北，内河为圩内水网。两部分相对独立，同时又通过水利工程如涵（闸）互相沟通。通过江河连通长江与滁河，受两河洪水、长江顶托及海洋潮汐影响。当雨水集中并且入江河道受长江水位顶托时，易形成内涝灾害。

2.3.3 场地及周边环境条件

本工程地处城市繁华地段的交通主干道交汇处，交通繁忙。场地附近高校、居民楼、商业建筑、办公楼较多，场内及周边附近道路下管线密集，且建有地铁一号线鼓楼站、鼓楼隧道、地下人防，施工环境条件较为复杂。

2.3.4 区域地质构造

南京地区大地构造属扬子准地台的下扬子凹陷褶皱带，这个凹陷从震旦纪以来长期交替沉积了各时代的海相、陆相和海陆相地层，下三迭系青龙群沉积以后，经印支运动、燕山运动发生断裂及岩浆活动，并在相邻凹陷区及山前山间盆地堆积了白垩纪及第三纪红色岩系及侏罗～白垩纪的火山岩系。沿线地质构造主要处于宁镇弧形褶皱西段，各类不同期次、不同性质，不同方向的褶皱，断裂十分发育，沿线重要地质构造有：

（1）龙~仓复背斜

沿长江南岸断续展布，由幕府山，栖霞山，龙潭等复背斜组成，轴向北东～近东西向。由于燕山期侵入岩的占据和侏罗系～白垩系地层的覆盖，走向上不连续，北翼被沿江断裂断失，只出露南翼。

（2）南京~湖熟断裂

该断裂自安徽滁县经南京延至溧阳，是一条区域性隐伏断裂。区内为其中一段（南京至湖熟），长30公里，宽度不明，走向300#176;~320#176;，倾向南西，倾角60#176;，从场地北端经过。北东侧为宁镇弧形隆起带，南西侧为宁芜火山岩盆地，断裂被中、新生界覆盖，地表不明显。

（3）沿江断裂带

该断裂带位于宁镇隆起的北缘，自幕府山一镇江焦山，区内仅为西段一部份。北东东向延伸，长达36公里，断层面倾向北，倾角陡，南北盘落差可达数公里。

（4）定淮门~马群断裂

该断裂由定淮门开始沿SEE方向经鼓楼、琵琶湖、梅花山至马群南，长约16.5km，断层产状NW290#176;/SW80#176;，为张扭性断裂，左行，切割深度约20km。

（5）逆冲断裂

沿线主要有幕府山逆冲断裂组、老山逆冲断裂组等。该类断裂倾角大多在60#176;以上，往往数条断层平行发育，构成逆冲断层，规模不大，倾角较陡，有的几乎直立。2.4 2.4 车站结构设计计算方法

2.4.1 车站结构的荷载#8212;结构法

荷载结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗力），衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，与其相应的计算方法称为荷载结构法。这一方法与设计地面结构时习惯采用的方法基本一致，区别是计算衬砌内力时需考虑周围地层介质对结构变形的约束作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，保证衬砌结构能安全可靠的承受地层压力等荷载的作用下，按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。早年常用的弹性连续框架（含拱形构件）、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁）法等都可归属于荷载结构法。

本设计荷载结构模型采用结构力学弯矩分配法计算。在此方法中，用弯矩分配法计算分层单元的杆端弯矩时，任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端。因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配、一次传递、再一次分配。

2.4.2 车站结构的荷载#8212;地层法

荷载#8212;地层法主要是建立连续介质模型(Continuum Model)，或称为地层-结构模型。围岩与结构共同构成承载体系，荷载来自围岩的初始应力和施工所引起的应力释放。结构内力与围岩重分布应力一起按连续介质力学方法计算；围岩与结构的相互作用以变形协调条件来体现；计算的关键在于确定围岩的应力释放和围岩的相互作用。

2.5 设计原则

1. 地铁车站应根据工程地质及水文地质条件，结合环境影响和使用要求等因素，通过综合分析比较，选择安全可靠、经济合理、方便施工的结构形式和施工方法。

2. 结构按施工阶段和正常使用阶段进行强度、刚度、稳定性计算，保证结构在施工及运营期间有足够的强度、刚度和稳定性。钢筋混凝土结构还应进行裂缝宽度检算。

3. 地铁从既有构筑物下面通过时，设计应采取有效措施，确保构筑物的安全及使用功能不受影响。

4. 地铁车站满足建筑防(火)灾的要求，同时结构设计应考虑平战转换，预留人防所需埋件。

5. 车站结构防水等级按一级标准进行设计，即顶板不允许渗漏水，侧墙表面只允许有少量偶见湿迹。车站结构应按最不利情况进行抗浮稳定验算。

6. 地铁车站的变形缝应尽量少设，暗挖车站主体结构一般不设变形缝；但在明暗挖交界处、结构型式、地基基础及荷载发生显著变化部位，则设置变形缝，变形缝的宽度为20mm。

7. 地铁车站结构设计必须以地质勘察资料为依据。设计时应根据结构或构件类型、使用条件及荷载特性等，选用与其特点相近的结构设计方法。新奥法施工的隧道设计参数可按工程类比或理论计算进行确定，并依信息反馈进行设计修正。