地下車站出入口地面結構的精細化設計

張 濤

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司， 430063， 武漢∥高級工程師)

我國城市軌道交通建設已有50多年的發展歷史[1]。通過這50多年的城市軌道交通車站設計研究與建設經驗積累，不同類型車站的標準化設計框架已基本成型。當前,精細化設計應是城市軌道交通車站設計的后續重點研究方向之一。

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。但在對不同車站調研中發現，部分車站出入口尾部結構突出地面，與設計效果不符。圖1為蘇州軌道交通2號線平河路站出入口結構突出地面的實景圖，嚴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點，通過對車站出入口地面結構進行精細化設計，從設計層面妥善解決出入口尾部地下頂板結構突出地面的問題，確保實施效果與設計效果的一致性。

圖1 地下車站出入口尾部結構突出地面實景

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域形成一段爬升段結構。出入口尾部結構的覆土厚度一般按150～350 mm設計，出入口尾部結構突出地面是由于其覆土厚度不足導致。出入口尾部覆土厚度受外部與內部兩個控制因素決定，其中：外部控制因素為室外場地標高與坡度；內部控制因素為出入口空間功能需求。當出入口設計不滿足內外控制因素時，就會產生出入口尾部結構突出地面的問題。

1.1 外部控制因素歸因分析

1.1.1 出入口室外場地恢復標高

車站出入口一般平行于規劃道路紅線布置，其室外場地一般與周邊道路或設計恢復標高保持一致。通常在出入口設計階段，城市軌道交通線路設計單位會與市政道路設計單位進行多輪次的溝通、協調、會簽，確認設計標高的最終數值，因而設計標高一般均滿足要求。但偶爾會存在因現場突發情況導致道路恢復標高的調整，而此時車站出入口的土建結構已開始施工，不具備連帶調整條件，從而導致出入口場地恢復標高與設計標高不符。當標高差異超過尾部覆土厚度冗余量時，即會出現出入口尾部結構突出地面的問題。

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

1.1.2 出入口室外場地恢復坡度

大部分車站出入口在設計時均未考慮出入口室外場地恢復坡度與周邊道路或廣場坡度的銜接關系，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境的順接，保證環境美觀性，會取與周邊環境相同的恢復坡度。當道路或廣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，即會出現尾部凸出地面的問題。

1.2 內部控制因素歸因分析

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

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備中標廠家確定，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 結構與裝修空間需求

沿出入口平面長度方向的結構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構及裝修；沿出入口剖面縱向的結構與空間需求體現在出入口尾部結構區域；尾部結構外側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)和頂板結構厚度；尾部結構內側空間需求為內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。當控制凈高為自動扶梯時，還受到自動扶梯設備提升角度控制。尾部結構內側空間需求中，內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構外側空間需求之和。

1.3 控制因素之間的關系

根據上述原因分析，城市軌道交通地下車站出入口的地面相關控制因素關聯圖如圖2所示，可為車站的精細化設計思路提供支持。

2 地下車站精細化設計的思路與關注點

2.1 設計思路

為避免反復出現出入口尾部結構突出地面問題，應取消既有設計過程中對照參考圖依葫蘆畫瓢的設計模式，轉而開展精細化設計。

出入口地面結構精細化設計以各控制因素之間的邏輯關系為依托，將各控制因素之間的邏輯關系轉化為計算公式，并根據計算公式得出的設計結果來制定符合功能需求的新標準。

在外部控制因素層面，應考慮室外場地的設計控制，主要為出入口的室外場地標高和坡度與周邊場地標高和坡度；在內部控制因素層面，應考慮設備、裝修功能需求的設計控制。

2.2 設計關注點

2.2.1 場地標高與地塊標高的高差

出入口位于地塊廣場內時，應關注出入口口部室外場地標高H1與出入口周邊地塊標高H3的高差D2，其關系式為：

D2=H1-H3

(1)

2.2.2 場地坡度與高差

按CJJ 83—2016《城鄉建設用地豎向規劃規范》相關條文要求，道路或廣場均需設置一定的坡度：機動車道路縱坡常用范圍0.3%～8.0%；非機動車車行道規劃縱坡宜小于2.5%；當縱坡大于或等于2.5%時，應按規范中相關規定限制坡長。對于機動車與非機動車混行道路，其縱坡應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計控制因素間的關系

設計時需考慮出入口口部與尾部因道路縱坡產生的坡度高差,該高差與出入口總長度及場地坡度的關系可以表達為：

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高與出入口尾部室外場地標高關系可表達為：

H2=H1-D1

(3)

式中：

H2——出入口尾部室外場地標高。

本文在綜合比較《城鄉建設用地豎向規劃規范》關于道路與廣場坡度設計范圍規定后認為，可將機動車與非機動車混行道路的常規最大坡度3.5%作為地下車站標準出入口設計的前置條件。當場地坡度超出3.5%時，可結合實際場地情況，采用錯臺布置方案或進行特殊方案設計。

2.2.3 出入口尾部結構基本覆土

出入口尾部結構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。在上述取值的基礎上，還應適當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與自動扶梯設備尺寸匹配，主要為自動扶梯上水平段長度與自動扶梯設備傾角。自動扶梯上水平段長度以自動扶梯中標廠家提供的設備尺寸為準,標準自動扶梯設備傾角α取30°。

2.2.6 裝修設計模數

土建結構尺寸設計應考慮出入口地面建筑的裝修設計模數。

3 確定出入口結構的設計參數

根據上述出入口地面結構的精細化設計思路與關注點，確定出入口地面區域結構設計參數。各參數的計算公式為：

Lz=a+L+c

(4)

L=b+(h+Hn)cotα+L上

(5)

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

(6)

式中：

a——出入口外側裝修厚度與地面結構側墻之和；

b——出入口內側墻面裝修厚度；

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——出入口尾部結構內墻面裝修高度；

L上——自動扶梯上工作點至扶梯上部支撐結構水平段長度；

d——出入口平臺標高與室外場地標高的高差；

e——出入口尾部基本覆土厚度；

f——出入口尾部結構頂板厚度。

城市軌道交通車站出入口出地面區域剖面參數設計如圖3所示，其中的a、b、c、d、e、f按各城市常規結構及裝修尺寸做法取值。

注:標高單位為m,其余尺寸單位為mm。

4 出入口結構設計參數應用示例

按照上述參數設定，套用蘇州市軌道交通車站出入口的設計常數[4]，并假設場地坡度高差D1大于場地標高高差D2，對蘇州市軌道交通S1線原有出入口設計方案進行優化。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線車站標準出入口原方案敞口段的長度為12 000 mm，地面建筑裝修模數為1 500 mm。按裝修模數取整，則優化方案敞口段長度L取值13 500 mm，故：Lz取19 250 mm，Hn取1 903 mm。優化后S1線車站標準出入口地面區域的剖面圖如圖4所示。

在其它控制因素相同的前提下，與原方案相比，優化方案的出入口敞口段加長了1 500 mm，尾部結構頂板降低了824 mm，如圖5所示。優化方案的尾部結構設計可適應場地坡度3.5%、高差674 mm的場地變化。

注:標高單位為m,其余尺寸單位為mm。

注:標高單位為m,其余尺寸單位為mm。

5 結語

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

通過精細化設計優化的標準設計，可從設計源頭避免出入口尾部結構突出地面問題的重復出現。蘇州市軌道交通S1線車站標準出入口的優化方案已在S1線所有車站出入口設計中使用，并在蘇州市軌道交通后續建設線路的出入口施工圖設計中繼續推廣。

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