明挖地铁车站围合空间及剩余空间利用的研究

2014-09-06 08:12姚显贵
隧道建设(中英文) 2014年9期
关键词:号线车站商业

姚显贵

(中铁隧道勘测设计院有限公司,天津 300133)

明挖地铁车站围合空间及剩余空间利用的研究

姚显贵

(中铁隧道勘测设计院有限公司,天津 300133)

用明挖法施工的地铁车站的下列部位存在自然形成的围合空间及剩余空间:1)车站小端的附属与主体之间;2)中间站设置的配线上方的剩余空间;3)换乘站设置联络线时,联络线与车站之间的围合空间;4)地下深埋车站的地下一、二层的剩余空间。目前,地铁的建设和运营成本均较高,应对上述围合空间进行合理利用:1)作为设备用房或备用房间,减小车站投资;2)进行适度商业开发,作为地铁运营的补贴。如果不利用这些空间,对相应空间进行空置或回填,将会:1)形成永久的死空间;2)可能增加车站的围护结构、主体结构和土方回填等土建费用;3)地下空间开发的不可逆性,若不与车站同期开发,后期再想改造非常困难。本文通过对围合空间利用存在的技术、经济问题的研究,表明利用围合空间及剩余空间具备较好的技术经济效益。

明挖法;地铁车站;围合空间;剩余空间;停车线;联络线;深埋车站

0 引言

目前,国内已有30多个城市在建设地铁。据统计,截至2012年底,国内(未含港澳台)通车里程超过2 008 km[1],截至2013年底,达2 700 km[2]。据2009年分析,地铁地下线建设投资约6亿元/km[3],近几年,该指标增至7 亿~8 亿元/km,北京、上海等城市由于拆迁和工法等原因,个别线路甚至更高,包含贷款利息、固定资产折旧等的运营费成本,也高达数亿或数十亿。

因为地铁属于公益性建筑,巨大的建设和运营成本给地方财政带来很大的压力,目前仅有香港地铁的运营处于盈利状态。因此,建设经济地铁的理念已成为行业内共识。

一方面,通过合理选择线路和车站建筑方案,降低建设及运营成本。例如,通过提高列车发车频率来缩短车站站台的有效长度,从环控系统制式的选取以及各种设施用房的合理布置上来减少车站用房面积[4];从对规划、建设标准、线路敷设方式、站间距、车站长度及埋深和设备国产化等方面的合理选择来降低造价[5]。

另一方面,借鉴港铁的成功经验,开发地铁商业,作为对地铁运营的补贴。

港铁“轨道+土地”的模式虽然很成功,但在实际应用中,需要一系列完备的政策支持,目前尚有一定难度。目前,各地也在开展一些车站附属、主体和车辆段(停车场)的上盖开发,这些额外增加的投资相对较多,需根据实际情况详细论证。

基于“建设经济地铁、珍惜土地资源”的理念,车站建筑设计师应充分利用车站明挖结构围合形成的自身空间,尤其是采用明挖法施工的地下车站的围合空间。主要为:

1)车站小端附属与主体之间形成围合空间

2)车站纵向设置的明挖配线上的剩余空间;

3)换乘站设置联络线时,联络线与车站之间的围合空间;

4)必须明挖的地下深埋车站地下一、二层的剩余空间。

目前,尚无针对围合空间利用的技术、经济问题的研究,因此,对该类空间的利用进行研究是很有必要的。

1 空间利用的合理性及存在的问题

1.1 空间利用的合理性

本文研究的围合空间,主要在车站采用明挖法施工时存在,如果采用暗挖法或盾构法施工则不存在该类空间。

针对这些空间有2种处理方式:1)回填或者基坑开挖时预留该部分土体;2)该空间同步建造并加以合理利用。

基于以下3点对空间进行合理利用:1)根据已有的建设经验,利用该部分空间可以作为备用房间、地铁商业或地下停车空间;2)该部分空间的开发基本不会增加太多投资;3)地下空间开发利用具有不可逆性,若前期不与车站建设同步进行,则后期改造非常困难。

因此,建议对围合空间进行合理的开发利用。

1.2 存在的问题

1.2.1 消防问题

地铁火灾一般分为4类[6]:机车车辆故障火灾、电气设备故障火灾、人为事故火灾和施工火灾。地铁车站附属商业内的火灾主要为店内可燃物品引起的火灾、电气设备故障火灾及人为纵火。

地铁车站属于重要公共建筑,消防安全极其重要。事故表明:发生火灾时,如果不能及时疏散,不仅会造成人员伤亡和财产损失,还会形成恶劣的社会影响。2003年,韩国大邱市地铁一号线中央路站发生火灾,致198人死亡,146人受伤,289人失踪;1995年,阿塞拜疆首府巴库地铁火灾,造成至少289人死亡,265人受伤[7]。

车站及车站附属的商业开发建筑必须满足《地铁设计规范》和《建筑设计防火规范》等规范及消防部门的要求。

2013版《地铁设计规范》[8]第28.1.5条:车站站台、站厅和出入口通道的乘客疏散区内不得设置商业场所,除地铁运营、服务设备、设施外,也不得设置妨碍乘客疏散的设备、设施及其他物体。第28.1.6条:当地铁开发地下商业时,商业区与站厅间应设置防火分隔。

1.2.2 其他问题

围合空间利用可能会带来投资、施工工期、施工难度及风险方面的问题,需要进行分析论证。

2 车站附属与主体的围合空间

2.1 围合空间介绍

明挖车站小端,附属于主体之间出现自然的围合空间,其面积为200~300 m2(为便于研究,现以围合空间300 m2为例,平面尺寸约15 m×20 m),如图1所示。

图1 围合空间示意图

2.2 关于消防安全

2.2.1 规范及地方消防部门要求

《地铁设计防火规范》报批稿对站厅非付费区内附设的商铺面积做了严格规定,即:单处不超过 50 m2,总面积不超过100 m2。

各地消防部门对站内非付费区的商业面积规定也不同。如:成都消防局同意在采取自动灭火系统时,可设置不超过200 m2的商业;西安允许设置不超过100 m2的商业;有些地方消防部门则严禁在站内设置任何商业。

2.2.2 安全出口设计思路

当围合空间用作商业时,首先应与当地消防部门沟通,采取安全可靠的措施,保证地铁运营的安全。同时,应控制商业的业态,选择火灾危险性小、对环境污染小的业态。商铺装修时,采用不燃材料。

商业的安全出入口应满足《建筑设计防火规范》[9]及《人民防空工程设计防火规范》[10]的要求。

1)出口数量不少于2个,同时满足疏散距离要求,关于出口设置有3种方法:

①车站小端要保证2个出入口,其中1个作为地铁安全疏散的出入口(如图1中的1号出入口),另一个靠近围合空间的出入口(如图1中的4号出入口)可作为围合空间的消防出入口。

②用防火墙在出入口通道内开辟一条通道,二者口部合并,形成合并式出入口,如图2所示。这种做法在某些城市的公共区出入口与设备区消防出口中有应用,是否可以应用于地铁商铺,仍需要与当地消防部门沟通。

图2 合并出入口示意

③利用地铁出入口楼扶梯下方三角空间设置一条专门的通道,口部与出入口合建,并开向不同方向,形成合建式出入口,如图3所示。

图3 合建式出入口示意图

如果上述3种方法都不能满足,可考虑①和③结合,这样能保证地铁商铺有2个安全出口,不影响地铁的紧急疏散。

2)疏散通道宽度确定。疏散通道宽度应经计算确定,假设围合空间面积为300 m2,距地面不应超过10 m(一般约为地下9 m),则该部分所需疏散通道的最小宽度B=300×0.7×0.85×0.75÷100=1.34 m。根据规范要求,取最小宽度1.4 m。可见,疏散通道的宽度条件较容易满足。

2.3 经济性分析

2.3.1 结构选型

以太原地铁2号线王村南街站为例[11]。本车站所揭露岩土地层分布较为稳定,均为第四系(Q)地层。地表多为第四系人工填土(Q4ml),其下为第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)黏质粉土、砂(粉)类土、圆砾土及上更新统(Q3al+pl)粉质黏土和砂类土等组成。地下水位埋深-2~6 m。

车站风道、出入口底板埋深约-10 m,结合周边建设条件、工程及水文地质,附属工程采用明挖法施工,基坑支护采用φ800@1 200钻孔灌注桩(嵌固深度5 m)+φ650@400三轴搅拌桩止水帷幕,坑内设支撑。

结构采用现浇钢筋混凝土框架结构。防水等级为一级,采用外贴外涂全包防水。

2.3.2 主要土建数量及投资比较

对于利用围合空间(方案1)、不利用围合空间(方案2)2种情况的土建投资进行比较。

方案2,施工时建议全部开挖,然后将围合空间回填(回填土方费用=3 150 m3×120元/m3=37.8万元),否则增加围护结构(钻孔桩)费用较多,约合81万元(即684 m×1 185元/m)。

2种方案的基坑围护结构相同,主要土建工程量差别是结构工程量和土方工程量,见表1。

表1 围合空间投资比较表Table 1 Investment comparison

由表1可见,利用这一空间增加投资约15.3 万元,约合510 元/m2。从土建投资上看,值得开发。

2.3.3 投资回报分析

结合国内已有城市地铁商铺的租赁经验,地下地铁商铺较地面商铺租金高,地铁商业收益可观。2010年,成都地铁1号线商铺竞拍成交价高达950 元/m2;2012年12月,武汉2号线地铁商铺根据所处位置不同,月租金在90~800 元;2012年,杭州地铁商铺月租金约400 元/m2。

考虑所处地段不同及其他不确定因素,商铺月租金取目前行业最低值100 元/m2,按规范允许的最大商业面积100 m2计算,则可在运营后15个月可收回投资。

因此,从投资回报上看,该空间值得利用。

3 中间站配线上的剩余空间

3.1 空间介绍

中间站设置的配线主要有折返线、停车线和渡线,车站配线段有3种施工工法:1)采用明挖法施工,结构断面形式采用双层结构(或其他同车站主体部分的断面);2)采用单层明挖结构;3)采用暗挖法施工,主要应用在工程及水文地质较好和道路交通要求高等特殊情况,如图4所示。

图4 暗挖停车线断面示意图

当采用明挖法施工时(如为单层浅埋明挖施工的车站,则配线上方不存在剩余的围合空间),同样基于1.1的结论,应对该空间进行利用,此时,除去车站必要的设备管理用房外,在配线上方仍有大量剩余空间。

3.2 配线上方空间利用的技术分析

3.2.1 消防

1)开发空间的消防。该部分空间利用时,应按照《建筑设计防火规范》的要求设置足够的安全出口。

同时,由于出入口需占用道路两侧空间,用地有一定困难,建议该空间采用自动喷水灭火系统,这样可以减少出入口数量。

2)与车站公共区的联系和分隔。通常在车站站厅公共区与开发空间之间通过一条净宽4~5 m的通道连接,在分界处设置2道防火卷帘和2道防盗卷帘,以满足各自的消防安全和运营管理要求。

3.2.2 建筑结构方案

以太原地铁2号线一期工程南内环街站为例[11]。太原2号线采用6A编组,车站有效站台长140 m,南内环街站位于太原市长治路与南内环街交叉口处,为中间站,根据行车组织要求,在车站小里程端设置双停车线。

1)建筑方案。经研究,车站跨南内环街设置,在主路口4个象限均设置出入口。车站方案主要结合周边规划情况、现状建筑物和长治路道路改造计划等控制因素,对小里程停车线上方空间利用进行对比。

推荐方案考虑将停车线上方空间与车站同步建设,作为地铁商业开发,车站总长520 m,标准段宽21.6 m;比较方案考虑停车线采用单层明挖结构,上部空间进行回填,车站总长284.5 m,标准段宽21.6 m。方案总平面图布置如图5和图6所示。

车站主要建筑数量见表2。

推荐方案较比较方案:①增加建筑面积 13 582 m2;②增加净商业面积(不含商业设备用房)5 143 m2; ③增加4个出入口通道,极大增强了过街功能及车站吸引客流的范围; ④小里程端区间长度减小235.5 m。

2)结构选型。根据钻探揭示,本车站所揭露岩土地层分布较为稳定,均为第四系(Q)地层。地表多为第四系人工填土(Q4ml),其下为第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)粘质粉土、砂(粉)类土、圆砾土及上更新统(Q3al+pl)粉质黏土和砂类土等组成。地下水为孔隙潜水,埋深2.60~4.70 m。

图6 比较方案总平面图

表2 建筑数量表Table 2 Quantity of architecture

车站主体底板埋深约17 m,附属底板埋深约-10 m,结合周边建设条件、工程及水文地质,车站采用明挖法施工,基坑支护采用800 mm厚地下连续墙,坑内设支撑。

结构采用现浇钢筋混凝土框架结构。防水等级为一级,采用外贴外涂全包防水。推荐方案车站配线段采用地下2层框架结构,如图7(a)所示;比较方案配线段采用单层结构,顶板采用折板结构,如图7(b)所示。

图7推荐方案和比较方案横剖面图(单位:mm)

Fig.7 Cross-section of proposed and comparative program of Metro station(mm)

3.3 经济性分析

3.3.1 主要土建数量及投资比较

对开发的推荐方案和不开发的比较方案2种情况的土建投资进行比较,二者主体围护结构相同,主要差别是:

1)配线段主体结构的钢筋混凝土用量、防水工程及土方工程数量;

2)配线段商业开发增加的附属工程的土建工程量,该部分根据本站概算指标,按照面积进行估算;

3)商业部分仅考虑初步水、暖、电等初步装修,待商业入驻后,由商家进行二次装修。

土建投资工程量如表3所示。

表3 土建投资比较表Table 3 Comparison of investment of civil works

由表3可见,开发停车线上方空间增加投资约为8 001万元。

经济指标相当于5 890.9元/m2(8 001万元÷13 582 m2),从土建指标上看,值得开发。

3.3.2 投资回报分析

根据2.3.3的分析,考虑所处地段不同及其他不确定因素,月租金取目前行业最低值100 元/m2,商业面积5 143 m2。则年收益为:

100×5 143×12=617.16万元/年。

静态投资回收期为:

8 001÷617.16=13年。

因此,从投资回报上看,该空间值得利用。

4 带联络线换乘站围合空间

带联络线的换乘站,联络线与车站之间形成围合空间。单层面积可达8 000 m2(以6B编组,十字换乘为例)以上。根据建筑设计防火规范,若作为商业开发,考虑设置自动喷水灭火系统,每个防火分区最大面积2 000 m2,每个防火分区至少设置1个直通地面的安全出口,则至少需设置4个地面出入口,同时需设置通风井。

该类围合空间的利用,应结合周边用地规划情况、土建投资和施工条件(交通疏解及管线改移)等因素,进行综合技术经济专题分析研究后,方能确定是否开发。例如,联络线下穿城市公园,且地质条件适合暗挖时,建议联络线采取暗挖法施工,尽量不破坏既有绿化,减小对市民生活的影响。

5 地下深埋车站

由于以下原因,车站埋深较大:1)区间下穿重要或者敏感建筑、下穿既有市政工程(地铁线路、市政隧道等)和下穿河流等,导致车站线路埋深较大;2)因车站场地地基土具有湿陷性,存在液化等不良地质现象,导致车站底板加深。

此时,若车站保持正常的覆土厚度,则车站层数增加,需合理利用该部分空间:

1)尽量减小车站长度,并尽可能将隧道通风机房设置在车站主体内,减小车站规模。

2)当普通中间站层数为3层时,从上到下依次为站厅层、设备层和站台层。此时,可不考虑开发。

3)当车站层数为4层及4层以上时,最下面3层为车站,上面几层可作地铁商业开发。如西安地铁万寿路站,场地存在湿陷性黄土,车站为地下4层车站(基坑深约28 m),负1层用作地铁商业开发。

4)因为地下商店营业厅不应设置在地下3层及以下,车站最多利用3层。所以,车站层数不超过5层(当车站为5层时,基坑深度为35~40 m),否则空间利用困难,同时导致基坑深度太大,施工难度及风险均较大。

以上2)—4)条针对普通中间站,若为带配线的车站,应尽量浅埋,不应超过3层。

6 结论及展望

6.1 结论及建议

结合上述分析,对地铁车站围合空间的利用给出以下建议:

1)基于以下3方面原因,应合理利用该空间:

①该空间的同步开发,基本不增加建设成本;

②地下空间的开发具有不可逆性,若不与车站同期建设,则后期改造难度极大;

③根据现有的运营经验,在城市核心区,既有商圈比较成熟,地铁商铺有巨大商业潜力;或者在城市规划新区,待规划实现后,地铁商铺也能带来较好的经济效益。

2)除因区间线路因素、不良地质等造成车站深埋外,深埋车站应谨慎采用。

3)联络线与换乘站之间的围合空间应结合周边地块规划、区间工法等进行综合分析论证后,方可决定是否开发。

4)围合空间用作商业开发,应严格执行《地铁设计规范》和《建筑设计防火规》的要求,并与当地消防部门沟通,采取符合消防安全的措施。商业开发既要满足自身消防疏散的要求,也要确保地铁运营安全

5)地铁商铺应严格控制其装修材料和业态,降低火灾危险性。

6.2 展望

本文对围合空间中第一、二类的利用进行了较为详细的分析研究,而对联络线与换乘站的围合空间及地下深埋车站最上面几层的空间仅作了概括性论述,定有不详、不当之处,还需进一步研究。

[1]鲁放,韩宝明,王芳玲.2012 年中国城市轨道交通运营线路统计与分析[J].都市快轨交通,2013,26(1):1-3.(LU Fang,HAN Baoming,WANG Fangling.2012 Statistic and analysis of urban rail transit lines in China[J].Urban Rapid Rail Transit,2013,26(1):1-3.(in Chinese))

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[3]陈峰,梁青槐,陈光.城市轨道交通建设综合造价控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2010:10.(CHEN Feng,LIANG Qinghuai,CHEN Guang.Composite construction cost control of urban railway transit[M].Beijing:China Architecture & Building Press,2010:10.(in Chinese) )

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[10]总参工程兵第四设计研究院.GB 50098—2009人民防空工程设计防火规范[S].北京:中国计划出版社,2009:13-14.(The 4th Design & Research Institute of General Staff Engineering Corps.GB 50098—2009 Codes for fire fighting of civil defense engineering design[S].Beijing:China Planning Press,2009:13-14.(in Chinese))

[11]中铁隧道勘测设计院有限公司.太原市轨道交通2号线一期工程初步设计文件[K].天津:中铁隧道勘测设计院有限公司,2013.(China Railway Tunnel Survey & Design Institute Co.,Ltd..Primary design document of phase I project of Taiyuan railway transit line 2[K].Tianjin:China Railway Tunnel Survey & Design Institute Co.,Ltd.,2013.(in Chinese))

深圳地铁11号线最长最大区间隧道贯通

2014年9月2日,深圳地铁三期11号线车公庙站—红树湾站区间全长5.5 km、直径6.98 m的盾构区间提前4个月胜利贯通,标志着地铁11号线全线控制工期关键工程实现了重大突破,为11号线全线的顺利贯通奠定了坚实的基础。

地下盾构施工难点多

车公庙站—红树湾站区间隧道地跨福田、南山2区,为全盾构施工区间隧道,主要位于深南大道、白石路等城市主干道下,由4台大直径盾构从区间内专设始发井往车公庙枢纽站、红树湾站2个方向施工。

本区间为深圳地铁三期最长的盾构区间,地质条件复杂、技术难度大和周边环境要求高是车—红区间施工的主要难点。在施工过程中,先后克服了孤石群、粉细砂层、长距离上软下硬和全断面硬岩等诸多地质结构对地铁盾构施工造成的地质风险,其中遇到孤石及基岩凸起42处,累计长度570 m,盾构长距离穿越全断面硬岩及上软下硬地层550 m。盾构先后8次近距离、小角度、长距离穿越既有运营地铁1号线,穿越长度达640 m;2次长距离、浅埋深下穿地铁1号线竹子林车辆段,穿越长度达1 000 m;2次穿越华侨城欢乐海岸别墅区及人工湖,穿越长度达680 m。在超常压的情况下,进行了22次带压进仓更换刀具作业。

自2013年5月30日该区间首台盾构始发,历时15个月。目前4台盾构已陆续顺利出洞,比计划工期提前4个月实现了洞通目标。在施工过程中,创造了日成洞30 m、月成洞600 m的深圳地铁大断面盾构施工新纪录。

地铁11号线整体进展顺利

深圳地铁11号线BT项目是深圳市轨道交通三期工程建设的重大项目之一,是深圳东进西联、增进穗莞深港多地合作、促进前海开发、加速特区一体化、完善轨道交通网络的机场快线。项目由11号线工程、车公庙枢纽工程、同步实施工程及上盖物业工程4部分组成。

深圳地铁11号线东起深圳福田区中心站,经南山区止于宝安区松岗碧头站,全长51.8 km,其中地下线长39.3 km,高架线长11.1 km,过渡段长1.4 km;共设车站18座,包括地下车站14座、高架车站4座,其中换乘站11座;车辆段和停车场各1座;新建110 kV机场北主变电站1座。地铁11号线是深圳市建设的首条运营时速达120 km/h的城市轨道交通快线,也是目前国内一次建成线路最长、时速最快的城市轨道交通项目。

截至目前,深圳地铁11号线工程建设进展顺利,全线各标段施工全部进入主体工程施工阶段。在盾构施工方面,全线投入盾构29台,8月掘进5 056 m,累计掘进44 639 m,占总量62 555 m的71%,其中车红区间、机机区间、沙后区间右线、后松区间右线和停车场出线盾构已贯通。

(摘自 隧道网 http://www.stec.net/sites/suidao/ConPg.aspx?InfId=3f86a0d2-d8ab-4a15-95d0-1a0431557566&CtgId=77bc9040-5c59-4063-b0a5-2771b7223dd9 2014-09-09)

StudyonUseofSurroundedSpaceandRemainingSpaceofCut-and-coverMetroStation

YAO Xiangui

(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstitute,Co.,Ltd.,Tianjin300133,China)

Surrounded space and remaining space naturally exist at the following positions of cut-and-cover Metro stations:1) Between the ancillary structure and the main structure at the small end; 2) Above the auxiliary line of the intermediate stations; 3) Between the connecting lines and the transfer stations; 4) B1 and B2 floors of deep Metro stations.At present,the construction and operation costs of Metros are high,therefore it’s necessary to use the above-mentioned surrounded space and remaining space rationally:1) The space can be used as equipment rooms or spare rooms,so as to reduce the investment of the Metro station; 2) The space can be used as commercial area,the revenue of which can be subsidies for Metro operation.If the space cannot be used,the space will be vacant or will be backfilled,which has the following disadvantages:1) Permanent dead space will be formed; 2) The cost of the civil works related to the retaining structure,major structure and backfilling may be increased; 3) When the construction of the Metro station is completed,due to the irreversibility of the development of underground space,it will be very difficult to renovate the Metro station so as to use the above-mentioned space.In the paper,the technological and economical issues related to the use of the above-mentioned space are studied,which shows that the use of the surrounded space and the remaining space has good technological and economical benefits.

cut-and-cover method; Metro station; surrounded space; remaining space; parking line; connecting line; deep Metro station

2014-03-31;

2014-05-15

姚显贵(1983—),男,陕西安康人,2009年毕业于长安大学,结构工程专业,硕士研究生,工程师,从事轨道交通建筑设计及研究工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.09.010

U 45

B

1672-741X(2014)09-0880-07

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