摘 要: 研究目的: 随着城市轨道交通建设的快速发展，高架线路的增长比例更快。如何在高架车站的结构选型和设计方面取得优势，将高架车站对城市空间的影响降到最低成为亟待解决的问题。本文结合深圳地铁 3 号线工程和其他城市地铁建设经验，对高架车站常用结构方案及设计要点进行分析和研究，为类似高架车站设计提供参考。

研究结论: 根据深圳地铁 3 号线“建桥一体化”高架车站结构受力特性，采取针对性的结构设计措施和验算手段，可以对该类结构特点扬长避短，满足轨道交通对高架车站结构安全性和乘客舒适性要求。

关键词: 城市轨道交通; 高架车站; 建桥一体化; 设计

 

      随着我国经济的发展和城市化进程的加快，我国越来越多的城市，尤其是百万人口以上的大城市，交通需求迅速增长，城市人口和机动车的快速增加已大大超过城市交通基础设施的最大承受能力，尽管近年来城市道路有了大幅度的提高，但交通问题依然日益突出，表现为交通阻塞、车速降低、停车困难、废气和噪声危害严重等。我国城市交通问题已严重影响城市功能的发挥和城市的可持续发展，目前各大城市为减轻城市交通压力，都在大力发展城市轨道交通工程。高架结构以其建设投资省，节约空间等优点，得到越来越广泛的采用，而高架车站作为高架线路的节点性控制工程，其结构设计的合理性影响着整个高架线路的规模和景观效果。

 

      深圳地铁 3 号线起自深圳市罗湖区红岭中路站，止于龙岗区龙兴街站。线路采用地下线方式通过罗湖中心区，出关后以高架形式沿深惠路布设，全长32． 859 km，高架线长 21． 727 km，高架段设 15 座车站。高架车站采用“高架三层双侧岛式站台”，按 B 型车 6 节编组，车站总长 120 m。顶层为站台层，供地铁列车通行和乘客候车; 第二层为站厅层，为乘客付费区兼做过街通道功能; 底层悬挑部分架空通行车流，落地区作为车站设备用房布置在道路绿化带内; 地下设电缆夹层，供通信、供电电缆敷设。车站布置如图 1所示。

      高架车站既不是单一的房建结构，也不是单一的桥梁结构，而是桥梁和房建融合在一起的结构体系，是在建筑结构中植入桥梁结构体系。对于岛式车站，根据高架车站轨道梁与站房之间的关系，高架车站可分为以下三类。

      “建桥分离”车站，如图 2 所示。高架桥梁与车站站房完全分开，由完全独立的桥梁结构和建筑结构组合而成，二者在结构上完全分开。此类车站结构有受力明确、传力简洁，结构构造简单等优点。但站厅层由于存在截面较大的桥墩，建筑平面布局不灵活而且建筑与桥梁的柱网模数不太一样，形成柱网相对较乱，影响美观，此外还存在车站内设缝较多、施工协调困难等缺点。

      “建桥结合”车站，如图 3 所示。建筑与桥梁构件之间既相互独立又密切相关的一种建桥结合结构，一方面建筑构件与桥梁构件之间相互独立、保持各自应有的特性; 另一方面两者之间还密切相关、相互间存在力的传递。该种车站结构具有墩柱根数少、结构整体性好，结构体系传力途径较明确的优点。但须设置独立的轨道梁，车站轨面线路需要抬高，增加车站建筑层高和车站整体建筑体量。

      “建桥一体化”车站，如图 4 所示。该种结构形式完全用建筑构件取代桥梁构件来直接承受列车动荷载作用的一种纯框架结构，可以最大限度减小高架车站的建筑结构体量。但是其荷载与房屋建筑一般所受荷载不同，活载所占的比重大，且受载点不断变化。该类车站具有建筑布局不受限制、施工方便、结构体系受力合理、结构整体性和稳定性好等优点。同时也存在列车通过时，引起车站振动和结构传力不够清晰等缺点。“建桥一体化”车站结构将桥梁和建筑两种不同的结构形式综合在一起，须同时满足桥梁和建筑的规范要求。

      深圳地铁 3 号线高架线路沿深惠路中央分隔带敷设，车站均位于规划深惠路中央10 m 宽绿化带内。由于“建桥分离”方案车站和桥梁须分别设置墩柱，占地范围较大对道路交通影响较大，同时车站整体性也较差; “建桥结合”方案须设置独立的轨道梁，车站轨面线路需要抬高，增加车站建筑层高和车站整体建筑体量，同时也增加区间结构工程量。因此，考虑建筑景观和节约土地资源，本线高架车站结构选用“建桥一体化”的岛式高架车站结构形式，其横断面布置如图 5所示。

      车站总长120 m，宽16．7 m。框架横向跨度8．0 m，双悬挑 3． 6 m，顺线路采用 12 m 孔跨布置，在车站中部墩、梁设置一处伸缩缝，将车站分成 60 m 长的两联结构。车站三层框架结构型式。地面一层为供电系统设备用房，地上二层为站厅层，地上三层为行车道层。纵向柱距 12 m，柱纵向尺寸 1． 2 m，横向尺寸 1． 5 ～ 2． 7 m，电缆夹层底板厚400 mm，设备层底板厚 200 mm，站厅层框架横梁纵向1． 9 m，横向 2． 0 m，在悬挑段由 2． 0 m 渐变为 1． 5 m，纵向框架梁 0． 8 m ×1． 4 m，板厚 200 mm; 行车道层框架横梁 1． 5 m ×1． 5 m，轨下对中设置轨道梁 0． 6 m ×0． 9 m，纵向框架梁 0． 65 m × 1． 2 m，板厚 200mm; 站台层下设 200 mm 厚混凝土墙，站台板厚 200 mm。车站模型、横断面布置分别如图 6、图 7 所示。

      高架车站桥梁的盖梁、墩柱、基础为桥梁结构和房建结构共有，桥梁的横向框架通过纵向房建结构梁板整体浇筑，形成空间框架体系。横梁采用预应力混凝土结构，站厅两外边立柱采用预应力混凝土结构，墩柱、站厅中央立柱、站厅盖梁及轨道纵梁采用钢筋混凝土。

      根据建筑功能要求，车站总长度 120 m。若中间不设置变形缝，则结构超静定联长太长，温度变化和混凝土的收缩及徐变荷载将控制设计。《混凝土结构设计规范》规定室内或土中现浇式钢筋混凝土框架结构的伸缩缝的最大间距为 55 m，露天现浇钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距为 35 m。在高架车站设计过程中，结合空间分析结果，参照规范规定，在车站中部设置一处伸缩缝，将车站分成 60 m 长的两联结构。

      高架车站结构为多次超静定结构，跨度虽小，但联长较长; 温度和混凝土的收缩、徐变对结构影响很大。设置后浇带，对车站进行分段浇筑，让一部分收缩、徐变发生在结构合拢以前，从而可以减小收缩对结构的影响。根据车站按整体浇注与设置后浇带后边墩墩底的主力与温度力组合的内力值，通过对比分析可以发现，设置后浇带能有效减小收缩、徐变所产生的结构内力。在车站结构中，每 30 m 跨度处设置一后浇带，墩柱底弯矩由原来的4 900 kN·m 减少到4 200 kN·m，减小幅度约 15%。

      车站墩柱尺寸的大小不仅仅关系到工程量的大小，也影响到车站整体结构的内力分配是否合理。车站整体结构在系统整体升、降温和混凝土收缩、徐变中，都将在超静定结构中产生次内力，对于墩柱高度较小、刚度较大的且纵横梁固结的“桥建一体化”车站结构，该力通常会成为控制设计的主要因素，墩柱的截面大小对次内力有着非常明显的影响: 加大墩柱的截面面积能够提高墩柱本身的承载能力和结构刚度，但同时因为墩柱刚度的增加，从而导致墩柱中温度、徐变次内力的增加。设计中通过计算分析和比选，选择合理的截面大小。通过对高架车站不同墩柱截面，构件在主力和温度、收缩次内力组合下的内力、配筋及钢筋和混凝土应力情况进行比选分析，选择合理的墩柱界面尺寸为 1． 5 m ×1． 2 m。

      车站结构中的设计控制因素是温度和混凝土收缩，其中温度效应中的整体降温以及混凝土的收缩效应叠加效果对车站两端部的墩柱及基础设计效应最为显著，通过分析发现，两者的综合效应是使墩柱向车站中心弯曲。为了减小该弯矩对桥墩基础的不利影响，设计中考虑将墩柱向车站外侧设置偏心，且偏心的设置不能过大，因为车站在整体升温工况作用下，车站墩柱是向外侧弯曲的，因此偏心的设置必需找到一个平衡点，该平衡点的设置原则是使车站基础顺桥向基顶弯矩在两个方向数值大致相等。通对计算比较，确定两端部边墩墩柱向外侧设置 15 cm 的预偏心。

      “建桥一体化”高架车站轨道与房建结构整体浇筑，在动载作用下产生振动和变形，容易对乘客舒适度和设备用房造成影响，甚至可能产生共振引起结构破坏。地铁车辆引起车站的动力行为与车站结构自振频率、车辆自振频率、轨道不平整度、车辆系统的阻尼及车辆运行速度、车辆在站前的自激振动加速度等诸多因素有关。

      高架车站采用 MSC 仿真分析程序对“车—桥—建”整体模型进行耦合动力分析，在不同车速下对“车—轨道—结构”进行整体计算，用站厅、站台结构控制点的加速度值评价乘客舒适度，最终确认车站结构的安全性、合理性和舒适性。表 1、表 2、表 3 分别为站台加速度、站厅加速度和车辆的响应计算结果。

      由计算结果可知:

      ( 1) 深圳地铁 3 号线高架车站的站台和站厅振动加速度满足垂向不大于 0． 35g 和横向不大于 0． 14g 的要求，满足乘客舒适度和行车安全要求。

      ( 2) 采用美国五级谱转换的时域不平顺作为激励源，列车以40 ～60 km/h 速度通过时，动车和拖车各向舒适度均为优，车体加速度合格。

 

      通过对常用岛式高架车站结构形式的分析比较，根据深圳地铁 3 号线高架线路沿深惠路中央分隔带敷设，车站位于中央 10 m 分隔带内的具体情况，为满足城市景观及地面交通功能，节约土地资源，高架车站采用“建桥一体化”的空间框架结构形式。本文结合深圳地铁 3 号线高架车站结构设计，对高架车站结构形式、环境温度和混凝土的收缩、徐变对结构影响以及动力特性进行了分析研究，可为类似结构设计提供借鉴。

 

［1］ GB 50010—2002，混凝土结构设计规范［S］．

GB 50010—2002， Code for Design of ConcreteStructures ［S］．

［2］ TB 10002． 3—2005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］．

TB 10002． 3—2005，Code for Design on Reinforced and Prestressed Concrete Structural of Railway Bridge and Culvert［S］．

［3］ TB 10002． 1—2005，铁路桥涵设计基本规范［S］．

TB 10002． 1—2005，Fundamental Code for Design on Railway Bridge and Culvert［S］．

［4］ 俞济涛． 单轨“T”型独柱墩高架车站结构设计若干问题探讨［J］． 铁道工程学报，2007( 4) : 96 －99．

Yu Jitao． Discussion about Structural Design of Monorail Elevated Station Built on T － type Single Column Pier ［J］． Journal of Railway Engineering Society，2007( 4) : 96 － 99．

［5］ 李国豪． 桥梁结构稳定与振动［M］． 北京: 中国铁道出版社，1992．

Li Guohao． Stability and Vibration of Bridge Structures［M］． Beijing: China Railway Publishing House，1992．

［6］ 李茂生． 建桥一体化车站结构研究及其应用［D］． 上海:同济大学，2007．

Li Maosheng． Research and Application of Building and Bridge Structure Integrated Station ［D］． Shanghai: Tongji University，2007．