2.1.1 城市轨道交通线路段结构分类
城市轨道交通线路根据需要可以设在地上、地面和地下。当线路位于地上时采用高架结构；当线路位于地面时，轨道结构铺设于路基之上，与传统的铁路相同；当线路位于地下时采用地下结构。另外，城市轨道交通线路因所在区间和车站的功能不同，采用的结构形式也不尽相同。
1.高架车站结构
高架车站既不是单一的房屋结构，也不是单一的桥梁结构，而是桥梁和房建融合在一起的结构体系。高架车站一般采用的方案包括车站建筑与桥梁分离式结构、车站建筑与桥梁联合式结构两种。车站建筑与桥梁分离式结构是指区间高架桥在车站范围内连续贯通，但与桥台和站厅的梁、板、柱及基础分离，各自形成独立的结构受力体系。车站建筑与桥梁联合式结构是指轨道梁直接搁置或固定在车站横梁上面的一种车站结构形式。
（1）车站建筑与桥梁分离式结构。
车站建筑与桥梁分离式车站的主体结构分为两个部分，即车站建筑和高架桥。车站建筑设在高架桥之外，高架桥从房屋建筑中穿过，两者在结构上完全分开，受力明确，传力简洁，如图2.1所示。车站建筑和高架桥受力分别自成系统，可防止列车运行对车站建筑的不利影响，解决了基础的不均匀沉降和车站建筑的振动问题。高架桥和车站建筑可分别依据现行的国家或行业规范进行独立的结构设计和计算。
图2.1 车站建筑与桥梁分离式结构示意图
（2）车站建筑与桥梁联合式结构。
车站建筑与桥梁联合式结构又可以分为两种：空间框架式结构和车站建筑与桥梁整体式结构。
①空间框架式结构。
图2.2 空间框架式高架车站结构图（单位：mm）
空间框架式高架车站的结构图如图2.2所示，轨道区和站台区同时设置在空间框架结构之上，而桥墩作为站房框架结构的一部分。这种结构体系受力合理，结构整体性和稳定性好。此外，框架纵、横梁对桥墩均能起到约束作用，减少了桥墩计算高度，降低了线路高程和建筑高程，可节省工程造价。但空间框架式高架车站设计没有现行统一的规范和标准可循，设计时对不同的构件需采用不同的规范，结构计算也较复杂。
高架轨道区所受的荷载和房屋建筑所受的荷载完全不同，轨道区活载占的比例大，而且受载点不断变化。框架结构受载不均匀，易造成基础的不均匀沉降，特别是在地质条件不好的地段。一旦发生基础不均匀沉降，将损坏结构，而修复又非常困难。
当列车以一定速度通过高架车站时，高架车站产生振动，框架结构的动力稳定性一般比桥梁结构差，因此，高架车站的振动控制成为结构分析和设计的关键问题。
②车站建筑与桥梁整体式结构。
车站建筑与桥梁整体式结构如图2.3所示。采用这种形式的车站，结构体系的传力途径比较明确，结构的整体性能好。但是，轨道梁与区间的接口不好处理，同时结构的施工难度大，桥道板与其下的结构板不易施工。
图2.3 整体式结构图（单位：mm）
2.高架区间结构
城市轨道交通高架区间的跨径、结构形式和梁形的选择不仅影响到工程的实施进度及对环境的干扰程度，还直接影响到工程的投资和建成后的使用效果以及城市景观，同时还受沿线的区域位置、周边环境、高架区间和地面道路的平面关系等多种因素的制约，因此应综合考虑以上各因素的影响，充分发挥各类结构形式的优点以达到最佳效果。
1）桥墩结构
城市轨道交通高架桥的桥墩，除必须承受上部结构的荷载外，还应考虑美观性。适用于城市高架桥的桥墩形式有T形墩、Y形墩、双柱墩等。
（1）T形墩。
T形墩台既能够减轻墩身重量、节约工程材料、减少占地面积，又较为美观，特别适用于高架桥与地面道路斜交的情况。墩身截面一般为圆形、圆端形、矩形、六角形等。如将T形墩与区间T形梁、箱形梁、槽形梁等上部结构相结合，则上下结构的轮廓线可平顺过渡、受力合理。
（2）Y形墩。
Y形墩兼有T形墩和双柱墩的优点，质量轻，占地面积小，外表美观简洁，造型轻巧，视野良好，并有利于桥下交通。但其结构相对较复杂，施工也比较麻烦。常见的Y形墩结构如图2.4所示。
图2.4 Y形墩结构示意图
（3）双柱墩。
双柱墩质量轻、节约工程材料，且承载能力和稳定性均较强，其盖梁的工作条件比T形墩有利。常用的结构形式如图2.5所示。但双柱墩的美观性较差，透视性不好，占地面积大。
图2.5 双柱墩结构示意图
2）一般梁式结构
高架区间结构采用的梁形有箱梁、板梁、T形梁和槽形梁等形式。
（1）箱梁。
箱梁是目前国内外广泛采用的高架结构形式之一，其建筑高度适中，外观线形流畅、美观，有成熟的设计和施工经验。箱梁动力性能优越，抗扭刚度大，整体性好，适用性强，在区间直线、曲线、折返段及渡线段均可采用。箱梁可以选择的断面主要有单箱单室（见图2.6）、双箱单室（见图2.7）和单箱多室（见图2.8）三种。箱梁结构示意图如图2.9所示。
图2.6 单箱单室箱梁剖面示意图（单位：mm）
图2.7 双箱单室箱梁剖面示意图（单位：mm）
图2.8 单箱多室箱梁剖面示意图（单位：mm）
①单箱单室箱梁。
单箱单室箱梁的标准跨径为30 m，施工方法常采用现场浇筑，也可以采用整体预制吊装施工，推荐采用后张预应力钢筋混凝土梁。一般梁高1.8 m，顶宽8.0 m，底宽3.3 m（对应3.7 m线间距）；跨中顶板和底板厚度均为220 mm；腹板形式为斜腹板，腹板厚度为400 mm。
②双箱单室箱梁。
图2.9 箱梁结构示意图
双箱单室箱梁适用于采用预制拼装施工方法的区段，例如线路位于现有地面道路路中，为方便运输及吊装，一般合理跨径为25 m。预制箱梁顶宽4.0 m，底宽1.8 m（对应5 m线间距），梁高1.7 m，两片箱梁拼装后顶面宽8.0 m，顶板和底板厚度均为220 mm，横向拼接现浇段宽920 mm，两片箱梁间沿桥纵向每隔5 m设一道250 mm宽的横隔板，以增强梁的整体刚度。
③单箱多室箱梁。
单箱多室箱梁整体性好，刚度大，能够充分利用材料的力学性能，且能减轻上部结构的重量，能够改善下部结构的受力状况。单箱多室箱梁常用于折返段、渡线段等桥面较宽区段，尤其当箱梁位于较小半径的平曲线段上时。该箱梁可采用后张预应力混凝土或钢筋混凝土结构，施工方法宜采用现浇施工。
（2）板梁。
板梁结构建筑高度低，外形简洁，结构简单，便于预制拼装施工。预应力板梁的经济跨度为16～20 m。板梁主要有空心板和低高度板梁两种形式。空心板梁每跨可根据桥面宽度采用4～8片拼装而成，而低高度板梁通常采用2片拼装组成。
（3）T形梁。
T形梁的设计、施工经验比较成熟，常采用工厂预制，现场吊装，其施工速度快，对既有道路交通干扰。同时，T形截面又是最经济的桥梁截面形式，该结构与箱梁相比可以减少25%左右的工程数量。T形梁的经济跨径在20～25 m，其中梁肋尺寸为0.5 m×1.8 m，翼缘尺寸为0.5 m×0.2 m。为了提高拼装T形梁的整体刚度与稳定性，需在两片T形梁间设置一定数量的横隔板。
（4）槽形梁。
槽形梁为下承式结构，其建筑高度低，两侧主梁可兼作隔声屏障和电缆支架，截面综合利用率较高。其缺点是结构受力复杂，需布置多向预应力钢筋；截面形式不适宜承受正弯矩的作用，主体结构工程数量指标较高；需要较大的施工及预应力张拉空间，另外槽形梁的造价比等跨径的单箱单室箱梁约高30%。槽形梁主要适用于由地下转入高架及建筑高度受限制的地段。
综上所述，城市轨道交通高架区间梁式结构选择的一般原则如下。
①在周边空旷、线路布置在路侧的一般区段，优先选用单箱单室箱梁。
②在线路位于既有道路路中，为减少施工时对地面交通的影响，优先选用预制拼装的双箱单室箱梁。对于线路位于规划道路路中的情况，将根据规划道路建设情况选择具体的施工方法。
③在线间距变化且线间距小于5 m的路段，可比较选用双箱单室箱梁或单箱多室箱梁。
④在线间距大于5 m的路段，可比较选用单箱多室箱梁或单箱单室单线箱梁。
⑤在高档住宅区和学校等对降低噪声要求较高的区域，推荐采用槽形梁。
3）一体化高架结构
一体化高架结构是指轨道交通与城市道路高架一体化的高架结构，中部为轨道交通列车行走结构，上部为高架道路汽车行走结构。上海共和新路高架是国内第一条一体化高架结构，中间轨道交通区间架构梁采用单箱单室梁，上部道路高架区间采用的是T形梁。
3.地面线的路基结构
地面线是指在较空旷的地带，道路和建筑物稀少，采用类似普通铁路的路基作为轨道基础的线路形式，如图2.10所示。地面线的路基高度一般要高出通过地段的最高地下水位和当地50年一遇的暴雨积水水位，以免路基出现淹没、翻浆、冒泥情况而影响运营。地面线的优点是土建工程造价低，其缺点是隔断线路两侧的交通，使线路两侧难以沟通，不利于两侧土地的商业开发利用，同时运营时的噪声较大。
地面线设计时要注意以下两个问题。
图2.10 地面线路基横断面图
（1）要结合沿线土体的使用性质从长远的规划上综合慎重考虑是否设置地面线，因城市轨道交通的行车密度大，地面线要防护隔离，这将隔断线路两侧的联系，并带来很大的噪声。
（2）在南方地区要充分考虑路基的防淹和排水问题，调查搜集当地的暴雨积水强度来确定最小路面高程，以确保线路的运营安全。如上海轨道交通9号线经过一处高压走廊，因受高压线高度控制，局部线路由高架降为地面线，且路基高度根据当地30年一遇的暴雨积水高度确定，并采取了一定的排水和保护措施。
4.地下区间结构
地下区间结构为连接两个地下车站之间的建筑物，包括行车隧道、渡线、折返线、地下停车线、联络线以及其他附属建筑物，应根据沿线的工程地质和水文地质条件、埋深、城市规划以及工程投资等具体条件来选择相应的施工方法和结构形式。地下区间结构形式有U形、拱形、圆形和矩形等，因此修建地下区间结构一般采用明挖法、浅埋暗挖法和盾构法。
（1）明挖法。
地铁区间隧道明挖法一般用于场地较开阔的地段，要求该地段地面建筑和地下管线少，对道路交通影响小，或道路交通量小，或有条件进行交通疏解，或结合市政工程的建设进行明挖施工。
结构形式一般为整体浇筑钢筋混凝土矩形框架结构，可设中隔墙或根据线路要求采用单跨结构，隧道出地面后为钢筋混凝土U形槽结构。顶板上可敷设城市地下管网和设施。
明挖法施工作业相对简单，施工工期短，造价相对较低，但施工对周边环境、地下管线和交通的影响较大。在地质条件较差、隧道埋深较深的情况下，明挖施工时，基坑围护的工程量大，此时明挖施工的综合造价较高。
（2）浅埋暗挖法。
采用浅埋暗挖法修建的区间隧道一般为单跨拱形。当区间隧道存在渡线时，也可以采用连拱隧道。
（3）盾构法。
盾构法是在盾构机壳体保护下，依靠其前部的刀盘或挖掘机开挖地层，并在盾构机壳体内完成出渣、管片拼装、推进等工作。采用盾构法修建的隧道一般为单圆或多圆隧道。目前国内采用较多的是单圆盾构隧道，如上海、广州、南京、深圳等地的地铁区间隧道。上海轨道交通8号线采用了双圆盾构隧道，如图2.11所示。
图2.11 双圆盾构隧道结构图（单位：mm）
盾构衬砌类型一般有单层装配式衬砌、双层装配式衬砌和挤压式混凝土衬砌等。单层装配式衬砌具有施工工艺单一、操作简单、施工周期短、工程投资小、质量容易保证等特点，同时也能满足刚度、变形控制及防水的要求。因此，根据国内地铁工程施工经验，一般采用钢筋混凝土管片单层装配式衬砌。
5.地下车站结构
地下车站通常包含站台区、设备区和客流集散区，建筑空间比较大。一般根据不同的施工方法，地下车站可以采用不同的结构形式。例如，以围护结构为临时支护主体的明挖法和盖挖法等方法施作的地下车站常采用矩形框架结构；以浅埋暗挖法施工的地下车站常采用拱形结构；以洞桩法施工的地下车站常采用大跨度或小间距的连拱结构。地下车站的结构形式与选择的施工方法密切相关。
1）矩形框架结构
明挖法施工的地下车站主体结构一般为长条形多层、多跨框架结构，地下两层、地下三层单柱或双柱的框架结构形式，当建筑使用功能上有特殊要求时，车站有时需要局部加宽，采用三柱四跨，甚至四柱五跨结构形式。
2）拱形结构
拱形地铁车站一般采用暗挖法施工，也有采用盾构法施工的。拱形地铁车站根据线路、建筑使用功能、现场的地质条件和施工方法的不同，可以采用地下单层或者两层的结构，其拱形可以采用单拱式、双拱式或者三拱式结构，双拱式或三拱式结构既可以采用连拱的结构形式，也可以采用小间距拱的结构形式。
国内外暗挖地铁车站方案根据工程地质条件的不同主要有以下几种类型。
（1）大跨度双层单拱结构。
此种结构适用于大块状结构完整的花岗岩或侏罗系砂岩等地层，如重庆轻轨交通朝沙线某单拱地下站的初步设计方案，采用了大跨度双层单拱方案（见图2.12），北京地铁蒲黄榆站也采用了双层单拱结构。
图2.12 大跨度双层单拱结构图（单位：mm）
（2）单层双连拱结构。
德国柏林广场地铁站、广州地铁3号线林和西地铁站、北京市北新桥地铁站、美国纽约地铁站等都采用了单层双连拱方案，施工方法均采用浅埋暗挖法。
（3）单层三连拱结构。
图2.13为哈尔滨轨道交通一期工程中结合既有的“7381”人防车站结构改造的单层三连拱车站结构形式。
（4）双层双连拱结构。
在深圳地铁设计方案中，部分车站采用了如图2.14所示的双层双连拱结构，施工方法采用浅埋暗挖法。
图2.13 哈尔滨单层三连拱车站结构图（单位：mm）
图2.14 深圳双层双连拱车站结构图（单位：mm）
（5）双层三连拱结构。
北京地铁1号线的西单、天安门、王府井、东单等站采用的是双层三连拱结构，采用浅埋暗挖法施工。
（6）分离式结构。
采用这种结构建成的地铁车站主要有广州地铁越秀公园站，南京地铁1号线南京站，北京地铁10号线呼家楼站、光华北路站等。