软土地区地铁车站基坑围护设计标准化研究

软土地区地铁车站基坑围护设计标准化研究

朱永强

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

摘要：随着城市轨道交通的运营和建设里程不断增长，对地铁车站建设的安全、技术、工期和经济要求也不断提高，因此根据软土地区地铁车站的结构形式、周边环境和设计要求，论述从设计说明、围护体系、支撑体系、立柱体系、降排水布置和监测布置模块化，并结合特性和要求细分为不同的类型，实现围护设计的标准化，确保成果的标准、规范和高效，更好地服务轨道交通建设。

关键词：地铁车站、基坑围护、标准化设计

1、引言

城市轨道交通的运量大、能耗低和速度快等优点使得其不断发展，在给出行的人民带来便利的同时也不断推动地方经济的发展。截止2022年底，我国城市轨道交通运营线路超10000公里，建设规划线路总长6675.57公里。我国现在共有51个城市有在建城市轨道交通项目，其中在建线路车站总计达3860座[1]，主要集中于广州、宁波、南京、天津和杭州等东部沿海和平原地区。我国东部沿海，平原洼地和湖盆河流地区广泛分布软土，且因其含水量高、灵敏度高、弹性模量低、抗剪强度低、透水性低和不均匀等特性，给地铁车站的建设带来挑战[2]。

因此软土地区地铁车站的建设、设计和施工是项复杂的系统工程，通常需要多专业的配合和协作，但在设计过程中会因工程经验、专业协调和设计质量等因素耗费大量时间和精力，从而影响建设周期[3-4]。本文从根据地铁车站自身的结构型式，所处的周边条件和围护设计要求等特点，论述围护设计标准化模块化路径，以加快设计工作缩短建设周期，提高设计质量并节省工程建设成本。

2、地铁车站基坑的特点

2.1 地铁车站的结构形式

地铁车站是乘客集散、中转和休息的场所，通常由站厅层和站台层组成，设计中需满足经济适用、安全舒适和美观大方的原则，因此地铁车站结构的形体简单完整，动线明朗及传力清晰。其结构形式可划分为矩形箱型车站和圆形车站，矩形箱型车站多为钢筋混凝土结构，常采用明挖法施工；圆形车站多采用盾构掘进施工，对周边环境影响较小但对盾构技术要求高。按照地铁车站在所处线路上的作用划分，包括中间站、枢纽站和换乘站，中间站是最常见且数量最多的形式，枢纽站是多种交通方式汇集的地铁车站，换乘站为两条及两条以上线路交叉的车站。地铁车站在线路上作用的不同，导致建筑结构形式也有明显的不同，但矩形箱型钢筋混凝土结构的中间站是地铁建设中最常见也最多的地铁车站形式，也是最容易实现标准化模块设计的车站。

矩形箱型钢筋混凝土结构的中间站的两侧多为端头井，供区间隧道始发和接收，中间多为标准段，一般情况多为地下两层结构，底板埋深约15.0~20.0m。根据线路特征、远期客流预测量和列车形式，中间站的尺寸大小、结构形式和平面布置相对统一，有利于实现标准化及模块化的布置。

2.2 地铁车站的周边条件

地铁车站的周边条件包括周边环境情况、工程地质条件和需保护设施状况等，周边条件的好坏也影响了围护设计的要求，但地铁车站的周边条件也具有有些的共性。

首先地铁车站的站位布置多根据线路特征、运营要求和周边环境，为满足出行便利、客流集散和城市风貌等要求，多位于城区道路汇集的区域，车站间的距离多为1.0~1.6公里。因此周边环境都比较复杂，在设计施工中需考虑保护周边设施，需确保周边道路的施工，需保证周边管线的运行。其次软土地区的地铁车站所处的工程地质也比较类似，所处的区域地质相对稳定，地貌也较为单一；所处土层多为淤泥质土、淤泥质粉质黏土和粉质黏土，其特点为含水量高、灵敏度高、弹性模量低、抗剪强度低、透水性低和不均匀等；另外软土地区所处区域的地下水位都较高。

2.2 地铁车站围护要求

软土地区的地铁车站所处周边环境复杂、土层性质较差、基坑开挖深度大等因素对围护设计施工提出较高地要求。地铁车站围护设计要求包括安全可靠、经济合理、施工便利和工期保证。安全可靠指得地铁车站所处城区周边道路、管线和设施众多，采用围护方案必须确保其安全和正常使用。经济合理指得虽然地铁车站基坑多为一级基坑，但围护多为临时性结构，因此需在确保安全前提下尽可能的经济，围护设计需从材料、设备和保护角度保证经济性。另外地铁车站的围护设计必须确保能在有限的空间范围内确保施工便利，便于施工单位开展施工组织提高效率，从而满足地铁建设工期，达到开通运营的目标。

3、围护设计标准化的策略

3.1 标准化模块划分

地铁车站的结构形体简单完整，周边条件复杂且围护设计要求高等特点，使得围护设计实现标准化模块化具有可行性。地铁车站围护设计实现标准化模块化不仅提高设计效率，一定程度上保证设计质量，对提高地铁建设进度和节约资金也会起到重要地作用。

围护设计的标准化和模块化需兼顾一定的原则，首先是完整性，其次是重复性，再者是扩容性。完整性指的是标准化产品需明确围护设计有那几部分构成，可以一定程度保证设计成果的完整性和质量。通常情况下包括设计说明、平面布置图、剖面布置图、施工步序图和节点详图等构成，平面布置图又可细化为桩位布置、地基加固、支撑布置、降水布置、监测布置和施工场布等，剖面布置图主要表达围护桩、加固、支撑和结构布置情况，节点详图包括支撑、降水井和立柱桩等构件信息。重复性是实现设计模块化的重要特性，可以减少设计的时间，一定程度上快速提高设计人员的经验实现快速上手。扩容性是指的标准化模块化场平具有一定程度的扩容，可以实现短时间的更新迭代。

结合围护设计要求、标准化和模块化的原则，地铁车站围护设计标准化模块化划分为设计说明、围护体系、支撑体系、立柱体系、降排水布置和监测布置等内容。

3.2 标准化模块设计

设计说明中设计依据、设计原则、设计标准、工程材料、构造措施、技术措施、环境监测要求、施工注意事项和重大风险源说明等内容可以实现标准化模块化，因为一段时间内上述内容相对稳定，具有一定的重复性。

围护体系的设计主要包括围护桩墙的标准化设计，可将其分为土体加固、灌注桩和地连墙，土体加固可以细化为三轴搅拌桩、高压旋喷桩、TRD加固等形式；按照挖深、周边环境和工程地质的不同，可以划分为φ800@1000桩、φ900@1100桩、φ1000@1200桩、800 mm地连墙、1000 mm地连墙和12000地连墙等形式，形成其配筋、构造和连接等节点的标准化。

支撑体系主要分为钢筋混凝土支撑、钢支撑和组合型钢模块，按照尺寸和轴力的不同分成不同的模块，可以有800×800砼撑、800×900砼撑、1000×11000砼撑、φ609钢撑、φ800钢撑和WA400组合型钢支撑等类型，同时模块化冠梁、构造、预埋件和配筋的节点。立柱体系指的立柱桩的设计，可以按照直径尺寸细化不同的类型，确保满足支撑和车站抗拔的要求。

降排水布置包括降水井和排水沟的设置，降水井可细化潜水降水井、减压井和封井步骤的模块，排水沟主要是指的排水沟构造节点，从而实现降排水的标准化。监测布置主要是对设计图例说明、布置间距和断面布置实现标准化模块化。

4、结语

城市发展的进程对城市轨道交通的建设、设计和运营要求也越来越高，但要求设计对安全、技术、工期和经济性的把控的核心内容是不变的，因此实现地铁车站围护设计的标准化可以有利保障其建设和可持续发展。

软土地区地铁车站的围护标准化应根据结构形式、周边环境和设计要求开展，可以划分设计说明、围护体系、支撑体系和监测布置等模块，结合特性和要求细分为不同的类型，设计过程中不断组合和区分。这也要求了标准化和模块化的设计也不是一成不变的，设计中应根据轨道交通类型、施工技术和保护要求不断总结，与时俱进的进行标准化和模块化工作，才可以更好的为轨道交通建设服务。

参考文献

[1]中国城市轨道交通协会.城市轨道交通2022年度统计和分析报告[J].城市轨道交通, 2023(4):13-15.

[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, 49(8):12.

[3]张素燕,秦国栋,陈燕申.我国城市轨道交通的标准化[J].城市轨道交通研究, 2012, 15(8):4.

[4]王永宁,刘志义.城市轨道交通建设的标准化问题[J].城市轨道交通研究, 2000.

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