地下車站出入口地面結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計

張 濤

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司， 430063， 武漢∥高級工程師)

我國城市軌道交通建設(shè)已有50多年的發(fā)展歷史[1]。通過這50多年的城市軌道交通車站設(shè)計研究與建設(shè)經(jīng)驗積累，不同類型車站的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計框架已基本成型。當(dāng)前,精細(xì)化設(shè)計應(yīng)是城市軌道交通車站設(shè)計的后續(xù)重點研究方向之一。

城市軌道交通車站出入口是乘客進出車站的重要關(guān)口，是軌道交通線路的門戶，也是展示城市形象的重要門戶。但在對不同車站調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，部分車站出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面，與設(shè)計效果不符。圖1為蘇州軌道交通2號線平河路站出入口結(jié)構(gòu)突出地面的實景圖，嚴(yán)重影響了城市軌道交通線路乃至城市的形象。本文以此問題為出發(fā)點，通過對車站出入口地面結(jié)構(gòu)進行精細(xì)化設(shè)計，從設(shè)計層面妥善解決出入口尾部地下頂板結(jié)構(gòu)突出地面的問題，確保實施效果與設(shè)計效果的一致性。

圖1 地下車站出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面實景

1 問題分析

地下車站出入口從地下出地面時在出入口尾部地下區(qū)域形成一段爬升段結(jié)構(gòu)。出入口尾部結(jié)構(gòu)的覆土厚度一般按150～350 mm設(shè)計，出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面是由于其覆土厚度不足導(dǎo)致。出入口尾部覆土厚度受外部與內(nèi)部兩個控制因素決定，其中：外部控制因素為室外場地標(biāo)高與坡度；內(nèi)部控制因素為出入口空間功能需求。當(dāng)出入口設(shè)計不滿足內(nèi)外控制因素時，就會產(chǎn)生出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面的問題。

1.1 外部控制因素歸因分析

1.1.1 出入口室外場地恢復(fù)標(biāo)高

車站出入口一般平行于規(guī)劃道路紅線布置，其室外場地一般與周邊道路或設(shè)計恢復(fù)標(biāo)高保持一致。通常在出入口設(shè)計階段，城市軌道交通線路設(shè)計單位會與市政道路設(shè)計單位進行多輪次的溝通、協(xié)調(diào)、會簽，確認(rèn)設(shè)計標(biāo)高的最終數(shù)值，因而設(shè)計標(biāo)高一般均滿足要求。但偶爾會存在因現(xiàn)場突發(fā)情況導(dǎo)致道路恢復(fù)標(biāo)高的調(diào)整，而此時車站出入口的土建結(jié)構(gòu)已開始施工，不具備連帶調(diào)整條件，從而導(dǎo)致出入口場地恢復(fù)標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高不符。當(dāng)標(biāo)高差異超過尾部覆土厚度冗余量時，即會出現(xiàn)出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面的問題。

位于城區(qū)開發(fā)建設(shè)成熟地段的車站出入口通常會布置在相鄰地塊廣場內(nèi)，車站出入口室外場地位于周邊道路與地塊廣場之間，此時的出入口標(biāo)高設(shè)計通常只考慮道路恢復(fù)標(biāo)高而不考慮地塊廣場恢復(fù)標(biāo)高。若地塊廣場恢復(fù)標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高差異超過尾部覆土厚度冗余量時，也會產(chǎn)生上述問題。

1.1.2 出入口室外場地恢復(fù)坡度

大部分車站出入口在設(shè)計時均未考慮出入口室外場地恢復(fù)坡度與周邊道路或廣場坡度的銜接關(guān)系，一律按平坡考慮。而實際施工時，為了保證出入口室外場地與周邊環(huán)境的順接，保證環(huán)境美觀性，會取與周邊環(huán)境相同的恢復(fù)坡度。當(dāng)?shù)缆坊驈V場的坡度較大而車站出入口長度較長時，出入口前后局部區(qū)域高差變化大，出入口口部與尾部的高差大于出入口尾部覆土厚度，即會出現(xiàn)尾部凸出地面的問題。

1.2 內(nèi)部控制因素歸因分析

城市軌道交通車站出入口一般均設(shè)自動扶梯與樓梯，出入口裝修采用離壁墻和吊頂。因而，出入口內(nèi)部控制因素(即出入口空間功能需求)主要為自動扶梯設(shè)備空間需求和樓梯凈高需求,以及結(jié)構(gòu)和裝修空間需求。

1.2.1 自動扶梯、樓梯空間需求

自動扶梯設(shè)備的空間需求主要為水平方向的上工作點水平段長度與垂直方向的自動扶梯上部空間凈高。自動扶梯上工作點水平段長度由自動扶梯設(shè)備中標(biāo)廠家確定，自動扶梯上部凈高不小于2 300 mm[2]。

樓梯上部凈高不小于2 300 mm[2]。

1.2.2 結(jié)構(gòu)與裝修空間需求

沿出入口平面長度方向的結(jié)構(gòu)與裝修空間需求主要為出入口敞口段尺寸、出入口平臺及踏步、出入口室外地面以上的結(jié)構(gòu)及裝修；沿出入口剖面縱向的結(jié)構(gòu)與空間需求體現(xiàn)在出入口尾部結(jié)構(gòu)區(qū)域；尾部結(jié)構(gòu)外側(cè)空間需求包括出入口地面平臺高度、場地坡度引起的高差、尾部頂板上基本覆土厚度(包含尾部頂板上防水層、保護層、地面鋪裝或綠化厚度)和頂板結(jié)構(gòu)厚度；尾部結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)空間需求為內(nèi)部離壁墻與通道頂部吊頂交接處至出入口地面平臺的裝修高度、自動扶梯或樓梯上部最小凈高。

上述需求中，出入口敞口段尺寸受自動扶梯上工作點長度和自動扶梯或樓梯凈高需求控制。當(dāng)控制凈高為自動扶梯時，還受到自動扶梯設(shè)備提升角度控制。尾部結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)空間需求中，內(nèi)部離壁墻與通道頂部吊頂交接處至出入口地面平臺的裝修高度不得小于尾部結(jié)構(gòu)外側(cè)空間需求之和。

1.3 控制因素之間的關(guān)系

根據(jù)上述原因分析，城市軌道交通地下車站出入口的地面相關(guān)控制因素關(guān)聯(lián)圖如圖2所示，可為車站的精細(xì)化設(shè)計思路提供支持。

2 地下車站精細(xì)化設(shè)計的思路與關(guān)注點

2.1 設(shè)計思路

為避免反復(fù)出現(xiàn)出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面問題，應(yīng)取消既有設(shè)計過程中對照參考圖依葫蘆畫瓢的設(shè)計模式，轉(zhuǎn)而開展精細(xì)化設(shè)計。

出入口地面結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計以各控制因素之間的邏輯關(guān)系為依托，將各控制因素之間的邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化為計算公式，并根據(jù)計算公式得出的設(shè)計結(jié)果來制定符合功能需求的新標(biāo)準(zhǔn)。

在外部控制因素層面，應(yīng)考慮室外場地的設(shè)計控制，主要為出入口的室外場地標(biāo)高和坡度與周邊場地標(biāo)高和坡度；在內(nèi)部控制因素層面，應(yīng)考慮設(shè)備、裝修功能需求的設(shè)計控制。

2.2 設(shè)計關(guān)注點

2.2.1 場地標(biāo)高與地塊標(biāo)高的高差

出入口位于地塊廣場內(nèi)時，應(yīng)關(guān)注出入口口部室外場地標(biāo)高H1與出入口周邊地塊標(biāo)高H3的高差D2，其關(guān)系式為：

D2=H1-H3

(1)

2.2.2 場地坡度與高差

按CJJ 83—2016《城鄉(xiāng)建設(shè)用地豎向規(guī)劃規(guī)范》相關(guān)條文要求，道路或廣場均需設(shè)置一定的坡度：機動車道路縱坡常用范圍0.3%～8.0%；非機動車車行道規(guī)劃縱坡宜小于2.5%；當(dāng)縱坡大于或等于2.5%時，應(yīng)按規(guī)范中相關(guān)規(guī)定限制坡長。對于機動車與非機動車混行道路，其縱坡應(yīng)按非機動車車行道的縱坡取值。道路橫坡宜為1.0%～2.0%。廣場坡度宜為0.3%～3.0%[3]。

圖2 城市軌道交通地下車站出入口地面設(shè)計控制因素間的關(guān)系

設(shè)計時需考慮出入口口部與尾部因道路縱坡產(chǎn)生的坡度高差,該高差與出入口總長度及場地坡度的關(guān)系可以表達(dá)為：

D1=Lzi

(2)

式中：

D1——出入口口部與尾部的高差；

Lz——出入口外包總長度；

i——出入口所在道路縱坡，i取值范圍為0.3%～3.5%。

出入口口部室外場地標(biāo)高與出入口尾部室外場地標(biāo)高關(guān)系可表達(dá)為：

H2=H1-D1

(3)

式中：

H2——出入口尾部室外場地標(biāo)高。

本文在綜合比較《城鄉(xiāng)建設(shè)用地豎向規(guī)劃規(guī)范》關(guān)于道路與廣場坡度設(shè)計范圍規(guī)定后認(rèn)為，可將機動車與非機動車混行道路的常規(guī)最大坡度3.5%作為地下車站標(biāo)準(zhǔn)出入口設(shè)計的前置條件。當(dāng)場地坡度超出3.5%時，可結(jié)合實際場地情況，采用錯臺布置方案或進行特殊方案設(shè)計。

2.2.3 出入口尾部結(jié)構(gòu)基本覆土

出入口尾部結(jié)構(gòu)基本覆土考慮頂板防水層及保護層、地面鋪裝或綠化種植等需求，其覆土厚度按不小于300 mm設(shè)計。

2.2.4 樓扶梯上部凈高

需同時滿足樓梯上部凈空與自動扶梯上部凈高的要求。通常情況下，有自動扶梯時，出入口敞口段自動扶梯下部控制點高于樓梯下部控制點，一般按自動扶梯凈高取值。而在特殊情況下，樓梯下部控制點高于自動扶梯控制點或無自動扶梯時，則按樓梯上部凈高取值。在上述取值的基礎(chǔ)上，還應(yīng)適當(dāng)考慮施工誤差的空間需求高度，以此作為最終的凈高控制值。該控制值按不小于2 600 mm考慮。

2.2.5 出入口敞口段長度

出入口敞口段長度應(yīng)與自動扶梯設(shè)備尺寸匹配，主要為自動扶梯上水平段長度與自動扶梯設(shè)備傾角。自動扶梯上水平段長度以自動扶梯中標(biāo)廠家提供的設(shè)備尺寸為準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)自動扶梯設(shè)備傾角α取30°。

2.2.6 裝修設(shè)計模數(shù)

土建結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計應(yīng)考慮出入口地面建筑的裝修設(shè)計模數(shù)。

3 確定出入口結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)

根據(jù)上述出入口地面結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計思路與關(guān)注點，確定出入口地面區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。各參數(shù)的計算公式為：

Lz=a+L+c

(4)

L=b+(h+Hn)cotα+L上

(5)

Hn>d+max{D1,D2}+e+f

(6)

式中：

a——出入口外側(cè)裝修厚度與地面結(jié)構(gòu)側(cè)墻之和；

b——出入口內(nèi)側(cè)墻面裝修厚度；

L——出入口敞口段長度；

c——出入口敞口段至踏步邊緣距離；

h——出入口樓梯和自動扶梯的踏步面沿口至吊頂面的裝修凈高，h≥2 600 mm；

Hn——出入口尾部結(jié)構(gòu)內(nèi)墻面裝修高度；

L上——自動扶梯上工作點至扶梯上部支撐結(jié)構(gòu)水平段長度；

d——出入口平臺標(biāo)高與室外場地標(biāo)高的高差；

e——出入口尾部基本覆土厚度；

f——出入口尾部結(jié)構(gòu)頂板厚度。

城市軌道交通車站出入口出地面區(qū)域剖面參數(shù)設(shè)計如圖3所示，其中的a、b、c、d、e、f按各城市常規(guī)結(jié)構(gòu)及裝修尺寸做法取值。

注:標(biāo)高單位為m,其余尺寸單位為mm。

4 出入口結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)應(yīng)用示例

按照上述參數(shù)設(shè)定，套用蘇州市軌道交通車站出入口的設(shè)計常數(shù)[4]，并假設(shè)場地坡度高差D1大于場地標(biāo)高高差D2，對蘇州市軌道交通S1線原有出入口設(shè)計方案進行優(yōu)化。其中:a取550 mm，b取250 mm，c取5 200 mm，d取480 mm，e取300 mm，f取400 mm，α取30°,L上取5 450 mm，h取2 600 mm，代入計算可得Hn>1 750 mm，L>13 234 mm。S1線車站標(biāo)準(zhǔn)出入口原方案敞口段的長度為12 000 mm，地面建筑裝修模數(shù)為1 500 mm。按裝修模數(shù)取整，則優(yōu)化方案敞口段長度L取值13 500 mm，故：Lz取19 250 mm，Hn取1 903 mm。優(yōu)化后S1線車站標(biāo)準(zhǔn)出入口地面區(qū)域的剖面圖如圖4所示。

在其它控制因素相同的前提下，與原方案相比，優(yōu)化方案的出入口敞口段加長了1 500 mm，尾部結(jié)構(gòu)頂板降低了824 mm，如圖5所示。優(yōu)化方案的尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計可適應(yīng)場地坡度3.5%、高差674 mm的場地變化。

注:標(biāo)高單位為m,其余尺寸單位為mm。

注:標(biāo)高單位為m,其余尺寸單位為mm。

5 結(jié)語

地下車站出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面的問題僅為城市軌道交通線路設(shè)計及實施過程中發(fā)現(xiàn)問題的冰山一角。本文從造成出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面的原因與各控制因素的邏輯關(guān)系出發(fā)，明確提出了地下車站出入口地面區(qū)域的精細(xì)化設(shè)計的思路與關(guān)注點，并給出可供操作的設(shè)計參數(shù)，以示例驗證了設(shè)計參數(shù)的可行性。

通過精細(xì)化設(shè)計優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，可從設(shè)計源頭避免出入口尾部結(jié)構(gòu)突出地面問題的重復(fù)出現(xiàn)。蘇州市軌道交通S1線車站標(biāo)準(zhǔn)出入口的優(yōu)化方案已在S1線所有車站出入口設(shè)計中使用，并在蘇州市軌道交通后續(xù)建設(shè)線路的出入口施工圖設(shè)計中繼續(xù)推廣。

本文所采取的以解決問題為出發(fā)點、以邏輯分析確定問題的控制因素、以參數(shù)化形式表達(dá)控制因素之間的邏輯關(guān)系、最終通過計算確定優(yōu)化方案的精細(xì)化設(shè)計的流程與方法，可作為后續(xù)城市軌道交通線路精細(xì)化設(shè)計提供方法與方向，供設(shè)計人員借鑒。