江南水网地区邻近既有高铁枢纽综合体基坑群设计方法研究

邵金雁 梁栋辉 赵磊

摘要 文章研究了江南水网软土基坑邻近高铁的基坑群设计方法，结合地质条件、周边环境及枢纽地下室功能，分析计算结果及后期实测数据，辅助槽壁加固、桩基托换、地基处理等措施，提出合理加固范围及加固工艺，布置合理的监测范围及方案，确保基坑安全实施，总结了类似基坑群围护结构刚度的选取和基坑群分坑数量及分坑开挖的顺序。

关键词 江南水网；邻近高铁；基坑群设计

中图分类号 TU753文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0099-03

0 引言

我国高速铁路在经历多年快速发展后，以TOD为导向的枢纽综合开发是应对高铁枢纽更新改造、集约利用土地、促进站城融合的重要途径。常规更新改造的高铁枢纽综合体基坑设计，具有环境复杂、既有高铁设施保护要求高、新建工程地下空间超大超深等特点，特别是江南水网地区，此类基坑的设计难度尤为复杂，该文结合实际工程，对此类基坑群的设计方法进行了探索。

TOD空间特点：TOD以公共交通为导向，其特点在于大容量的公共交通、多功能的使用空间、集约型的地下空间综合利用。

江南区域地质特点：江南区域属湖沼相沉积平原地貌单元，上部为淤泥质软土层，在动力作用下土体结构较易破坏。

1 工程概况

1.1 周边环境

绍兴高铁北站TOD综合项目A地块位于高铁绍兴北站站前区，北邻高铁站房，南为50 m宽的六级航道，东接车站东路，西贴杭绍台高速，场地呈狭长不规则形，总用地面积约12.4 hm2，项目效果图如图1所示。基坑距运营栈桥约50 m，距运营站房约9 m。

1.2 地质条件概况

经勘察得知，在埋深92 m深度范围内，地基土主要为海湾～河流（陆）相沉积物和下伏白垩纪基岩。基坑范围内主要以浅层的杂填土、砂土为主，中部以淤泥质土、粉质黏土为主，底部主要为粉砂和凝灰质砂岩层。

2 关键问题及方法研究

2.1 环境、重难点特点分析

地下工程包含两条地铁车站、枢纽及开发车库、地下环隧等功能，如图2所示。结构深浅坑错落，结构形状不规则。基坑总面积88 000 m2，深度14～21 m，共划分11个基坑群。南侧邻近50 m宽的嘉惠江，主要地层为淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土。

（1）综合体的开发邻近高铁保护区域，铁路部门对运营线的变形控制标准高，涉铁项目审批严格。有效控制基坑变形，保护运营线安全，减少对高铁的影响至关重要[1]。

（2）高铁站区域内既有地下停车库、公交长途站房及商业配套设施，新建工程需要破除既有的结构、桩基础、围护结构等障碍物，此部分清障决定了地下围护结构施工的成败。

（3）江南水乡区域的水网发达，水系联系度高，地下水位高，高铁保护范围内也禁止降水作业，地下水的处理是基坑设计的关键。

（4）区域地质主要的淤泥质粉质黏土，土质性能差，扰动后的灵敏度高，土层一旦有扰动，会造成土体强度产生不同程度的降低，造成土体抗力损失，引起基坑的变形。

2.2 基坑一般设计

浙江区域软土深基坑，21 m深度可选取800～1 000 mm地连墙，竖向支撑4道，14 m深可选取600～800 mm地连墙支护或钻孔桩支护，竖向支撑3道。基坑分坑一般根据基坑形状、深度将基坑分为较规则的形状，坑中坑同步开挖，一次性大面积开挖的桁架支撑体系较为常见。针对坑内的淤泥质土一般采用坑内的裙边加固以提高被动区抗力。

2.3 基坑核心设计

针对以上工程特点分析，整体基坑采用大刚度及分坑核心思路开展设计。靠近北站站房侧及车站端头井部位采用1.2 m厚地下连续墙，其余采用1 m及0.8 m厚地下连续墙。14.5 m地下室段设三道钢筋混凝土内支撑，轨道交通车站区域（21 m）设四道钢筋混凝土内支撑，局部两端端头井加深位置再加一道支撑。

关键设计方法：

设计对邻近站房的基坑区域进行了分坑设计，分批次开挖，控制基坑一次卸载量，以减少基坑变形保护高铁，该次设计结合地下室功能及平面位置，进行了11个分坑如图3所示，共分3批次施工[2]，第一批次基坑为ACEGJ，待结构回筑后进行二批次BDFH的施工，最后进行LK基坑三批次施工[3]。

结合环境保护和地质条件进行了以下专项加强措施：

（1）邻近站房的地连墙设计计算由1 m增大至1.2 m，增加围护刚度，并增设一排隔离桩[4]，夹心土采用MJS工法满堂加固。

（2）站房悬挑雨棚为管桩基础，摩擦型桩，设计采用了桩基托换方案，托换桩基础入岩，以防止站房的不均匀沉降[5]。

（3）为减少地连墙成槽的影响，采取了MJS槽壁加固。

（4）对淤泥质土区域的土体进行土体裙边加固，该工程采取了6 m的裙边加固。

（5）为减少振动机噪音影响，高铁保护区范围内的障碍物采用静力切割，拔除与围护结构相冲突的圍护桩及基础桩，对场地进行回填平整。

3 基坑计算及分析

3.1 周边环境受力及变形分析

（1）铁路桥桩计算。选取涉铁范围内的岩土及结构物，采用有限元计算软件对方案中的施工过程进行数值模拟，建模模型如图4所示，经过计算各工况至工程结束，铁路桥桩最大位移1.45 mm，满足控制指标2 mm要求[6]。

（2）站房管桩计算。站房管桩计算结果如图5所示。

绍兴高铁站房管桩桩型为预应力管桩，桩型为PHC-B-500（100）-40a，根据《国家建筑标准设计图集10G409-预应力混凝土管桩》，桩身受弯承载力设计值为233 kN·m，桩身受剪承载力设计值为262 kN。

3.2 自身基坑受力及变形分析

基坑邻近高铁站房一侧采用地连墙加四道混凝土支撑开挖的方案，基坑整体稳定性、抗倾覆、坑底抗隆起、墙底抗隆起及抗渗流稳定性均满足浙江省工程建设标准《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1096—2014）中安全等级一级要求。

为更好地保护高铁，邻近站房基坑变形控制要求：地表沉降控制值20 mm，围护结构变形控制值20 mm；其余基坑变形控制保护等级一级/二级：围护墙最大水平位移小于等于0.2%H/0.3%H，设计计算均满足要求。计算表明，1 200 mm地连墙基坑侧向最大位移16.2 mm，1 000 mm地连墙基坑侧向位移19.5 mm，该工程邻近高铁保护，优选刚度大的基坑支护形式。

4 实测数据及验证

结合上述分析，高铁采用自动化监测方法，监测对象主要有高铁站房竖向位移，采用支撑托架将静力水准安装固定在高鐵站房墙体上；高铁桥墩水位计竖向位移，并通过位移差计算倾斜。在基坑侧的高铁桥墩、杭绍台高架桥墩上布设小圆棱镜，采用自动全站仪周期。

站房监测控制点为东西南三个方向的U形面，面对整个基坑开挖影响面；桥墩设计按照桥墩与基坑控制距离50 m为界，50 m以内的范围进行桥桩自动化布点监测。

项目开工至今已两年，一、二批次结构施工完毕，三批次基坑正常开挖，基坑各项监测指标正常，站房桩基变形小于10 mm，高铁桥桩铁路变形小于2 mm。

5 总结

（1）该基坑设计方法可运用于软土区域邻近高铁站房区域的复杂综合体地下基坑支护设计。

（2）基坑采用分坑跳挖是非常有必要的，地连墙和高铁站房之间加设隔离桩、对站房挑檐基础进行桩基托换加固等措施后能有效控制基坑变形。

（3）基坑施工引起的杭甬铁路桥梁的承台和桥墩变形均满足规范2 mm的控制要求，高铁站房实施桩基托换后，基坑施工引起的绍兴北站基础倾斜率满足2‰的控制要求。

（4）管桩基础的抗侧向受弯能力较差，混凝土支撑增加早强剂，提高强度有利于控制基坑暴露时间，减少基坑侧向变形。

（5）邻近高铁区域采用刚度大的支护形式有利于控制基坑变形。

（6）邻近高铁侧，基坑坑底位于淤泥层的区域应进行坑底加固，该工程进行了6 m×6 m的裙边加固，有效增加了坑内侧的抗力。

（7）该工程局部坑中坑达到承压水突涌临界值，采取了局部封底加固措施，既解决了承压水问题，同时也解决了坑中坑的边坡问题。

参考文献

[1]唐新华， 李向阳， 张俊赟， 等. 复杂环境下基坑开挖工序对周边构筑物的变形影响分析[J]. 建筑结构， 2022（S1）： 2531-2535.

[2]李航， 廖少明， 汤永净， 等. 软土地层中分隔型基坑变形特性及应力路径[J]. 同济大学学报（自然科学版）， 2021（8）： 1116-1127.

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

[4]宋福贵. 深基坑开挖对邻近高铁路基变形的影响及隔离桩加固效果分析[J]. 城市轨道交通研究， 2022（6）： 112-117.

[5]王占军. 深圳福田站桩基托换施工技术[J]. 中国科技信息， 2015（9）： 104-105.

[6]杨义皊. 邻近高铁深基坑开挖坑外变形规律研究[J]. 现代城市轨道交通， 2022（5）： 54-60.

收稿日期：2023-11-02

作者简介：邵金雁（1978—），女，硕士研究生，高级工程师，从事交通及城市融合设计、交通枢纽等建筑设计领域工作。

通信作者：梁栋辉（1988—），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：枢纽TOD设计。

课题：教育部产学合作协同育人项目“基于校企合作面向大数据集成与TOD的城市交通规划课程体系改革”（22097070304613）。