地鐵T形換乘車站結構設計對比

張 穎，范益群

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著各地軌道交通線網的加密，換乘車站越來越多地出現。地鐵換乘有多種形式，主要包括通道換乘、同站臺換乘、十字換乘、T形換乘、L形換乘等。

從使用功能上看，十字換乘與T形換乘便利性較好，其中十字形換乘，特別是島側式十字換乘優(yōu)勢更為明顯。但在實際操作中，由于受現場管線，交通，用地等方面的限制，T形換乘車站應用也非常普遍。在無錫地鐵2號、3號線線路中，就存在兩處T形換乘車站，分別為2/4號線換乘站（河埒口站）和3/4號線換乘站（太湖花園站）。

1 工程概況

1.1 河埒口站

河埒口站位于無錫市濱湖區(qū)，沿梁溪路與蠡溪路的交叉口下東西走向，為2號線一期工程的第4個站,線網中與規(guī)劃4號線呈“T”字換乘,換乘節(jié)點部分與該站同步實施,預留遠期4號線相關建設條件。該站為2號線運營小交路折返站,站后設置折返線和停車線。車站主體長度為500 m，車站標準段基坑開挖深度約18.2 m左右，換乘節(jié)點處開挖深度最深約27.0 m。

線路呈“人”字坡,車站覆土厚度為3.1 m ～4.3 m。車站東南側為在建商業(yè)廣場,西南側為在建商住樓和已建24層住宅樓,北側規(guī)劃為居住用地及街頭綠地（見圖1）。

圖1 河埒口站平面布置圖

1.2 太湖花園站

太湖花園站位于長江北路與金城路交叉路口，為3號線與5號線的換乘站。

太湖花園站為地下兩層島式車站，車站全長237 m。線網中與規(guī)劃5號線呈“T”字換乘,換乘節(jié)點部分與該站同步實施,預留遠期5號線相關建設條件。車站標準段基坑開挖深度約17.7 m左右，換乘節(jié)點處開挖深度最深約25.7 m。車站頂板覆土厚約3.2 m。

車站周邊規(guī)劃用地以商住混合及居住用地為主。金城路上為金城路高架，高架寬度約25 m，高架下凈高約6～7 m。高架以下，采用1000@1200灌注樁圍護，其余為地下墻圍護（見圖2）。

圖2 太湖花園站平面布置圖

2 車站設計重點及技術關鍵

從技術角度考慮，換乘車站與普通標準站的主要差別在于如何處理好下列三個問題：（1）后期預留問題；（2）換乘段坑中坑對圍護結構設計的影響；（3）使用功能所要求的特殊結構節(jié)點處理。

2.1 后期施工條件的預留

換乘車站一般先施工早期線路及重疊部分的的換乘結構。該換乘段的設計需為后期線路預留好必要條件。

后期的預留主要包括3個方面。

2.1.1 預留后期線路調整的余量

線網規(guī)劃確定好總體走向后，后期仍有微調的可能，從而影響到車站站位內的線路。T形換乘車站的換乘段一般緊靠后期施工車站的端頭井，影響更為明顯。

《地鐵設計規(guī)范》03版中未對此提出要求，隨著各地地鐵建設的展開，上述問題逐步暴露，14版地鐵規(guī)范9.9.4條提出了具體要求：“對預留的換乘節(jié)點，相鄰車站及相應區(qū)間的線位應穩(wěn)定，預留換乘節(jié)點兩側應留出不小于500 mm的裕量”。

河埒口站在早期設計中，未考慮預留該部分調整裕量；太湖花園站的設計按照新規(guī)范的要求，預留500 mm加寬值。

2.1.2 預留后期盾構進出洞或盾構調頭的條件

T形換乘車站中，換乘段下二層一般為軌行區(qū)及站臺，下三層后期無盾構吊進吊出的條件，同時如在該區(qū)域盾構調頭，需后期鑿柱，造成軌行區(qū)大跨，對上部結構的影響及風險也較大，不做推薦。

該問題的處理一般分為兩種：（1）遠期線路車站的端頭井伸出換乘段，并提前施工，作為后期的盾構調頭區(qū)；（2）遠期線路端頭井不伸出，后期施工，盾構穿過換乘段，在遠端調頭或吊出。

河埒口站采用方式（1），如圖3所示，太湖花園站由于無5號線盾構井伸出條件，采取遠端調頭的方式，后期盾構施工預留區(qū)側墻加寬，底板加深，詳見圖4所示。

圖3 河埒口站換乘段剖面圖

圖4 太湖花園站換乘段剖面圖

河埒口站預留4號線盾構調頭條件，并預留臨時鋼管柱。

在后期盾構調頭工況下，鑿除臨時鋼管柱A。考慮分擔上部覆土及結構荷載，下側底板水反力荷載，在下二層4號線預留設備層內設人字撐，底板在滿足盾構調頭條件下設臨時混凝土柱B。

河埒口站換乘段柱網跨度較大，因此永久柱采用型鋼混凝土結構，臨時鋼管柱中同時預留后期型鋼連接條件。

太湖花園站后期預留方案增加了少量工程費用，保留了盾構調頭或盾構吊進吊出條件，且后期施工條件較好。因此后期場地條件及建筑布置允許的情況下，推薦采用太湖花園的后期盾構施工條件預留方案。

2.1.3 預留后期結構接頭條件

先期車站與后期施工車站必然會出現接頭位置，該接頭位置后期施工中會出現圍護結構冷縫搭接、內部結構施工縫等問題。

按照《鋼筋機械連接技術規(guī)程》（JGJ107—2010）的要求，從結構受力角度考慮，即使采用I級100%接頭，也需避免出現在箍筋加密區(qū)范圍。

因此，為方便后續(xù)施工，保證施工質量，換乘段接頭部分宜突出約1/3跨。

2.2 換乘段圍護方案

2.2.1 換乘段的分坑

地下三層的換乘段如單獨分坑，兩側基坑的工作面開展會受到影響，對加快施工進度不利。因此，兩車站圍護布置均將換乘段基坑歸并在車站大基坑中實施（見圖5、圖6）。

圖5 河埒口站換乘基坑分坑平面圖

圖6 太湖花園站換乘基坑分坑平面圖

2.2.2 換乘段采用順逆結合的支護形式

河埒口路站換乘段地下二層孔洞較多（含換乘段樓梯孔、換乘段活塞風孔等），采用下二層板逆作的方式，減少一道支撐及換撐，如圖7所示。設計中需注意下二層板施需向下施工一段側墻，在短地墻頂端形成卡扣，使下二層板形成支撐效果。

圖7 河埒口站換乘段圍護布置橫剖面圖

太湖花園站由于換乘段孔洞較少（僅存在換乘樓梯孔），需樓板留臨時孔洞，作為地下三層結構施工通道。

采用下二層板逆作的方式，加快了施工進度，保證了施工安全，但同時施工縫會稍增多，且多為逆作施工縫，需加強結構防水節(jié)點，提高施工質量。

2.3 換乘段結構設計

2.3.1 換乘段結構抗浮及防水

換乘段為地下三層，在長三角高水位地區(qū)，抗浮一般不滿足，需采取抗浮措施，如完全采用抗拔樁等措施，較為浪費。兩站在設計中均考慮對短地墻加以利用，換乘段跨中部分輔以部分抗拔樁。

河埒口站對短地墻的利用，采用類抗拔樁的方式。每隔2m，留出1m地墻鋼筋直錨如下二層底板，如圖8所示。1m錨入段采取抗拔樁樁頭處理。該方式有效地利用了地墻抗拔，總體較為滿足，但后期配合中也發(fā)現部分問題，如圖9所示。由于“樁頭”靠地下三層防水層立刻彎折，無平直段，防水收頭難以施工，且“樁頭”間距較密，防水效果欠佳。

圖8 河埒口站地墻抗拔“樁頭”平面布置圖

圖9 河埒口站地墻抗拔“樁頭”剖面示意圖

在太湖花園站的結構設計中，為避免上述問題，對抗浮節(jié)點設計予以調整，采用類似于全包防水車站頂板壓頂梁的設計，詳見圖10所示。

圖10 河埒口站地墻抗浮壓頂節(jié)點剖面示意圖

太湖花園所用構造（構造一），施工中防水層稍彎折，但較方式一有效地保證了防水效果，同時，地墻全斷面參與抗浮，抗浮承載力有了提高。

應指出，無論方式一、方式二，由于換乘段地下三層水反力較大，底板仍需配合部分抗拔樁以控制底板內力。

2.3.2 換乘段大跨度設計

地鐵換乘段乘客人流量較大，從使用角度及舒適性角度考慮，宜減少柱數目，加大結構跨度，同時為避免裝修后，柱子斷面過大影響景觀，宜采用圓形斷面，并減小圓柱尺寸。

河埒口站換乘大廳，最終設計采用900 mm直徑的圓柱，為保證結構承載力，結構柱采用型鋼混凝土組合結構。

型鋼混凝土組合結構在地上結構（特別是高層結構）中應用較為普遍，設計施工技術成熟。地下結構在應用中需注意滿足型鋼混凝土結構的構造要求，比如：型鋼保護層，梁柱節(jié)點鋼筋與型鋼布置，抗剪栓釘布置，型鋼柱柱角等。圖11為河埒口站型鋼柱梁柱節(jié)點的鋼筋布置示意圖，圖12為型鋼混凝土柱柱腳節(jié)點示意圖。

圖11 河埒口站型鋼混凝土柱節(jié)點1及肋板示意圖

圖12 河埒口站型鋼混凝土柱柱腳節(jié)點示意圖

在其他項目中，也有采用鋼管柱、型鋼混凝土梁的結構，可參照相關設計規(guī)范實施。

2.3.3 換乘段行車樓板設計

在《地鐵設計規(guī)范》2013版 11.6.1第七條中，做出以下規(guī)定：“直接承受列車荷載的樓板等構件，其計算及構造應符合現行行業(yè)規(guī)范《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范》TB10002.3的要求。

換乘段行車樓板不同于普通地鐵車站底板，樓板下無土層地基彈簧，因此規(guī)范推薦采用以鐵路規(guī)范的容許法進行設計，與普通混凝土結構所采用的極限狀態(tài)法有較大的差異。

無錫地鐵3號線采用B型車輛，車輛軸重和排列如圖13所示（圖示為兩輛車，共五輛車編組），并考慮沖擊力的影響。

圖13 B形車軸重荷載分布圖

3 總結

隨著各地軌道交通線網的加密，地鐵換乘車站也大量出現。通過比較無錫地鐵2號、3號線設計中兩處T形換乘車站的設計及施工，總結出如下認識：

（1）換乘地鐵車站有多種換乘形式，雖然十字換乘（特別是島側式十字換乘）更為便利。但在實際操作中，由于受現場管線，交通，用地等方面的限制，T形換乘車站優(yōu)勢也較為明顯，值得推廣。

（2）T形換乘車站需為遠期地鐵線路的設計及施工做好預留，充分考慮后期線路調整余量、盾構施工條件、車站接頭設縫等問題。

（3）T形車站地下三層換乘區(qū)基坑可考慮與車站主體基坑同步實施，同時采用順逆結合的施工方式。從加快施工速度，控制基坑變形。施工中需加強關鍵節(jié)點的施工質量。

（4）換乘車站中存在結構抗浮、大跨度、行車區(qū)車輛大荷載等技術問題，需借鑒民用高層結構、鐵路結構等成熟經驗及規(guī)范，保證結構設計安全。