江南水網地區鄰近既有高鐵樞紐綜合體基坑群設計方法研究

邵金雁 梁棟輝 趙磊

摘要 文章研究了江南水網軟土基坑鄰近高鐵的基坑群設計方法，結合地質條件、周邊環境及樞紐地下室功能，分析計算結果及后期實測數據，輔助槽壁加固、樁基托換、地基處理等措施，提出合理加固范圍及加固工藝，布置合理的監測范圍及方案，確保基坑安全實施，總結了類似基坑群圍護結構剛度的選取和基坑群分坑數量及分坑開挖的順序。

關鍵詞 江南水網；鄰近高鐵；基坑群設計

中圖分類號 TU753文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0099-03

0 引言

我國高速鐵路在經歷多年快速發展后，以TOD為導向的樞紐綜合開發是應對高鐵樞紐更新改造、集約利用土地、促進站城融合的重要途徑。常規更新改造的高鐵樞紐綜合體基坑設計，具有環境復雜、既有高鐵設施保護要求高、新建工程地下空間超大超深等特點，特別是江南水網地區，此類基坑的設計難度尤為復雜，該文結合實際工程，對此類基坑群的設計方法進行了探索。

TOD空間特點：TOD以公共交通為導向，其特點在于大容量的公共交通、多功能的使用空間、集約型的地下空間綜合利用。

江南區域地質特點：江南區域屬湖沼相沉積平原地貌單元，上部為淤泥質軟土層，在動力作用下土體結構較易破壞。

1 工程概況

1.1 周邊環境

紹興高鐵北站TOD綜合項目A地塊位于高鐵紹興北站站前區，北鄰高鐵站房，南為50 m寬的六級航道，東接車站東路，西貼杭紹臺高速，場地呈狹長不規則形，總用地面積約12.4 hm2，項目效果圖如圖1所示。基坑距運營棧橋約50 m，距運營站房約9 m。

1.2 地質條件概況

經勘察得知，在埋深92 m深度范圍內，地基土主要為海灣～河流（陸）相沉積物和下伏白堊紀基巖。基坑范圍內主要以淺層的雜填土、砂土為主，中部以淤泥質土、粉質黏土為主，底部主要為粉砂和凝灰質砂巖層。

2 關鍵問題及方法研究

2.1 環境、重難點特點分析

地下工程包含兩條地鐵車站、樞紐及開發車庫、地下環隧等功能，如圖2所示。結構深淺坑錯落，結構形狀不規則。基坑總面積88 000 m2，深度14～21 m，共劃分11個基坑群。南側鄰近50 m寬的嘉惠江，主要地層為淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土。

（1）綜合體的開發鄰近高鐵保護區域，鐵路部門對運營線的變形控制標準高，涉鐵項目審批嚴格。有效控制基坑變形，保護運營線安全，減少對高鐵的影響至關重要[1]。

（2）高鐵站區域內既有地下停車庫、公交長途站房及商業配套設施，新建工程需要破除既有的結構、樁基礎、圍護結構等障礙物，此部分清障決定了地下圍護結構施工的成敗。

（3）江南水鄉區域的水網發達，水系聯系度高，地下水位高，高鐵保護范圍內也禁止降水作業，地下水的處理是基坑設計的關鍵。

（4）區域地質主要的淤泥質粉質黏土，土質性能差，擾動后的靈敏度高，土層一旦有擾動，會造成土體強度產生不同程度的降低，造成土體抗力損失，引起基坑的變形。

2.2 基坑一般設計

浙江區域軟土深基坑，21 m深度可選取800～1 000 mm地連墻，豎向支撐4道，14 m深可選取600～800 mm地連墻支護或鉆孔樁支護，豎向支撐3道。基坑分坑一般根據基坑形狀、深度將基坑分為較規則的形狀，坑中坑同步開挖，一次性大面積開挖的桁架支撐體系較為常見。針對坑內的淤泥質土一般采用坑內的裙邊加固以提高被動區抗力。

2.3 基坑核心設計

針對以上工程特點分析，整體基坑采用大剛度及分坑核心思路開展設計。靠近北站站房側及車站端頭井部位采用1.2 m厚地下連續墻，其余采用1 m及0.8 m厚地下連續墻。14.5 m地下室段設三道鋼筋混凝土內支撐，軌道交通車站區域（21 m）設四道鋼筋混凝土內支撐，局部兩端端頭井加深位置再加一道支撐。

關鍵設計方法：

設計對鄰近站房的基坑區域進行了分坑設計，分批次開挖，控制基坑一次卸載量，以減少基坑變形保護高鐵，該次設計結合地下室功能及平面位置，進行了11個分坑如圖3所示，共分3批次施工[2]，第一批次基坑為ACEGJ，待結構回筑后進行二批次BDFH的施工，最后進行LK基坑三批次施工[3]。

結合環境保護和地質條件進行了以下專項加強措施：

（1）鄰近站房的地連墻設計計算由1 m增大至1.2 m，增加圍護剛度，并增設一排隔離樁[4]，夾心土采用MJS工法滿堂加固。

（2）站房懸挑雨棚為管樁基礎，摩擦型樁，設計采用了樁基托換方案，托換樁基礎入巖，以防止站房的不均勻沉降[5]。

（3）為減少地連墻成槽的影響，采取了MJS槽壁加固。

（4）對淤泥質土區域的土體進行土體裙邊加固，該工程采取了6 m的裙邊加固。

（5）為減少振動機噪音影響，高鐵保護區范圍內的障礙物采用靜力切割，拔除與圍護結構相沖突的圍護樁及基礎樁，對場地進行回填平整。

3 基坑計算及分析

3.1 周邊環境受力及變形分析

（1）鐵路橋樁計算。選取涉鐵范圍內的巖土及結構物，采用有限元計算軟件對方案中的施工過程進行數值模擬，建模模型如圖4所示，經過計算各工況至工程結束，鐵路橋樁最大位移1.45 mm，滿足控制指標2 mm要求[6]。

（2）站房管樁計算。站房管樁計算結果如圖5所示。

紹興高鐵站房管樁樁型為預應力管樁，樁型為PHC-B-500（100）-40a，根據《國家建筑標準設計圖集10G409-預應力混凝土管樁》，樁身受彎承載力設計值為233 kN·m，樁身受剪承載力設計值為262 kN。

3.2 自身基坑受力及變形分析

基坑鄰近高鐵站房一側采用地連墻加四道混凝土支撐開挖的方案，基坑整體穩定性、抗傾覆、坑底抗隆起、墻底抗隆起及抗滲流穩定性均滿足浙江省工程建設標準《建筑基坑工程技術規程》（DB33/T1096—2014）中安全等級一級要求。

為更好地保護高鐵，鄰近站房基坑變形控制要求：地表沉降控制值20 mm，圍護結構變形控制值20 mm；其余基坑變形控制保護等級一級/二級：圍護墻最大水平位移小于等于0.2%H/0.3%H，設計計算均滿足要求。計算表明，1 200 mm地連墻基坑側向最大位移16.2 mm，1 000 mm地連墻基坑側向位移19.5 mm，該工程鄰近高鐵保護，優選剛度大的基坑支護形式。

4 實測數據及驗證

結合上述分析，高鐵采用自動化監測方法，監測對象主要有高鐵站房豎向位移，采用支撐托架將靜力水準安裝固定在高鐵站房墻體上；高鐵橋墩水位計豎向位移，并通過位移差計算傾斜。在基坑側的高鐵橋墩、杭紹臺高架橋墩上布設小圓棱鏡，采用自動全站儀周期。

站房監測控制點為東西南三個方向的U形面，面對整個基坑開挖影響面；橋墩設計按照橋墩與基坑控制距離50 m為界，50 m以內的范圍進行橋樁自動化布點監測。

項目開工至今已兩年，一、二批次結構施工完畢，三批次基坑正常開挖，基坑各項監測指標正常，站房樁基變形小于10 mm，高鐵橋樁鐵路變形小于2 mm。

5 總結

（1）該基坑設計方法可運用于軟土區域鄰近高鐵站房區域的復雜綜合體地下基坑支護設計。

（2）基坑采用分坑跳挖是非常有必要的，地連墻和高鐵站房之間加設隔離樁、對站房挑檐基礎進行樁基托換加固等措施后能有效控制基坑變形。

（3）基坑施工引起的杭甬鐵路橋梁的承臺和橋墩變形均滿足規范2 mm的控制要求，高鐵站房實施樁基托換后，基坑施工引起的紹興北站基礎傾斜率滿足2‰的控制要求。

（4）管樁基礎的抗側向受彎能力較差，混凝土支撐增加早強劑，提高強度有利于控制基坑暴露時間，減少基坑側向變形。

（5）鄰近高鐵區域采用剛度大的支護形式有利于控制基坑變形。

（6）鄰近高鐵側，基坑坑底位于淤泥層的區域應進行坑底加固，該工程進行了6 m×6 m的裙邊加固，有效增加了坑內側的抗力。

（7）該工程局部坑中坑達到承壓水突涌臨界值，采取了局部封底加固措施，既解決了承壓水問題，同時也解決了坑中坑的邊坡問題。

參考文獻

[1]唐新華， 李向陽， 張俊赟， 等. 復雜環境下基坑開挖工序對周邊構筑物的變形影響分析[J]. 建筑結構， 2022（S1）： 2531-2535.

[2]李航， 廖少明， 湯永凈， 等. 軟土地層中分隔型基坑變形特性及應力路徑[J]. 同濟大學學報（自然科學版）， 2021（8）： 1116-1127.

[3]馬輝. 分坑施工法在大型深基坑施工中的應用研究[J]. 建筑施工， 2016（5）： 546-548.

[4]宋福貴. 深基坑開挖對鄰近高鐵路基變形的影響及隔離樁加固效果分析[J]. 城市軌道交通研究， 2022（6）： 112-117.

[5]王占軍. 深圳福田站樁基托換施工技術[J]. 中國科技信息， 2015（9）： 104-105.

[6]楊義皊. 鄰近高鐵深基坑開挖坑外變形規律研究[J]. 現代城市軌道交通， 2022（5）： 54-60.

收稿日期：2023-11-02

作者簡介：邵金雁（1978—），女，碩士研究生，高級工程師，從事交通及城市融合設計、交通樞紐等建筑設計領域工作。

通信作者：梁棟輝（1988—），男，碩士研究生，高級工程師，研究方向：樞紐TOD設計。

課題：教育部產學合作協同育人項目“基于校企合作面向大數據集成與TOD的城市交通規劃課程體系改革”（22097070304613）。