3.3.1 城市轨道交通车站综合枢纽的结构特点
城市轨道交通车站的施工形式有很多种，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工，但当对城市生活干扰大，其应用受到各种因素的限制，尤其是当地面交通和环境不允许时，一般采用盖挖法或新奥法施工。对于多层多跨的城市轨道交通车站综合枢纽来说，其所处的建筑环境一般极其复杂，而盖挖逆作法结合了盖挖法和逆作法的特点，因此一般作为首选。下面主要针对盖挖逆作地铁车站，对城市轨道交通车站综合枢纽的结构特点进行研究。
1）永久性结构是位于地下的多层多跨矩形钢筋混凝土框架结构
就结构类型而言，盖挖逆作法施工的地铁车站由于其功能多样、结构复杂而又庞大，且处于地下，施工中采用明作而非暗作，因此其结构形式主要采用就地模筑矩形钢筋混凝土框架结构形式。就分部而言，其结构顶板常兼作地上道路的基础或作为地面建筑的地板；侧墙多为复合式构造，由基坑护壁和侧墙内衬组合而成；为尽早恢复地面交通，顶板暂时支承在基坑两侧的护壁及中间的临时立柱上；顶板、楼板、底板均作为永久性横向支撑。基础形式主要取决于地层条件及基坑护壁和中间立柱类型。
2）基坑的围护结构不仅起着临时护壁的作用，而且起着支承顶板（承受竖向荷载）和作为侧墙的一部分（承受水平压力）的永久作用
要保证围护结构同时具有临时护壁和永久承载的双重作用，就必须使之既具有一定的横向稳定性，又有一定的竖向承载能力，而且这种双重作用必须在施工的全过程提供。因此，围护结构的结构形式和尺寸、基础形式和尺寸的选择，尤其是入土深浅的确定非常重要。而且同时要考虑到，围护结构若想具有防水抗渗作用，就必须具有一定的连续性和密实不透水性能。
常用的围护结构有地下连续墙和机械钻孔灌注桩两种类型，也有人工挖孔灌注桩、打入钢板或钢管桩。
（1）地下连续墙。
地下连续墙是在各种含水土质地层中使用越来越多的深基坑围护结构形式。
因地下连续墙的整体性、连续性和密实性较好，其临时护壁作用、永久承载作用和防水抗渗作用都优于其他形式的围护结构。因此，在盖挖逆作法施工的地铁车站等工程中，一般都首选地下连续墙作为深基坑围护结构。
（2）机械钻孔灌注桩。
机械钻孔灌注桩是在各种含水地层中使用最多的深基坑围护结构形式或基础形式，它又分为湿作业钻孔灌注桩和干作业钻孔灌注桩两种。湿作业钻孔灌注桩多用在各种含水松散或软弱地层中；干作业钻孔灌注桩多用在无水土质地层中。
钻孔灌注桩单桩横向稳定能力和竖向承载能力均较大，在这种情况下，钻孔灌注桩伸入底板以下的部分就是桩基础，其入土深度必须通过横向稳定能力和竖向承载能力的验算来确定。当不便加长桩长或需要缩短桩长时，还可以视地层条件改用扩底桩并设置临时横撑，以进一步提高其承载能力并保持其横向稳定性。
（3）人工挖孔灌注桩。
人工挖孔灌注桩主要用在无水松散地层中的基坑护壁，且其护壁深度不会太深。在这种情况下，为减少基坑护壁的入土深度，其基础常采用条形扩大基础，并通过竖井用小导坑法施作。此时基坑护壁入土深度较浅，其下端抵抗水平压力的能力不足，因此，在开挖最下一层土和灌注底板前，必须设置临时横撑，以加强基坑护壁的横向稳定性。这种基础形式和施工方法最早见于慕尼黑地铁，我国北京地铁天安门东站就采用了这种基础形式。
除地下连续墙外，其他几种排桩形式的围护结构整体性较差，要达到排桩的整体效应，需采取特殊的连接措施。排桩本身不连续或连接不好，因此其防水性能均较差，必要时需采取适当的辅助工法（如深层搅拌桩或高压注浆）。
3）中间临时立柱的设置
中间临时立柱的设置是结构体系受力转换的必要过程，这一点是逆作法区别于顺作法的重要特征。这种区别表现在两个方面。
（1）中间永久立柱的位置偏差、尺寸大小、形状和垂直度均要求较高，采用一般的人工挖孔灌注桩或机械钻孔灌注桩及其施工方法，不能达到要求，而且立柱与梁的节点也难以施作。因此，必须增加过渡措施，即先设置中间临时立柱作为过渡支撑，待挖除土方后再施作中间永久立柱。
（2）临时立柱的结构类型、设置位置及其与永久立柱的替换过程，对结构体系受力转换有着重要影响。因此，必须保证临时立柱和永久立柱在整个施工及替换过程中，都能与侧墙共同、有效、简捷、安全地传递竖向荷载。
4）临时立柱的设置位置
临时立柱的设置位置不仅影响土方挖运，更重要的是影响临时立柱和永久立柱的结构类型选择及替换。
临时立柱的设置位置有两种：侧位临时立柱和原位临时立柱。
（1）侧位临时立柱单独设置在永久立柱的两侧，临时立柱与永久立柱各自独立施作。这种设置方式在早期的盖挖逆作法中使用较多，现已较少采用。
侧位临时立柱的优点：立柱的布置和选型不受永久立柱的制约，可以根据临时立柱的承载能力灵活地调整其类型、间距和数量；侧位临时立柱的施工精度要求较低，一般施工技术水平容易达到。其缺点是侧位临时立柱的数量较多，立柱间距较小，给土方运挖作业带来一些困难；在施作完永久立柱后，还需拆除侧位临时立柱，增加了作业程序，而且侧位临时立柱的柱下基础因不便拆除而浪费。
（2）原位临时立柱设置在永久立柱的位置上，临时立柱是永久立柱的一部分，即永久立柱是分次施作的复合结构形式，这种设置方式在目前的盖挖逆作法中应用较多。
原位临时立柱的优点：原位临时立柱不增加立柱及柱下基础的数量，立柱间距较大，便于土方挖运；临时立柱作为永久立柱构造的一部分，不需要拆除，不增加作业程序。其缺点是原位临时立柱的位置和选型受永久立柱的制约，必须根据永久立柱的位置来确定临时立柱的位置，必须根据永久立柱的承载能力，选择和调整临时立柱的类型、尺寸；原位临时立柱的施工精度要求较高，要求施工单位具有较高的施工技术水平。
当地基的承载能力很低，而立柱的设计荷载很大且深桩施工能力有限时，可以采用侧位临时立柱和原位临时立柱的组合形式来设置中间竖向临时支撑系统。
5）中间临时立柱的结构类型应满足承受逆作荷载的全部要求
（1）逆作法在结构顶板上进行地上结构施工或地上运输，同时逐层向下施作主体结构，所以在不能直接施作中间永久立柱时，就需要先设置中间临时立柱，并由中间临时立柱承受逆作期上部结构的自重荷载和施工荷载。因此，所设中间临时立柱的承载能力必须大于逆作期上部结构的自重荷载和施工荷载（这两部分荷载之和称为逆作荷载）。
（2）临时立柱的柱身结构形式有两种：H型钢柱和钢管柱。不论是H型钢柱，还是钢管柱，均可以采用打入法施工或钻孔安装法施工。钻孔安装法又分为钻孔水下安装法和钻孔无水安装法。临时立柱的打入尤其是钻孔水下安装，是盖挖逆作法施工的关键技术之一。
在含水地层或地下水位很高的地层中，如上海地铁，多采用打入法或钻孔水下安装法施工。在无水地层或地下水位很低的地层中，如北京地铁天安门东站，则可以采用机械钻孔或人工挖竖井直接安装法施工。
（3）至于如何将中间临时立柱转变为永久立柱，对于H型钢柱，是在其外包混凝土。H型钢柱作为永久立柱的劲性钢筋，留在混凝土中而无须拆除。其特点是：它与楼板梁的连接及与柱下基础的连接都较简单；但对钢材的强度要求较高，一般需进口钢材方能满足强度和承载能力的要求。而对于钢管柱，则是在钢管柱内灌注混凝土。钢管柱的特点是：承载能力较大，其安装精度较易控制；一般钢管就能满足强度和承载能力的要求，但钢管柱与楼板梁的连接及与柱下基础的连接必须做特殊设计。
6）中间立柱的柱下基础类型的选择与地基承载能力及地下水密切相关
中间立柱的柱下基础有三种类型：条形扩大基础、钻孔灌注桩基础和打入钢管桩基础。
（1）条形扩大基础。
这种基础要求在无水地层或地下水位很低的地层条件下，先在永久立柱位置挖掘竖井，然后通过竖井在条形基础部位暗挖小隧道后施作。我国北京地铁天安门东站就采用了这种柱下基础形式和施工方法。
（2）钻孔灌注桩基础。
钻孔灌注桩基础是常用的柱下基础形式，其承载能力较大，主要适用于一般松散含水地层。钻孔灌注桩的施工技术已经比较成熟，成桩质量一般可以保证，必要时还可以视地层条件变为扩底桩，以进一步提高其承载能力。
（3）打入钢管桩基础。
打入钢管桩的承载能力很大，尤其适用于含水软弱地层。打入钢管桩的施工技术比较先进，成桩质量容易控制并易达到要求，而且其施工工艺比钻孔灌注桩简单得多。但打入钢管桩用钢量大、废弃多、造价高，打桩时的噪声和地层振动较大。
7）节点需要做特殊设计，构造必须简单，传力可靠，施工工艺简便易行
盖挖逆作法施工的地铁车站结构的关键节点有三类：侧墙与顶板、楼板、底板之间的连接节点；临时立柱与后浇梁及柱下基础的连接节点；永久立柱与先浇梁的连接节点。
（1）侧墙与顶板、楼板、地板之间的连接节点。
它必须既能传递横向荷载，又能传递竖向荷载。因此，侧墙与顶板之间的连接节点在基坑护壁为灌注桩时，多采用刚度较大的圈梁，将顶板与灌注桩连接为一体；在基坑护壁为地下连续墙时，则在墙顶上预留连接钢筋，使其与后浇顶板连成整体。侧墙与先浇楼板之间的连接节点需在上层侧墙下端预留连接钢筋，并在灌注混凝土时采用L形接头，使之与后浇侧墙连成整体。侧墙与同层地板之间的连接节点在盖挖逆作法中是同时浇筑的刚性节点。
梁板上的荷载是通过梁柱之间的连接节点传递给中间临时立柱的，因此临时立柱与后浇梁的连接节点必须保证能够有效地传递竖向压力和剪力且便于施作，H型钢或钢管作为中间临时立柱，就可以满足这个要求。因此，在采用侧位临时立柱时，一般是在临时立柱上后浇梁底下设置临时横梁；在采用原位临时立柱时，则是在临时立柱上后浇梁底下设置钢制牛腿。
（2）临时立柱与柱下基础的连接节点。
它必须能有效地传递竖向轴力，因此，在采用H型钢临时立柱时，需在临时立柱下端焊接栓钉及端板后直接插入并浇筑在柱下基础。在采用钢管混凝土临时立柱时，需在钢管混凝土临时立柱下端钻孔及设置连接钢筋后直接插入并浇筑在柱下基础。
（3）永久立柱与先浇梁的连接节点。
它必须能有效地传递竖向轴力，因此，当永久立柱为钢筋混凝土结构时，需在梁底先浇筑预浇段，并在灌注混凝土时采用V形接头，使之与先浇段连成整体。当永久立柱为钢管混凝土结构时，需在柱顶梁底设置钢制牛腿。
此外，必须注意的是，用逆作法施工的各节点的混凝土施工缝，由于下部混凝土硬化过程中的收缩和各部分不均匀沉降的影响，不可避免地要出现裂缝，将对结构强度、刚度、防水性和耐久性产生不利影响。因此，除必须采用增加混凝土黏结力的节点构造形式外，还必须采用特殊填充材料等处理技术。
8）边、中桩的不均匀沉降对结构体系的强度、刚度、稳定性、防水性和耐久性的影响比较严重
顺作法施工的结构都是按自下而上的顺序施作的，荷载也是按顺序增加的，因此其结构的整体性和受力状态都比较好。
但在逆作法施工中，由于基坑开挖和结构形成是自上而下逐层进行的，当下层土体被挖除时，上层结构的受力状态就发生改变，加之增加了临时立柱与永久立柱的替换过程以及逆作混凝土的节点，更加剧了受力状态的改变。这种受力状态的多次改变，必将使结构体系的强度、刚度、稳定性、防水性和耐久性受到较严重的影响。
因此必须根据上部框架结构抵抗不均匀沉降的能力、节点连接的精度要求以及基坑开挖、结构施作程序，着重选择合适的边、中桩及其基础结构类型，并尽可能地准确验算。同时要求在施工中及时调整，并严格控制边、中桩的绝对沉降量及差异沉降量。差异沉降量的控制是地铁车站盖挖逆作法的关键技术。
9）侧墙部分的防水层多设置在基坑护壁与侧墙内衬之间
若采用地下连续墙作为基坑护壁，因墙面比较平整，便于铺设防水层，加上连续墙混凝土本身就具有一定的防水能力，墙段之间采用十字形钢板接头，既抗剪又抗渗，因而防水性能较好。而以挖孔灌注桩或钻孔灌注桩作为基坑护壁时，桩间空隙较大，护壁面又不平整，不便于铺设防水层，因而防水性能较差。这种状况与地层条件及防水要求刚好相反。虽然，目前的施工技术基本上能够满足防水要求，但侧墙部分的防水设计和施工技术问题仍需进一步深入研究，并在施工中予以足够重视。