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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○七年六月九日

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捷運高架車站 結構設計概要()

 劉國光  結構、土木技師

前言

10677日總統公布施行「前瞻基礎建設特別條例」,據此,「前瞻基礎建設計畫」未來四年將編列42百億元之特別預算,後續分年預算及期程,經立法院同意後,以不超過前期特別預算規模及期程繼續編列。其中,軌道建設為「前瞻基礎建設計畫」重要推動項目之一,捷運系統又為軌道建設之重點工程,預期捷運系統之設計案,未來會有增加之趨勢。相較於地下捷運系統之高額預算,高架捷運系統之規劃方向將為優先選項之一。由於高架捷運車站為一融合建築物及高架橋之特殊結構,該類結構之設計,必須先行對於建築物及高架橋之設計,皆有所著墨,方可進行高架車站之設計。

鑒於近年實際進行高架車站結構設計者,多為年輕工程師,無論建築物或高架橋之設計經驗,皆稍嫌不足,若無相關設計計算手冊之參考、或資深工程師之指導,其設計之高架車站成果,恐或有缺失。筆者從事捷運車站設計多年,特綜整高架捷運車站相關設計規範、及設計經驗,將分階段,針對捷運高架車站之結構設計進行概要說明,期許對未來進行高架車站結構設計之工程師有所助益。本文先行簡介捷運車站型式、設計規範及準則、機電系統參數等要項。

捷運車站型式

 1.捷運系統規劃初期,車站選址之考慮因素,包括:運量、重要據點(觀光景區、地標型建物、政府機構、學校、展覽場館、科學園區、台高鐵車站、客運轉運站)、車站可及性、站間距離、主要路口、道路寬度、用地取得及轉乘設施等。

 2.捷運車站依各站不同機能,可分為中間站(如台北捷運文湖線內湖站)交會站(如台北捷運板南線及文湖線交會之忠孝復興站)端點站(如台北捷運文湖線南港展覽館站)。若依車站所在空間位置,則可分為高架車站(如台北捷運文湖線及環狀線車站)地面車站(如台北捷運淡水線之竹圍站等),及地下車站(如台北捷運板南線及信義線等車站)等三種型式;而車站之月台型式,依上下行線之相對位置,可分為島式月台(如圖1)側式月台(如圖2)疊式月台 

 

高架車站島式月台示意圖

 

高架車站側式月台示意圖

 3.車站內依管制狀況,可分為公共區和非公共區。公共區即供乘客使用之區域,包括出入口、穿堂層、月台層等;非公共區則為限制乘客進入之區域,包括職員區、作業區、各類機房空間等。公共區又依付費狀況,可分為付費區及非付費區,付費區為進入收費閘門後至乘車之區域,非付費區為尚未進入收費閘門之區域。

 4.捷運交會站之轉乘,可分為站內轉乘與站外轉乘。站內轉乘為由一站之付費區內直接轉搭其他路線之轉乘方式;站外轉乘為先出一站之收費閘門後,再進入其他路線車站之收費閘門,轉搭其他路線之方式。

設計規範及準則簡介

以下為捷運高架車站結構設計時,可能引用之各類規範及準則:

(1)中華民國國家標準(CNS)

(2)中華民國交通部頒布之「捷運系統建設技術標準規範

(3)中華民國交通部頒布之「鐵路橋梁設計規範

(4)中華民國交通部頒布之「鐵路橋梁耐震設計規範

(5)中華民國內政部頒訂之「建築技術規則」

(6)中華民國內政部頒訂之「建築物耐震設計規範與解說」

(7)中華民國內政部頒訂之「建築物耐風設計規範與解說」

(8)中華民國內政部頒訂之「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範」

(9)中華民國內政部頒訂之「混凝土結構設計規範」

(10)中華民國內政部頒訂之「建築物基礎構造設計規範」

(2)項為依據「大眾捷運法」第24條之二條:「大眾捷運系統建設及車輛製造之技術規範,由中央主管機關訂定之。」之要求,所訂定之規範,以作為全國各捷運系統規劃、設計、興建與驗收之依據。

(3)(4)項為橋梁工程人員從事鐵路橋梁設計之準繩,以供設計實務應用上之依據。

(5)~(10)項為建築結構設計人員從事建築結構設計時所必須遵循之規範。

由於高架車站性質特殊,兼具建築物及鐵路橋梁之功能,至今國內並無針對高架車站之單一設計規範,故目前高架車站結構實務設計時,需同時參照建築物及鐵路橋梁相關之設計規範。

但若當上述規範並無相關設計規定時,可參考引用以下之各類規範及準則:

 1.中華民國交通部頒布之「公路橋梁設計規範」

 2.中華民國交通部頒布之「公路橋梁耐震設計規範」

 3.美國混凝土學會(American Concrete Institute, ACI)編訂之「鋼筋混凝土建築規範」(Building Code Requirements for Reinforced Concrete

 4.美國鋼結構學會(American Institute of Steel Construction, AISC)編訂之「鋼結構建築之設計、製造與施工規範」(Specifications for the Design, Fabrication and Erection of Structural Steel for Buildings)及「鋼結構建築與橋梁規範」(Code of Practice for Steel Buildings and Bridges

 5.美國銲接學會(American Welding Society, AWS)編訂之「鋼結構銲接規範」(Structural Welding Code - Steel)、「鋼筋銲接規範」(Structural Welding Code – Reinforcing Steel)及「橋梁銲接規範」(Bridge Welding Code

 6.國際規範協會(International Code Council)編訂之「國際建築規範」(International Building CodeIBC

 7.美國材料與試驗學會(American Society for Testing and Materials, ASTM

機電系統參數

捷運系統為一總稱,除了土木建築工程外,尚包含機電系統工程,兩者需作密切配合。機電系統一般包含核心機電及其他(設施)機電設施機電屬各車站運作時所需之設備系統,如給(排水)系統、空調系統、弱電系統、環控系統、消防系統、電梯電扶梯工程等;而核心機電為捷運線整體營運所需之設施系統,如車輛系統、號誌系統(含中央監控系統及月台門)、供電系統、通訊系統、自動收費系統、導電軌系統、軌道系統(另有獨立於核心機電外之分類方式)等。

為使土建設計有所依循,核心機電必須提供系統參數供土建設計之用,由於參數類型眾多且繁複,故綜整與車站設計有關之相關參數下供參考:

 1.營運系統:系統型式(鋼軌鋼輪或膠輪系統)、最小班距、列車控制、旅客逃生方式、列車最大營運速率、列車最大營運加速度、列車最大營運減速度、緊急煞車率、最大急衝度、站間步道需求及列車靜止後至步道邊之距離、儲車區兩車間距、袋狀軌空間需求等。

 2.車輛系統:車間走道、電源供應、列車單側車門數量、車門開啟後淨寬、車門開啟後淨高、軌距、爬坡能力、列車容量、列車單節車廂長度、列車編組型式、動力車廂數、單節車廂車軸數、列車長寬高、列車AW3重、車輛各類軸重(AW0AW1AW2AW3)、車輛軸距、車輛輪距、集電靴與轉向架垂直相對位置、集電靴與轉向架水平相對位置、導電軌結構與車輛最小淨距離、導電軌界面與位置、導電軌換邊、列車最大設計速率、電聯車縱向力、電聯車橫向力(離心力)、電聯車頭面積、車廂周長、主線平面線形最小半徑限制、路線最大縱坡(含道岔允許之最大坡度)及豎曲線型式與其最小半徑、車輛靜態包絡線、車輛動態包絡線、車輛淨空包絡線含軌道公差、結構界限、車站月台至緩曲線之最小距離、軌道踏面至車廂地板垂直距離、月台邊與軌道踏面垂直距離、軌道中心與月台邊之最小距離、車輛過站最大速度、車輛包絡線與月台之最小距離、電聯車開門尺寸及位置等。

 3.供電系統:軌床雜散電流收集網佈設需求、供電系統機座平整度、接地避雷及雜散電流防制對策及施作規定、濕水管與冰水管不得於供電設備上方等。

 4.軌道工程:一般道床區及高隔振無道碴之軌道踏面,與結構完成面垂直距離、伸縮縫最大寬度(一般狀況)之限制原則、軌道型式及橋面排水原則、一般道床區附加靜載重(SDL)需求、軌道系統與土建結構間之道釘孔需求、軌道系統吊掛需求、導電軌包絡線(維修空間)、相關車輛止衝檔及防撞桿之種類及尺寸等。

 5.月台門:月臺門形式、月臺於月臺門內附近之排水、緊急門尺寸及位置、端門尺寸及界面安裝需求、與結構界面安裝需求、月臺結構絕緣淨空區需求等。

 6.收費系統:自動收費設備所需面積及載重。

 7.系統安裝整合:系統機電機房地板需求、系統機電機房面積需求、系統機電機房淨高需求、高壓電纜管道間、低壓電纜管道間、月臺下方高低壓電纜架空間、月臺下方與高架橋銜接處電纜架空間、車站段橋面設備配置建議結構斷面圖、車站至月台與月台至月臺下方貓道需求、機房機電吊掛平台需求、管線開孔及設備基座位置、系統機房與濕水管界面、系統機電機房設備運送需求、系統標所需之結構預銲或預埋固定件需求、系統機電機房載重需求、軌旁電纜槽需求、設施帶需求等。

參考文獻

1.捷運系統建設技術標準規範(200612月)。交通部。

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