地铁车站换乘方式比较.docx

2009 年第 7 期大 众 科 技No.7，2009（总第 119 期）DA ZHONG KE JI(Cumulatively No.119)吴敏慧（杭州市公路管理局，浙江 杭州 310004）【摘 要】文章总结了目前国内外常见的地铁换乘枢纽站的形式，并对地铁换乘站进行施工方法比选。针对最常用、使用 最便捷的“十字”形空间换乘，利用有限元软件计算、分析了不同工况中换乘节点的内力变化情况。可为“十字”形换乘车站 的设计和施工提供有益的参考。【关键词】地铁换乘枢纽；换乘节点；有限元法【中图分类号】U492.1【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2009)07-0092-031.换乘站的定义（一）引言以上，所以，对地铁换乘枢纽的研究具有十分重要的社会意 义。减少乘行时间、提高乘车安全性及舒适性、降低交通疲地铁承担了世界上大城市、特大城市的大规模乘客运输，缓解了交通压力，越来越受到人们的欢迎。但是，一条线路 对减轻城市公共交通能力效果并不显著，由多条线路组成的 地铁网络才能效果明显。地铁换乘站位于不同地铁线路的交 叉点，它的功能是满足乘客上、下列车，两条线间换乘，短 时间的休息、购物、逗留。它具有明显的公共交通建筑的特 点。2.换乘站的特点 换乘节点是指两座地铁车站之间的换乘区域，是换乘车站的关键部位。换乘节点处主体结构的梁、板、柱等构件， 在施工过程中随不同施工工况的转换，其内力也不断地变化。地铁车站的基坑深度为 1217m，而地铁换乘枢纽的基坑 深度比地铁车站的基坑深度要深得多，一般地铁换乘枢纽的 基坑深为 2030m。如上海地铁 9 号线的宜山路站与 M4 线换乘处，基坑深度达 40m。劳，从而提高乘客的劳动效率，给乘客提供更多的个人自由 时间，提高地铁的社会价值。本文主要讨论国内现阶段常用的地铁车站换乘枢纽形 式，对常用的地铁车站换乘枢纽进行分析和类比，并针对“十 字”换乘车站用同济曙光软件进行简化计算，为今后“十字” 换乘车站的设计、施工提供有益的参考。（二）地铁枢纽车站换乘形式分类与比较 1.地铁车站换乘形式的分类 根据站台纵轴平面内相互位置，地铁换乘枢纽可分为两大类：纵轴平行布置和纵轴相交布置。（1）轴线平行布置的平面、平行换乘分离行驶的通道换乘 典型例子是北京复兴门地铁枢纽，据统计在该枢纽中乘客换乘要花费 37min；占用较大的城市地下空间，约为 133换乘站中的“十字”换乘节点空间问题和深基坑问题， 使得地铁换乘站的建筑设计、结构设计、施工手段比一般的 地铁车站更为困难。3.换乘站的现状北京现有 4 条线，3 个换乘站，到 2008 年，北京将有 22个地铁换乘站，其中有 2 座为 3 线换乘。广州现有 4 条线，5个换乘站。上海是目前国内轨道交通线路最长的城市，有 5 条地铁线路，15 个地铁换乘站。杭州轨道交通线网将由 8 条 轨道线路构成，总长度 278km，设 154 座车站，其中同台换乘 站有 6 个。4.换乘站的社会意义 在地铁车站中，换乘旅客数量可能达到总旅客数量的 40%万m 7万m ，还不包括自动扶梯和站厅面积，见图 1。图 1 北京复兴门站这种通过设置通道的换乘形式占国内目前换乘形式的大 多数，该换乘方式换乘距离长，换乘时间长，从而造成换乘 不便利。但是通道换乘施工方便,造价低。并行行驶同站厅换乘【收稿日期】2009-04-09【作者简介】吴敏慧（1981-），女，浙江杭州人，供职于杭州市公路管理局，工学硕士，从事地下结构的施工管理。- 92 -上海人民广场站 1 号线与 5 号线采用平行同站厅换乘。换乘长度为站厅到站台高度加上站厅宽度，见图 2 同站台换 乘。图 1 同站台换乘平行行驶同站台换乘 同站台换乘是最为方便的一种换乘形式，同一方向换乘的乘客，在同一站台就可实现，换乘时间只需 510 秒，反 方向换乘的乘客，经过站厅换乘。国内目前只有杭州将拟建 一座同站台换乘。（2）相交换乘交叉点换乘 a.“十”字换乘：从一站中央到另一站中央的换乘枢纽，俗称“十”字换乘。这种换乘枢纽的两车站上下配置，相交 角度成直角或近似直角。两车站可以是侧岛式、岛岛式、侧 侧式。该换乘距离短，换乘方便，通常岛岛式“十字”换乘 花费 4060s。枢纽的通行能力受限于楼梯宽。由于两站均在 中央换乘，从而保证了站台的均匀利用。b.“T”形换乘：从一站端点到另一站中央（或 1/3 或 1/4 处）的换乘枢纽，俗称“T”形换乘。在这种枢纽一个站中央 修建二个向上的步行梯和一个过桥，而在另一站的端点向上 修建电梯和过厅，过桥和过厅由过道相连。换乘时间为 2 3min。换乘设施的通行能力由步行梯及过道宽和电梯带数限制，为改善通行能力，一般设置联络通道见图 3 “T”形换乘。北京地铁环线与第一线相交的复兴门和建国门两站， 都修建成 T 形换乘，上、下两站一次建成。图 3 “T”形换乘c.“L”形换乘：从一站端点到另一站端点的换乘枢纽， 俗称“L”形换乘。这种枢纽两站的最近端通过站厅相连，从 站厅向高处车站设立一电梯，而向低处车站设立向下的步行 梯。楼梯及电梯，换乘旅客可用，进出站的乘客也可用。这 将造成换乘客流过于集中，为改善从一个方向到另一方向的 换乘条件，必须设置联络信道，换乘时间长见图 4 L 形换乘 示意图。北京地铁环线与规划的第四线、第五线都预建了 L 形换乘的接点。图 4 “L”形换乘（三）上海地铁换乘站比选上海目前已建和在建的几个大型枢纽换乘车站有人民广 场换乘枢纽、世纪大道换乘枢纽、上海南站换乘枢纽、上海 体育场换乘枢纽、徐家汇换乘枢纽、主题公园换乘枢纽、西 藏南路换乘枢纽等。人民广场和徐家汇枢纽换乘车站由于建设较早，使得后 建线路换乘车站施工复杂，通道换乘，不是很便捷。上海体育场换乘枢纽中，4 号线车站结构为地下三层双柱 三跨箱形结构，在 1 号线车站顶部为交通繁忙的漕溪路高架 桥，高架桥的承台梁与车站顶板、立柱结合为一体。两个车 站呈“丁”字相交，二者共享地下一层站厅层，4 号线车站从 1 号线车站底板下穿越。施工过程中整个车站结构成功托换， 并采用水平冻结法零距离穿越施工方法进行车站的立体交叉 施工，施工过程中保障了 1 号线车站的正常运营。西藏南路站为 8 号线 4 号线十字交叉的换乘车站。其中 4 号线站是先行施工车站，有地下四层，采用明挖顺作法施工， 8 号线车站在地下三层（设备层）穿过，形成十字交叉、合用 地下二层（站厅层）的车站。6 号线世纪大道站，见图 5，为地下一层侧式站台车站， 车站穿越并占用已建地铁 2 号线东方路站、4 号线张杨路站地 下一层建筑空间，再穿越轨道交通 9 号线车站共同形成“丰”字型 4 站换乘枢纽。受 6 号线影响，2 号线东方路站车站顶板 须改造，9 号线车站基坑的大面积开挖卸荷对既有 2 号线东方 路车站和 4 号线张扬路车站结构产生不可忽视影响，车站开 挖采用明挖顺作法施工，9 号线东方路车站采用盖挖半逆作法 施工。主题公园站换乘车站，见图 6，由 6 号线、8 号线、11 号线相交组成，三线车站呈“H”形设置，其中 6 号线、11 号线沿东西向走行，两线车站为地下三层双岛式站台，8 号线 沿南北向走行，车站为地下二层岛式站台。基坑开挖采用明 挖顺筑法挖土施工，施工过程中由于降水引起车站基坑周边 下沉 30cm，所幸四周无建筑物与管线。平行同站台换乘的换乘距离短、换乘量大，但必须在路 网规划中使两线在一段路线上平行，对路网规划要求高，对 两线周围建筑环境要求也高，所以在实际中使用不多，在国 内目前只有杭州拟建一座这样的换乘站。“十”字换乘方式，换乘距离短、无高度损失、上下层 结构紧凑这些都是“L”形、“T”形无可比拟的优点。在我国 的国情中，路网规划优化的结果决定“十”字换乘这种 换乘方式将有广泛的应用前景。图5 世纪大道换乘枢纽平面图 图6 主题公园换乘枢纽平面图- 93 -（四）换乘枢纽车站的结构分析 1.工程概况 上海市轨道交通1号线与8号线在四平路站十字相交，8号线沿大连路，1号线沿四平路，四平路还有一层下立交其中心 线与1号线的轨道中心线相重合见图7换乘站平面图。换乘段 覆土厚4m，基坑深24m；共有三层，下一层为沿四平路的下立 交与8号线的站厅层相交；下二层为8号线的站台层；下三层 为1号线的站台层；各层之间通过楼梯和自动扶梯来换乘。换乘段施工过程如下，首先施工8号线换乘段，三层底板 施工完毕，采用盖挖法，纵向非对称开挖，以大连路为界，-.00133-.001072XZMNMXY-.814E-03-.556E-03-.298E-03-.405E-04.217E-03.475E-03.733E-03.991E-03先施工大连路以北，再施工大连路以南，最后换乘区域下一 层、下三层的地连墙凿开。2.二维有限元模拟、计算及分析8号线四平路站为地下三层框架结构，采用梁、柱体系模 拟。土层参数见表1土层参数表，地连墙厚度1m。四周的土层 采用固 定约 束 ，8号 线四 平 路站的 框架 结 构荷载 每层取 15KN/m，地面超载取20KN/m。计算模型见下图8计算模型简图。 计算采用13个施工步：110施工步为盖挖法施工大连路以 北；1112施工步施工大连路以南；13施工步为换乘段地连 墙凿除。对本工程，最危险的工况有四个：（1）8号线四平路换乘 段开挖到24米，尚没有浇筑底板；（2）8号线换乘段施工完毕， 纵向非对称施工下立交，下立交非对称开挖对已建8号线车站 的影响；（3）1号线站台层施工完毕后，凿除下一层、下三层 换乘段的地连墙。危险工况（1）是深基坑问题中普遍存在的， 前人已对此作了大量的研究分析，本文就不再涉及。危险工 况（2）（3），是本工程的施工难点，不是所有“十字”换 乘车站的特点，所以本文着重分析危险工况（4）“十字” 换乘中出现的新课题，对后续换乘站的建设有参考价值。计算结果见图7图12，换乘节点的构件在地连墙凿除 后，内力发生了一定的重分布，都有不同程度的增涨。其中， 换乘节点的地连墙最大侧向位移7mm，换乘段的楼板内力增大 了15%，换乘段的共用立柱内力增大了40%。这是因为：（1）十字换乘处的地连墙凿除后，对整片地 连墙的刚度产生了较大的影响，削弱了地连墙的刚度，从而 使整个体系的传力路径发生了一定的改变。十字换乘处的共 用立柱、换乘段的楼板承担了更多的内力，所以这两部分内 力有较大的增涨。（2）十字换乘处的地连墙凿除后，对整片 地连墙来说相当于开了两个矩形小孔。使地连墙在开口位置 发生应力集中现象，所以在该位置内力增幅也达到了10%。换乘节点的构件随施工工况的转换，内力值有大幅增长， 设计、施工时要引起足够的重视，换乘节点的构件是换乘车 站设计、施工的关键所在。表 1 土层参数表土层E/MPa /kNm-3c/kPa/(C)111.340.318.62121.5221.280.318.9538.534.360.316.8111149.240.3181518.5YZX图 7 换乘站平面图图 8 建立计算模型图 9 土体位移图（单位:m）图 10 换乘段底板位移图（单位:kNm）图 11 换乘段地连墙构件弯矩图图 12 换乘段共用立柱构件弯矩图（单位:kNm）（五）结语 根据我国地铁换乘枢纽的现状，可得出以下结论： 1.我国目前已有的地铁换乘车站是为满足城市交通需求而建造，缺乏城市交通规划，所以换乘形式多为“T”形、“L” 形或平行的分离式通道换乘。这些换乘形式换乘距离长，不 是最佳的换乘方案。同站台换乘，换乘路线短、换乘快捷， 从换乘的舒适性来说，同站台换乘优于“T”形、“L”形换乘 车站，从换乘客流量来说，优于“十字”换乘车站。2.同站台换乘要求在路网规划中，两条地铁线路要平行， 对路网规划要求高。我国现阶段的国情决定，“十字”换乘是 较佳的换乘方式，会有广阔的应用前景。3.“十字”换乘车站中换乘节点的受力分析，是值得研