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城市轨道交通工程结构与特点~~~
一、地铁车站形成与结构组成
（一）地铁车站形成分类
地下铁道（简称地铁）工程，包括轻轨交通，已成为城市基础设施的重要组成部分。
地铁车站根据其所处位置、结构横断面和站台形式等进行不同分类，具体详见表2K313011
地铁车站通常由车站主体（站台、站厅、设备用房、生活用房），出入口及通道，通风道及地面通风亭等三大部分构造组成。
二、施工方法（工艺）与适用条件
1.明挖法施工
（1）明挖法施工流程是先从地表面向下开挖基坑至设计高程，然后在基坑内的预定位置由下而上地建造主体结构及其防水措施，最后回填土并恢复路面。
图片来源网络(2)明挖法是修建地铁车站的常用施工方法，具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量、工程造价低等优点，因此，在地面交通和环境条件允许的地方，应尽可能采用。
(3)明挖法施工基坑可以分为敞口放坡基坑和有围护结构的基坑两类。
若基坑所处地面空旷，周围无建筑物或建筑物距离基坑边很远，地面有足够空地能满足施工需要又不影响周围环境，基坑深度不大时，则可采用敞口放坡基坑施工。这种基坑施工简单、速度快、噪声小，无须做围护结构。
如果基坑很深，地质条件差，地下水位高，特别是又处于繁华市区，地面建筑物密集，交通繁忙，无足够空地满足施工需要，没有条件采用敞口放坡基坑时，则可采用有围护结构的基坑。其中，敞口放坡基坑分为边坡面不加支护的基坑以及锚喷护坡基坑两类；有围护结构基坑的围护结构又分为不同类型，具体见（图2K313011-1）。
2.盖挖法施工
（1）盖挖法是先盖后挖，即先以临时路面或结构顶板维持地面畅通再向下施工。
（2）盖挖法具有诸多优点：围护结构变形小，能够有效控制周围土体的变形和地表沉降，有利于保护邻近建筑物和构筑物；基坑底部土体稳定，隆起小，施工安全；盖挖逆作法施工一般不设内部支撑或锚锭，施工空间大；盖挖逆作法用于城市街区施工时，可尽快恢复路面，对道路交通影响较小。
图片来源网络盖挖法也存在一些缺点：盖挖法施工时，混凝土结构的水平施工缝处理较为困难；暗挖施工难度大、费用高。
(3)盖挖法可分为盖挖顺作法、盖挖逆作法及盖挖半逆作法。目前，城市中施工采用最多的是盖挖逆作法。
1)盖挖顺作法
盖挖顺作法的具体施工流程见（图2K213011-2）。
对于饱和的软弱地层应以刚度大、止水性能好的地下连续墙为首选方案。目前，盖挖顺作法中的挡土结构常用来作为主体结构边墙体的一部分或全部。2)盖挖逆作法
其工法特点是：快速覆盖、缩短中断交通的时间；自上而下的顶板、中隔板及水平支撑体系刚度大，可营造一个相对安全的作业环境；占地少、回填量小、可分层施工，也可分左右两幅施工，交通导改灵活；不受季节影响、无冬期施工要求，低噪声、扰民少；设备简单、不需大型设备，操作空间大、操作环境相对较好。3)盖挖半逆作法
3.喷锚暗挖法
它对地层的适应性较广，适用于结构埋置较浅、地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，及对地面沉降要求严格的城镇地区地下构筑物施工。如果环境保护要求不高，可以采用新奥法；在城镇软弱围岩地层中，则应采用浅埋暗挖法。
（1）新奥法与浅埋暗挖法的区别
“新奥法”是利用围岩的自承能力，使围岩成为支护体系的组成部分，支护与围岩共同变形承受形变应力。因此，要求初期支护有一定柔度以利用和充分发挥围岩的自承能力。
由于需要减少城市地表沉陷，还要求初期支护有一定刚度，设计时基本不考虑利用围岩的自承能力，这是浅埋暗挖法与“新奥法”主要区别。
（2）浅埋暗挖法的工艺特点
遵循“新奥法”大部分原理，按照“十八字”原则（即管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测）进行隧道的设计和施工。
采用浅埋暗挖法时要注意其适用条件。首先，浅埋暗挖法不允许带水作业。第二，采用浅埋暗挖法要求开挖面具有一定的自立性和稳定性。
三、不同方法施工的地铁车站结构
（一）明挖法施工车站结构
明挖法施工的车站主要采用矩形框架结构或拱形结构。
1. 矩形框架结构
这是明挖车站中采用最多的一种形式。
2. 拱形结构
一般用于站台宽度较窄的单跨单层或单跨双层车站。
（二）盖挖法施工车站结构
1. 结构形式
在城镇交通要道区域采用盖挖法施工的地铁车站多采用矩形框架结构。
软土地区地铁车站一般采用地下墙或钻孔灌注桩作为施工阶段的围护结构。地下墙可作侧墙结构的一部分，与内部现浇钢筋混凝土组成双层衬砌结构；也可将单层地下墙作为主体结构侧墙结构。
3. 中间竖向临时支撑系统
中间竖向临时支撑系统由临时立柱及其基础组成，系统的设置方法有三种：
（1）在永久柱的两侧单独设置临时柱；
（2）临时柱与永久柱合一；
（3）临时柱与永久柱合一，同时增设临时柱。
四、不同方法施工的地铁区间隧道结构
（一）明挖法施工隧道
在场地开阔、建筑物稀少、交通及环境允许的地区，应优先采用施工速度快、造价较低的明挖法施工。明挖法施工的地铁区间隧道结构通常采用矩形断面，一般为整体浇筑或装配式结构，其优点是其内轮廓与地下铁道建筑限界接近，内部净空可以得到充分利用，结构受力合理，顶板上便于敷设城市地下管网和设施。
（二）喷锚暗挖（矿山）法施工隧道
在城市区域、交通要道及地上地下构筑物复杂地区进行隧道施工，喷锚暗挖法常是一种较好的选择。
采用喷锚暗挖法隧道衬砌又称为支护结构，其作用是加固围岩并与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，共同承受可能出现的各种荷载，保持隧道断面的使用净空，防止地表下沉，提供空气流通的光滑表面，堵截或引排地下水。
喷锚暗挖（矿山）法施工隧道的衬砌主要为复合式衬砌。这种衬砌结构是由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。复合式衬砌外层为初期支护，其作用是加固围岩，控制围岩变形，防止围岩松动失稳，是衬砌结构中的主要承载单元。一般应在开挖后立即施作，并应与围岩密贴。所以，最适宜采用喷锚支护。
（三）盾构法施工隧道
在松软含水地层、地面构筑物不允许拆迁，施工条件困难地段，采用盾构法施工隧道能显示其优越性：振动小、噪音低、施工速度快、安全可靠，对沿线居民生活、地下和地面构筑物及建筑物影响小等。
盾构法修建的区间隧道衬砌有预制装配式衬砌、预制装配式衬砌和模筑钢筋混凝土整体式衬砌相结合的双层衬砌以及挤压混凝土整体式衬砌三大类（见图2K313012-1）。
五、施工方法比较与选择
（一）喷锚晤挖（矿山）法
1.喷锚暗挖法施工
2.新奥法施工
新奥法施工隧道适用于稳定地层，应根据地质、施工机具条件，尽量采用对围岩扰动少的支护方法。岩石地层当采用钻爆法开挖时，应采用光面爆破、预裂爆破技术，尽量减少欠挖、超挖。
3.浅埋暗挖法施工
(1)地层预加固和预支护
常用的预加固和预支护方法有：小导管超前预注浆、开挖面深孔注浆及管棚超前支护。
(2)隧道土方开挖与支护
其总原则是：预支护、预加固一段，开挖一段；开挖一段，支护一段；支护一段，封闭成环一段。
(3)初期支护形式
在诸多支护形式中，钢拱锚喷混凝土支护是满足上述要求的最佳支护形式。
(4)二次衬砌
通过监控量测，掌握隧道动态，提供信息，指导二次衬砌施作时机。这是浅埋暗挖法中二次衬砌施工与一般隧道衬砌施工的主要区别。
（二）盾构法施工
图片来源网络1.盾构法施工基本原理
(1)在盾构法隧道的始发端和接收端各建一个工作（竖）井；
(2)盾构在始发端工作井内安装就位；
(3)依靠盾构千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出；
(4)盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；
(5)及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；
(6)盾构进入接受工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。
2. 盾构法施工设备
盾构是用来开挖土砂类围岩的隧道机械，由切口环、支撑环及盾尾三部分组成，也称盾构机械。不同的地质条件应采用不同形式的盾构设备，盾构设备的正确选型是决定盾构法隧道施工成败的关键。
国内用于地铁工程的盾构主要是土压式和泥水式两种，这两种设备施工时的控制方法不同。土压式盾构，以土压和塑流性改良控制为主，辅以排土量、盾构参数控制。泥水式盾构，以泥水压和泥浆性能控制为主，辅以排土量控制。
3. 盾构法的适用条件
(1)在松软含水地层，相对均质的地质条件。
(2)盾构法施工隧道应有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m。
4. 盾构法施工隧道具有以下优点
(1)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；
(3)隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道；
5. 盾构法施工存在的问题
(1)当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；
(2)在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，则盾构法施工困难很大，而在水下时，如覆土太浅，则盾构法施工不够安全；
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编辑 / 冯维娜
校对/毛欢
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