相约西安站，筑梦北广场——西安火车站北广场基坑设计那些事

郭东欣

　　辛丑除夕，临近午夜，牛年的钟声即将响起，至此辞旧迎新时刻，思绪万千，想起了去年的庚子除夕、想起了不平凡的庚子年……

说起西安人的城墙，那在全国是杠杠地！👍👍👍但是说起西安人的火车站🚉那是酸酸地。😓😓😓

1934年12月20日，一辆蒸气火车开到西安，汽笛声在古城回荡。这一年，火车已经发明120年，火车引进中国也有整整70个年头。这一年，古城总算进入了火车时代，拉开了现代化发展序幕。

第二年，也就是1935年6月1日，西安火车站正式启用。这是当年的西安火车站建筑，大屋顶宫廷式高挑房檐，精致的民国建筑风格。从1931年规划建设国民政府用了四年时间，其助推因素是日本侵华战争，国府决定洛阳为行都、西安做为战时陪都，“陇海铁路准备展筑至西安”（当年铁路已修到潼关）。

火车站的设计理念就是简单的平面布局，火车站候车厅建在铁道站台南边，城墙东北角护城河外。

　　而同期的沈阳火车站已运行三十年，经几次改造，于1934年6月至1935年2月建成第四站台，连通地下出站通道，并建成横跨一至四站台的高架候车室。《沈阳市志》p663。

　　1984年西安民国老火车站拆除，1985年西安新火车客站建成。但依旧是平面设计理念，只是把候车厅加大加高。而1987年我国第一座高架跨线式新型客站投入运行。（是上海站确切说是新中国第一座🤗）

很显然，西安火车站落 伍了！落伍的是设计理念！

近些年，高铁发展迅速，高铁站的设计理念颇具现代思想，各种交通立体无缝对接成潮流，由此也引导着旧的铁路客运站改建设计。火车站在各地都是城市的门面，不出火车站就能坐上地铁，要不你都不好意思说你是一线城市！🤗同为副省级城市的长春还处在经济塌陷的东北多年前就把地铁站和火车站地下通道连在了一起。经济总量远大于长春的国际大都市西安在火车站却坐不上地铁？！😡而东边的郑州火车站西广场2012年已改造完成，东西两广场均可进站高架候车。回看西安火车站北面狭窄的自强路，确实让人汗颜。😓😓😓

所以，改建西安火车站势在必行！！！

改建西安火车站说着容易做着难！长春、郑州历史不过百年，而号称十三朝古都的西安最不缺的就是文物，火车站恰巧就坐落在大明宫遗址内，当年国民政府建设火车站时就发现不少文物。如今文保是工程首先面对的问题。

火车站南临古城墙，北临大明宫，要实现火车站和公路地铁无缝对接换乘，必须有布置设施的空间，离建筑红线二三十米远的大明宫丹凤门当年威仪天下，如今的丹凤门虽是复制品但它周围的视野必须确保其独享“高傲”尊贵，因此不可能用高架解决公路交通换乘问题。改造后的火车站北广场只能是开阔的、草坪式的广场，所有设施不能“上天”只能“入地”！加上有两条地铁线在此交汇换乘，地下空间的深度已超过三十米。也就是说要在大明宫丹凤门遗址博物馆前挖个三十米深的大坑，以确保整个西安火车站站改工程的施工。

这个坑近一公里长，一百二十米宽，最深处有三十一米，出土方量大致一百万方，整个工程造价原概算60亿人民币，但工期紧只有十八个月的时间。从正式确定施工单位开始，给我们设计单位几乎没有设计思考论证的时间，设计团队压力山大。😓😓😓那么，火车站北广场基坑设计的难点在哪里？

　　首先了解一下火车站周边的地质情况。火车站的地层说也简单，无非是西北的黄土，所谓“黄天厚土”。不过这地的厚土并不厚，但却有点“软”！😜在地下水位附近有层黄土软的像流泥，施工时有时候回“流动”，因而回引起周边地面及建筑物变形。😜😜另外是地下水。火车站周边地下水位在地下六米左右，开挖三十米的坑必须抽水，而抽水同样会引起地表的不均匀沉降，地表产生裂缝，这地儿是担心文物的破坏。其实要求更苛刻。😜😜😜

基坑设计首先要确保文物的安全，下来才是工期，造价，可行性。

再说说火车站周边的环境。首先是原来有条地铁四号线，在基坑的东南角，四号线离基坑最近的地方只有十一米！！！开挖施工要保证原来地铁隧道不变形，不上浮，也不敢含糊！😡😡😡

南边是运行的陇海线、火车站，北边地上是大明宫丹凤门，地下是条大直径水泥污水管线。场地东南角还有一天地裂缝。地裂缝的水文情况不详，据说修地铁四号线时竖井里扔了几台大泵抽水！🙄

按计划我们做了个专门抽水实验方案，以了解场地的水文地质情况，但事情有变就像当时七月的天气，变幻无常。就在进场做实验的关键时候，场地内有重大文物发现，实验被迫叫停。😢😢一拖就是三个月，总包单位意外换人，想做也来不及了，基坑设计对水的认知也成了“摸着石头过河”。😓😓

　　整个方案归根结底，是把整个工地“大坑”安全围起来，能把一百万方的土挖走，能在里面安全施工。🤗怎么挖？怎么围？是设计核心。要达到此目的，各种可行的施工工艺是保障，有句话“拼工艺就是拼设备”。复杂的工程就是各种工艺的博览会，火车站北广场即是如此。

首先用什么工艺“围”？要求“围”的滴水不漏，”围”的经济，“围”的快。这个“围”专业叫止水帷幕，西安常用的做法是旋喷桩，就是通过高压旋喷将水泥搅拌到土里待凝固后水泥土起到隔水作用。它的工艺特点是一根桩一根桩进行作业，大面积难免有纰漏，工期效率自然也低。而近些年在南方软土地区，有种工艺叫三轴或者五轴搅拌桩，一次成桩长度可达两米多，效率是旋喷桩的几倍，密封效果也好于旋喷桩。但大面积在西安地区没人用过！🤗施工单位不愿冒险吃这个“螃蟹”，而我们设计团队坚持选用三轴工艺不变！🙄🙄我们的底气来自对三轴工艺的了解，对方提出西安黄土土质坚硬不便施工，担心有点多余，钻具施工参数可以调整，综合比较三轴是首选。最终使用结果多方满意，工期提前三个月，综合成本也低于旋喷工艺，隔水效果更是让人赞叹可谓滴水不漏。👍👍👍

说起新工艺的运用，还有“拉有SMW工法。SMW工法、拉森桩起源于日本🇯🇵，多运用于上海等我国南方地区。它的最大好处是环保经济，钢材可回收。以往的基坑支护桩都是钢筋混凝土，基坑回填以后地下的钢筋没法回收。SMW工法是将型钢插入三轴施工后的灰土中，待基坑回填后再将型钢拔出，型钢可以重复利用。同样选型拉森桩，施工单位有“疑虑”，担心二十多米的型钢能拔出来吗？担心缘于对新工艺的认知不足，实际上南方软土地区SMW工法反倒不容易拔出来，原因是土软其侧向阻力较大，而西北黄土土质坚硬，其侧向阻力反倒小于南方软土，所以SMW工法在北广场工地应用成功，真正实现经济环保双收益。👍👍👍拉森桩的应用也是同样的道理。

　　基坑支护追求的是“简单节约”，过度支护一则成本太大，二则不利于坑内施工。保险的模式是内支撑形式，但内支撑形式会占用基坑内大量空间给施工带来麻烦。能赶工期又经济的形式是与之对应的桩锚结构，但桩锚结构有一定的使用条件，比如锚索能有地方打，打了还要有强度，因此有些地方打不成锚索，北广场周边条件复杂，这就有了北广场基坑多种支护形式的出现：门架结构围护北侧大直径水泥管道；东北侧阶梯式支护结构；复杂中部水泥内支撑与锚索相结合形式；地铁四号线上部抗拔设计等多种形式。可以说是各种工艺一应俱全，旋挖设备，三轴搅拌，五轴搅拌，SMW工法，拉森桩，旋喷锚索，跟管钻进等等等等。😊😊😊

　　这么多的施工工艺和支护形式，揉在一起还是需要技术含量的，🤗有些问题当时能思考清楚，有些问题事后才有时间去思考，去做科研。1.整个围护结构止水效果非常理想，地下水除去降雨自然波动外几乎没有因为基坑内抽水（疏干降水”），而下降，因而施工降水对周边文物、建筑物的影响几乎为零！👍这是出乎意料的成绩。随之问题来了，按以前掌握的周边水文地质资料，地下水含水量大，黄土地层的渗透系数每天也要13米，坑内抽水坑外“纹丝不动”，真是神了，🙄一定另有原因！即地层水平渗透能力和垂直方向渗透能力（系数）差异变化大，某种程度上讲可能有一层相对隔水层存在。这是其中一种推测，还有一种推测是基坑的北侧也即丹凤门北侧有一道相对隔水作用的地裂缝存在。这都需要去验证做工作。😄

　　.2，拉森桩、三轴搅拌桩进场施工效果不错，也该总结一下经验。拉森桩的关键问题是回收型钢，插的太深拔着困难。南方软土地区地层土质松软侧向阻力大，基坑会有一定量的变形，做为主要抗侧作用的型钢可能会有一定的弯曲变形，如此一来，拔出400的型钢就有困难。而西安地区的黄土土质坚硬，型钢受到的侧向阻力相对较小，型钢变形相对也小，所以同样深度的拉森桩容易拔出，这样也意味着在西安地区拉森桩的施工深度可以增加，这需要数据、模型去推算。三轴搅拌桩同样也有类似的问题，即在黄土地层的适宜性研究问题。

3，协调问题。首先各种支护结构的协调问题，春夏秋冬四季交替，不同材料的性能随温度变化会产生差异变化，之间的控制协调是超大基坑必须研究的问题。其次施工组织的协调，它看似管理问题实际是技术问题。合理科学的设计，有效经济的工法是施工组织的前提。100万方土方的外运是生产组织也是技术安排，同样是科研课题。

　　4.设计优化。设计方案没有最好只有更好。当初的设计思路，经实践验证会带来更多的思考，甚至是遗憾，尤其岩土工程行业是理论加经验的设计，研究的地质对象千变万化，以至于世界上没有物理性质同样的两块地层，所以就有永远总结不完的经验；永远优化不完的方案；一直都可以去质疑、丰富岩土专业理论。机会和挑战共存！😊

　　鼠年的挑战不光是技术，还有新冠。全国封城的艰难日子，火车🚉站工地没停，设计服务没停，但餐饮服务停了，城市功能停了。在如此环境下做总体设计，困难可想而知，但，别人又不知。好在社会进步，网路发达，移动通讯互联网拉近了人们的距离，为远程技术实时交流、服务提供了方便，因此设计工作没问题。但人的基本需求吃饭成问题，无奈方便面是不二选择。疫情的影响是心理层面的，相对压力山大的设计而言，也就不经意间让人忘却了，迫使记住的是每天遵守的防疫规则。方便面吃腻了，测温戴口罩习惯了。

　　设计团队最大的成就是工程顺利安全完工，基坑回填了，主创人员心里紧绷着的弦才会松弛，才能睡个安稳觉。伴生的专利发明是次要的，论文更是事后一扯。😊😊

但，能让人回味的是曾经的挑战。🏃🏃🏃🏃