暗挖地铁车站建筑设计

陈宏1，胡建国1

（中铁隧道勘测设计院有限公司，天津300133）

摘要：通过对暗挖地铁车站建筑设计原则的分析，结合目前国内暗挖地铁车站实际所采用的建筑、结构型式，总结各种暗挖车站建筑、结构型式的适用条件及特点。同时，重点论述车站机电系统对土建规模的影响，以广州地铁五号线小北站为工程实例，探讨在满足车站功能的前提下，如何通过优化建筑功能布局、选择合理的机电系统，达到减少暗挖车站工程规模、降低暗挖车站施工风险、节约工程造价目的，对今后具有类似环境条件下的地铁车站设计具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：地铁车站；建筑设计原则；机电系统；暗挖建筑技术；车站规模；工程造价

中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：1673－0836（2010）05－1001－08

Analysis on Architectural Design Method for Mining Metro Station

Chen Hong，Hu Jianguo

（1．China Railway Tunnel Survey＆Design Institute，Co．，Ltd，Tianjin300133，China）Abstract：Applicative conditions and characteristics of the architectural and structural type of various mining stations are summarized through the analysis on architectural design principles of the mining subway stations and the domestic architectural and structural type actually adopted at present．At the same time，taking Xiaobei Station of Guangzhou Metro Line5as an engineering example，it focuses on the impact of mechanical and electrical systems of stations on civil engineering’s scale．And it also discusses how to achieve the purpose of reducing project scale and construction risk of mining stations and saving project cost by optimizing the layout of construction function and selecting a reasonable mechanical and electrical system under the condition，that the station functions are fulfilled．It can provide references for the design of subway stations under similar environmental condition in the future．Keywords：subway station，architectural design principle，mechanical and electrical system，mining construction technology，station scale，project construction cost

1引言

随着城市地铁的迅速发展，城市地铁设计及施工受周边条件、施工方法、工期等方面的因素越来越多，车站建筑结构型式已由最初的明挖逐步向暗挖、明暗结合的多元化发展。由于暗挖车站的增多，大家越来越多的关注暗挖车站如何在设计中减少车站土建规模、节省土建造价和降低施工风险的问题。2暗挖（明暗结合）车站建筑设计原则

地铁车站是地铁线路中的交通枢纽，随着地铁网络的发展，地铁线路越来越多的穿越城市繁华地段。由于车站所处地理位置的特殊性，车站不能采用全明挖施工，车站越来越多的采用暗挖或明暗结合的建筑结构型式。暗挖车站的核心问题是如何减少车站规模，但又必须满足以下设计原则［1］：

*收稿日期：2010-05-04（修改稿）

作者简介：陈宏（1980-），女，湖南邵阳人，工学学士，工程师，主要从事地铁铁道设计工作。

E-mail：hu920212@126．com2．1适用性

地铁车站是一个人流聚集的公共建筑，车站设计首先是必须满足车站的使用功能，包括：合理的设置出入口、AFC系统、站内楼扶梯，有序的组织进出站客流，最大程度的避免客流的交叉；提供满足高峰客流的运输能力、紧急疏散的设备、集散场地；方便与周边交通系统的换乘、过街功能；提供相应的设备及管理用房，满足运营管理的功能要求。2．2安全性

地铁车站首先在满足结构安全的情况下，还必须满足相关的建筑安全，比如：楼扶梯、AFC的设置数量必须满足正常高峰客流、突发客流要求，避免出现客流拥挤现象；提供满足火灾状况下的乘客紧急疏散要求的设备数量，避免人员伤亡；满足工作人员消防需要的消防通道；火灾状况下提供足够的新风和排烟设施，完善的消防设施；满足出地面建筑的防火距离要求、卫生防疫要求、防淹要求。2．3舒适性

地铁车站设计以人为本，车站设计除完善楼扶梯、残疾人电梯、商业自助等设施外，还应给乘客提供舒适的感官设计，提供舒适的乘车环境。

2．4经济性

轨道交通造价约4亿/km 8亿/km，车站土建平均造价为0．8亿/km 1．2万/m2，不同地区或同一地区不同线路造价可能出现较大的差异，但总的说车站土建造价高。其中对于暗挖车站来说，其平均造价一般在1．2万/m2左右。因此在满足车站功能的前提下，车站布置必须紧凑，尽量压缩土建规模，节省造价。

3暗挖车站的建筑结构型式、特点、适用条件

3．1采用暗挖车站的前提条件

国内从80年代在北京出现暗挖法施工的区间及车站后，随着科技的进步及暗挖经验的积累，车站的建筑结构型式呈多元化发展［2 12］。目前地铁车站越来越多的穿越城市繁华地段，由于受道路交通、地下管线、房屋拆迁、线路埋深等外界环境的影响，常规的全明挖建筑结构型式已不能满足设计、施工要求。此时，车站设计可考虑采用暗挖法施工。3．2建筑结构型式、特点、适用条件

根据暗挖在车站中所占的比例，暗挖车站又可分为明、暗结合及全暗挖两种型式。不管采用何种型式，车站的总体布局应符合城市规划、城市交通规划、环境保护和城市景观的要求，妥善处理好与地面建筑、地下管线、地下构筑物之间的关系。3．2．1明、暗结合车站

地铁车站在有明挖施工条件的情况下，且顶板覆土较少时，一般明挖施工难度小、风险小、施工速度快、经济。但往往由于受各种外界条件的，车站无法采用全明挖施工，若采用全暗挖施工，势必造成施工风险大、难度大、施工时间长、造价高的现象，此时若能活采用暗挖与明挖结合的型式，则可能收到意想不到的效果。

根据近年来的工程实践，明暗结合型式车站大致分为以下几种类型：站台暗挖，站厅、设备管理用房区明挖；半边明挖半边暗挖；两端明挖、中间暗挖；中间明挖、两（单）端暗挖。分别见图1、2、3、4

。

图1站台暗挖，站厅、设备层明挖

Fig．1Excavation site，the office of stations，

equipment open-cut

layer

图2半边明挖，半边暗挖

Fig．2Half Open-cut and half

Excavation

图3两端明挖，中间暗挖

Fig．3Both sides open excavation，middle part test digging 3．2．2全暗挖车站

当车站顶板覆土较大时，车站仍采用明挖法施工，工程造价就不一定合理，或者是路面交通繁忙，不允许中断交通进行明挖施工，且周边没有任何明

2001地下空间与工程学报第6卷

图4

中间明挖，两端暗挖

Fig．4

Middle open excavation ，both sides test digging

挖施工场地，此时只能考虑全暗挖施工。全暗挖车

站一般为双层车站，

根据建筑结构型式可分为双柱三联拱、单柱双联拱、分离暗挖单拱三种。分别见

图5、

6、7

。图5双柱三联拱

Fig．5

Biprism three joint

arches

图6单柱双联拱

Fig．6

Single column twin

arch

图7

分离暗挖单拱

Fig．7

Separation test digging simple arch

4

建筑功能对车站布置的影响

4．1

系统功能对车站规模的影响

地铁车站涉及专业繁多，根据各系统功能要求

能否合理组织房间布置，对车站规模及使用功能影响较大

［3］

。根据有关数据统计，对车站规模影响

较大的系统主要有通风空调系统、供电系统、电扶梯系统、综合管线。

4．1．1通风空调系统

通风空调系统由于其系统复杂、庞大，设备众多，在车站中占较大比例，一般占车站主体面积的30%左右。由于各地气候条件不一样，采用的通风空调系统模式也相差较大，目前主要存在“开式”、“闭式”、“开闭式”、“屏蔽门式”四种。本次研究主要以广州地铁5号线为例，介绍如何选择通风空调系统减少车站规模。通风空调系统模式存在多样性，合适的通风空调系统的采用及布置对车站规模影响非常大。通风空调系统包括隧道通风系统、车站通风空调系统（含防排烟系统）、空调冷源及水系统三大部分。

（1）隧道通风系统：隧道通风系统包括区间隧

道通风及车站隧道通风系统两部分。广州地铁5号线推荐区间隧道通风系统与车站隧道通风系统分开设置，且区间隧道通风系统的活塞风采用双活塞风的模式，此种模式车站需要设置4个活塞风道（其中2个为机械风互为备用风道），2（或1）个排热风道，如图8。因为车站暗挖，车站应尽量减少暗挖通道数量及面积。通过系统模拟测试，此时若采用单活塞风及“变频”技术，车站的活塞风道可减少为2个，且通过“TVF ”风机与“TEF ”风机的共用，可节省较大规模的土建面积，降低车站造价，如图9

。

图8隧道风系统图1Fig．8

Tunnel air system 1

如果在车站范围内无条件做区间隧道通风系统，该系统可以设置在车站两端的区间，但其距车站有效站台端部的最长距离不宜超过100m 。

3

0012010年第5期陈宏，等：暗挖地铁车站建筑设计方法探析

图9隧道风系统图2

Fig．9Tunnel air system2

（2）车站通风空调系统（含防排烟系统）：车站通风空调系统包括大系统和小系统。

①大系统：大系统是指相对站厅、站台公共区的空调系统。目前广州地铁的大系统包括“全空气一次回风系统”和“风—水系统”两种模式。

全空气一次回风系统：在车站两端（单端或中部）分别设一套组合空调器、回风机及排烟风机，负责车站公共区的空调。该种系统空调效果好，车站是采用双端、中部或是单端应视车站有效站台的长度或是设备管理用房的具体布置情况而定。但在设备管理用房紧张的情况下，最好采用中部的模式，可以减少一套设备，节省1个大系统机房，减少1条新风道，1条排风道，压缩车站规模。

风—水系统：取消了组合空调器，机房内设置新风机组（含空气过滤），公共区采用风机盘管或柜式风机盘管机组，车站通风空调设备房面积小。该系统可充分利用暗挖施工形成的拱形结构特点，巧妙的利用顶部和侧面废弃空间布置风道和风机盘管，空调系统末端风机盘管集中分组控制，采用水代替空气输送冷量大幅度提高效率。该中系统首次在广州地铁二号线江南西站中应用，节省通风机房面积500多m2，节省土建初期投资400万元。

②小系统：小系统是指相对设备管理用房的空调系统。小系统有“全空气系统”、“风机盘管系统”、“VRV系统”三种。目前广州小系统基本都是采用“全空气系统”，局部位置采用“风机盘管系统”。

全空气系统：该系统的优势在于能够实现全新风的空调工况及通风工况。其缺点是需要设置较大的空调通风机房，占用宝贵的地下空间，增加土建费用；此外，由于该种系统兼顾排烟工况，控制较为烦琐。

风机盘管系统：该系统由风机盘管加新风空调组成。该系统新风处理机及排烟风机所需的机房面积比全空气系统要小的多，有条件的甚至可以利用走道的吊顶空间而无需机房。因此，该系统有利于节省地下空间的面积，此外，设置的排烟系统因其功能专一，控制相对简单。但是，该系统由于需要设置空调水管，不能设置在对防水要求很严格的一些电力相关房间内。

VRV系统：VRV系统室外机可设置在室外，不需在站内设置机房。但受工艺要求，该系统需要的冷媒管长度均应控制在100m内，在很大程度上了它在地铁中的使用。

各种实验数据表明，在新建地铁项目的小系统中全空气系统为首选；而对于改造项目，宜采用VRV系统；风机盘管系统只有在一年四季比较炎热的地区使用。在选定采用何种小系统外，为节省土建建筑面积，其关键在于优化功能房间组合，尽量减少小系统机房数量。

（3）空调冷源及水系统：空调冷源及水系统包括分站供冷、集中供冷两种。采用分站供冷，需要在车站内设置100m2左右的冷冻机房，地面设置冷却塔。若采用集中供冷则可以省略冷冻机房及冷却塔。车站空调冷源及水系统是采用集中供冷还是分站供冷，应视全线地面条件而定。如果某段线路的几个车站地面周边环境约束较大，地面均无条件设置冷却塔，此时可考虑集中供冷的模式。采用集中供冷可节省土建造价约100万左右。

总之，在方案设计阶段，首先应该根据车站具体情况选择通风空调系统。在拟定通风系统后，应尽量优化环控机房的布置，缩减车站规模。4．1．2供电系统

供电系统在车站中所占的比例也较大，但由于其系统在某地某线中具有相对的稳定性。为节省土建建筑面积，其关键在于优化功能房间组合。车站供电系统包括牵引变电所、降压变电所、跟随降压变电所，其中是否设牵引变电所视系统而定。在车站房间功能布局上应尽量集中布置，将供电负荷较大的房间设置在一起，可以节省一个跟随降压变电所，压缩车站规模。在有条件的情况下，应尽量将变电所设置在车站站台。

4．1．3电扶梯系统

（1）公共区楼扶梯：《地铁设计规范》规定站台上的人行楼梯和自动扶梯宜沿纵向均匀设置，同时应满足站台计算长度内任一点距最近梯口或通道

4001地下空间与工程学报第6卷口的距离不得大于50m。站厅与站台间应设上行自动扶梯，高差超过6m时应设上下行扶梯。在满足距离要求的情况下，另外还必须满足车站正常运营的需要和车站高峰时期的紧急疏散需要。暗挖车站中，如果需要暗挖楼扶梯通道，应通过综合比选暗挖通道的数量及断面的大小对车站的影响，进而确定是采用大断面，减少通道数量，还是选用小断面，增加通道数量。

（2）电梯：车站站厅至站台应设无障碍通道，国内大部分地区的做法均是在站厅与站台之间设残疾人电梯。对于暗挖车站，为减少暗挖电梯的工程量，可在站厅至站台的楼梯上设置楼梯升降机，若无条件，则必须增设暗挖电梯通道。

（3）消防通道：《地铁设计规范》规定任一防火分区均应有一直出地面的出入口通道。车站设计中应尽量将相关的设备管理用房（平时有人的房间）进行集中布置，减少消防通道的数量。此外，在有条件的情况下，可考虑将消防出入口与乘客出入口进行合并设置，减少土建工程量。

4．2综合管线的问题

综合管线图是各个专业管线和设备布置设计的综合汇总及各专业之间设计协调平衡工作的体现，合理的设计可以使得地下空间充分、合理、有效的使用，更有利于管线的施工安装和运营管理维修，亦可减少管线安装过程中的返工现象，同时综合管线又是车站建筑装修设计的基础资料［4］。

对于暗挖车站，综合管线布置是否合理显得更为重要。在暗挖车站中，管线的布置可充分利用暗挖弧形断面可节省空间。同时，暗挖车站可充分利用暗挖楼扶梯上部空间或施工竖井进行管线布置，解决暗挖车站管线上下联系的问题。

5国内暗挖车站工程实例

5．1明、暗挖结合工程实例，详细介绍广州地铁五号5．1．1站址环境

五号线小北站是广州市轨道交通五号线的中间站，上承广州火车站，下接淘金站。小北站位于越秀区环市中路与麓景路、小北路交界处以东的环市中路路面下，沿环市中路方向布置。沿环市中路方向，在环市中路的路中设有小北高架桥，小北路与环市中路的交界处跨环市中路设置有过街人行天桥。在环市中路的北侧为广九铁路、内环路高架。小北站周边高楼林立，车站的北边有11层的怡东大厦、17层的惠州大厦，南边有10层的肇庆大厦、肇庆大厦的变电所、11层的广州市穗声服装厂、4层的登峰肉菜市场、33层金鹰大厦等。

站址范围内的环市中路是市区主要交通干道，现状路宽约33m（为双向六车道），规划道路红线宽度为50m，交通繁忙，不可中断。小北路现状宽约21m，交通流量较大。麓景路现状宽约9m，交通流量相对较小。童心路现状宽约9m，交通流量较小。

5．1．2车站方案

（1）平面布置：小北站站位只能位于环市中路下，根据现场踏勘，车站周边可利用的空地有限。考虑到怡东大厦西侧有一块空地，肇庆大厦西侧登峰肉菜市场所在的场地拆迁后可以利用，麓景路东侧环市中路北侧路旁B4、B3建筑物拆迁后的空地作为车站分站厅及设备用房，金鹰大厦西侧B4、B3建筑物拆迁后可作车站出入口和风亭。同时，考虑到车站要尽量避免迁改肇庆大厦北侧人行道下的两条暗渠，尽量避免对小北高架桥产生影响。根据对周边环境的分析，充分考虑到以上情况，小北站车站方案只能采用明暗结合的建筑结构型式。车站站台全暗挖，设备管理用房分别设置在两块明挖基坑内，站厅与站台通过暗挖通道联系，如图10。

（2）如何控制车站规模的考虑：本站为明暗结合车站，前面已经介绍到对于该类型的车站其关键是如何控制车站的规模，下面以小北站为例介绍怎样降低车站规模，降低车站造价。

（3）尽量减少暗挖横（斜）通道数量：原初步设计在车站站台层共设有3条暗挖横通道、站厅下站台的楼扶梯设有4条斜通道（考虑提升高度超过12m，按规范需要设置备用扶梯；另由于楼扶梯斜通道受高架桥桩的影响，其斜通道宽度只能设2台扶梯，因而每端下站台需要设置2个斜通道），见图11。初步设计专家审查时，专家提出根据本站客流、车站有效站台长度（106m）、暗挖的风险性提出，车站站台层道由3条减少为2条，斜通道由4条减少为2条，见图10。根据初步设计优化后，暗挖通道面积减少594m2，车站造价节省约600万元。

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图10小北站总平面图1

Fig．10

Xiaobei station general layout

1

图11小北站总平面图2

Fig．11

Xiaobei station general layout

2

图12

暗挖站厅横通道平面图

Fig．12

Plan of test digging station hall horizontal channel

6

001地下空间与工程学报第6卷

图13站厅横通道剖面图Fig．13Cross section of station hall horizontal

channel

图14扶梯斜通道剖面图

Fig．14Cross section of staircase with a handrail

slanting channel

（4）通风空调系统的合理选用

①大系统：车站为双洞分离式暗挖岛式站台，明挖设备管理用房场地有限。如果大系统采用“全空气一次回风系统”，除空调机房势必占用较大的建筑面积外，从站厅至站台的送回风管必须采用风管，送回风风管面积各2．5m2。考虑到暗挖站台结构断面、暗挖扶梯通道断面、明挖基坑的大小问题，车站大系统采用“风—水”系统。该系统除节省空调机房土建面积外，从站厅至站台的风管只需要一条1m2的新风道（兼排烟），且可以采用土建风道。该系统的采用为土建工程节省约500万元。

②隧道通风系统：区间隧道通风系统若采用五号线推荐的双活塞风、区间隧道通风与车站隧道通风分开设置，则需要4条活塞风道，增加暗挖风道的数量及断面面积。为尽量减少土建工程量及施工难度，区间隧道通风拟采用单活塞风模式，区间隧道通风与车站隧道通风通过“变频”技术合用风机，车站节省2条活塞风道，另可节省风机房的面积，降低土建造价。该系统的采用为土建节省约450万元。

（5）公共区的合理布置（主要是AFC设备的摆放）：车站的常规布置中，必然有一个比较宽敞、的公共区（付费区、非付费区）。本站在考虑到明挖场地有限的前提下，为尽量减少明挖面积，车站在公共区的布置中将AFC设备及票务室兼问讯处布置在暗挖的站厅横通道中，充分、合理的利用暗挖横通道，且公共区布置合理，见图12。

（6）尽量将各种暗挖通道合并，适当增大暗挖断面，减少暗挖通道数量：前面介绍到暗挖车站除了尽量减少一些公共区的暗挖横通道、斜通道外，车站在其他方面还可以尽量合并一些暗挖通道的功能。比如站厅公共区暗挖横通道兼排热风道，站厅下站台暗挖楼扶梯斜通道兼大系统风管通道等，分别见图13、14。暗挖通道的合并，充分的利用了暗挖通道的弧形空间，在暗挖断面高度增加比较少的前提下，减少了暗挖通道的数量，不仅较大程度的降低的工程造价，同时也降低了工程风险。

（7）合理的布置设备管理用房，严格控制各房屋面积：车站规模的控制，关键是各设备管理用房面积的控制，以及部分功能房间的组合。其中，面积控制的关键因素就是环控机房、电力房间两大部分，另外可能设备区内走道设置的数量也对规模起一定的控制作用。本处主要简单的介绍环控机房及电力房间的布置。

①环控机房：环控机房在通风系统选定的前提下，其房间内的布置对规模亦起较大的控制因素。其最主要的控制点在于以下几部分：大系统两端供风模式能否创造条件改为中部供风；机房内的设备布置应尽量紧凑，对于一般车站每端大小系统机房的面积一般控制在80 120m2之间，也就是设备布置的合理性会导致房间面积差40m2左右；考虑将冷冻机房与大小系统机房合并设置，冷冻机房的设备检修空间充分利用小系统下部空间，节省房间面积。

②电力房间：电力房间主要包括高压、低压两部分。电力房间的优化布置主要在于高压部分。对于车站设置为降压变电所，其高压部分的房间对应每一功能房间都有严格的房间长宽尺寸要求，一般情况下各设计人员都能严格按照各地技术要求按最小面积控制。但当车站设置为牵引降压混合变电所时，其部分功能房间可以考虑合并设计，其主要可以合并的房间为35KV高压开关柜室与直流开关柜室合并，其房间面积一般可节省20m2，见图15、16。

6结语

本文通过分析暗挖车站的建筑设计原则，机电

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图15

变电所布置图1

Fig．15

Transformer substation arrangement

1

图16

变电所布置图2

Fig．16

Transformer substation arrangement 2

系统对暗挖车站建筑设计的影响，结合工程实例，

阐述了暗挖车站的设计思路，介绍了一些减少暗挖车站的土建规模、降低土建施工风险、节约工程造价的技巧，希望能给同行带来一定的借鉴作用。但毕竟暗挖车站是高风险、高造价的车站，暗挖车站方案的选用应尽量慎重，只有在没有明挖条件的前提下方可选用暗挖方案。

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