地鐵車站PBA 工法施工技術(shù)研究

朱述鵬

(北京北咨工程咨詢有限公司，北京 100031)

地鐵車站的施工受到地質(zhì)條件、地面交通、地下管線及建(構(gòu))筑物、工期等多方面條件的影響。暗挖車站由于具有不影響交通、無(wú)管線改移等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外地鐵車站建設(shè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

由于車站結(jié)構(gòu)斷面形式復(fù)雜、斷面尺寸較大、地表沉降要求嚴(yán)格，因而在實(shí)際的暗挖工法選取以及施工過(guò)程中出現(xiàn)了非常多的問(wèn)題。

PBA工法(也稱洞樁法)是近年來(lái)在地鐵車站施工中新出現(xiàn)的暗挖工法，該工法綜合了暗挖、明挖和蓋挖法的優(yōu)勢(shì)，以結(jié)構(gòu)受力明確，工序轉(zhuǎn)換少，控制地表沉降好等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛認(rèn)可和推廣。

本文結(jié)合工程實(shí)例，從暗挖工法的選取、工法的特點(diǎn)及相關(guān)措施等方面對(duì)PBA工法進(jìn)行了一定的技術(shù)探討，以期為今后的工程提供指導(dǎo)。

1 工程概況

北京地鐵六號(hào)線朝陽(yáng)門站位于朝陽(yáng)門內(nèi)大街與東二環(huán)路交叉路口西側(cè)，沿朝陽(yáng)門內(nèi)大街東西向布置。車站長(zhǎng)187.90 m，寬23.0 m，高16.11 m，拱頂覆土厚度 12.39 m。

朝陽(yáng)門站地處北京市中心城區(qū)，地面交通十分繁忙;車站周邊建筑物眾多，主要包括中海油大廈(19層)、凱恒中心(23層)、北京市新聞出版局(12層)、森豪公寓(16層)等，車站東端為朝陽(yáng)門立交橋及既有二號(hào)線朝陽(yáng)門車站;站位區(qū)域內(nèi)地下管線縱橫交錯(cuò)，且規(guī)模較大，主要管線有 DN800上水、DN500中壓燃?xì)狻? 600 mm×2 200 mm雨水溝、2 000 mm×2 350 mm電力溝、72 cm×72 cm電信、D1 750污水、3 400 mm×1 600 mm熱力溝、D2 400 mm雨水等。

車站自穩(wěn)能力很差是因?yàn)檐囌局黧w結(jié)構(gòu)大部分位于圓礫卵石層、粉質(zhì)粘土與粉土互層、中粗砂層中，拱頂主要位于粉細(xì)砂地層，局部位于中粗砂地層。

2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1)車站跨度大，開(kāi)挖寬度達(dá)26.2 m;地層條件差，拱頂主要位于粉細(xì)砂地層，施工過(guò)程中極易發(fā)生坍塌。2)車站周邊大型建筑物眾多，下穿上水、雨污水等大量市政管線。3)地處交通樞紐地區(qū)，地面交通非常繁忙。

3 施工方法的選擇

一般而言，交通疏解和管線改移難度不大的情況下應(yīng)優(yōu)先選用明挖法或蓋挖法，其次是暗挖法。

朝陽(yáng)門站地處中心城區(qū)，地面交通繁忙，地下管線縱橫交錯(cuò)，周邊建筑物眾多，不具備明挖或蓋挖施工的條件，因此采用暗挖法施工。

3.1 暗挖雙層車站常用的施工方法比選

朝陽(yáng)門站為雙層三跨結(jié)構(gòu)，目前暗挖雙層車站常用的施工方法有“PBA法”“中洞法”“側(cè)洞法”三種。

側(cè)洞法常用在修建大跨隧道，但暗挖車站的兩個(gè)側(cè)洞跨度大，對(duì)地表擾動(dòng)大，安全性差。中洞法安全性較高，地面沉降及影響范圍比側(cè)洞法小，但工序轉(zhuǎn)換多，因而技術(shù)含量要求高。

PBA工法的優(yōu)點(diǎn)為工序轉(zhuǎn)換少，能較好的控制地面沉降，地下管線及地下構(gòu)筑物的安全能得到保證，對(duì)周邊環(huán)境影響小，但在形成拱蓋的過(guò)程中也暴露了其存在的缺點(diǎn)，如除了需要施作中柱及上下導(dǎo)洞外，還要施作圍護(hù)邊樁及上下導(dǎo)洞，增加了一定的工程量。

考慮到朝陽(yáng)門站周邊環(huán)境條件復(fù)雜，對(duì)地面沉降控制要求很高，因而推薦采用PBA工法施工。

3.2 方案比選

“導(dǎo)洞條基法”和“導(dǎo)洞長(zhǎng)樁法”是PBA工法的兩種不同做法，見(jiàn)圖1，兩種做法各有不同的特點(diǎn)。

由于本站覆土較厚(最厚約12.5 m)，邊樁若用長(zhǎng)樁方案，導(dǎo)洞內(nèi)施工困難，且邊樁與中柱基底的差異沉降較大、樁基與整體底板下天然地基受力不均勻，不利于永久結(jié)構(gòu)受力。因此，本站主體結(jié)構(gòu)推薦“導(dǎo)洞條基法”施工。

4 施工方法

暗挖施工采用PBA工法，施工的具體步驟為:1)超前支護(hù)、注漿加固地層，臺(tái)階法開(kāi)挖上下雙層共8個(gè)導(dǎo)洞，并施作初期支護(hù)。2)下邊導(dǎo)洞施作樁下條基，上邊導(dǎo)洞中施作邊樁及樁頂冠梁，中間上下導(dǎo)洞間施作鋼管混凝土柱孔。3)在中下導(dǎo)洞中施作底縱梁，中上導(dǎo)洞施作頂縱梁，中間上下導(dǎo)洞間施工鋼管混凝土柱，并在頂縱梁中預(yù)埋鋼拉桿。4)施作邊導(dǎo)洞內(nèi)初支，初支與導(dǎo)洞間空隙采用C20混凝土回填。開(kāi)挖導(dǎo)洞1，2，3，施作拱部初期支護(hù)。5)導(dǎo)洞1，2，3貫通后，分段截?cái)鄬?dǎo)洞邊墻，澆筑結(jié)構(gòu)拱部二襯，設(shè)置中跨鋼拉桿(見(jiàn)圖2)。6)確保拱頂混凝土達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，沿車站縱向分為若干個(gè)施工段，分層向下開(kāi)挖至站廳板底標(biāo)高。澆筑中板結(jié)構(gòu)、站廳層側(cè)墻。7)待中板、站廳層側(cè)墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后分層向下開(kāi)挖至底板位置，澆筑底板結(jié)構(gòu)、站臺(tái)層側(cè)墻。8)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除鋼拉桿，施工內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成車站結(jié)構(gòu)施工。

圖1 PBA工法典型做法示意圖

圖2 車站施工步序5）示意圖

5 地層沉降控制措施

1)下導(dǎo)洞縱向條基之間必要時(shí)宜增設(shè)橫向條基。橫向條基與縱向條基、邊樁、拱部初支(二襯)形成封閉框架結(jié)構(gòu)，施工過(guò)程中有效控制地層沉降。

施工時(shí)，可先開(kāi)挖下邊導(dǎo)洞，再施作下邊導(dǎo)洞之間的橫通道，然后施工下邊導(dǎo)洞縱向條基和下橫通道中橫向條基。

2)PBA工法中，開(kāi)挖小導(dǎo)洞較多，且易于引起地層沉降。合理安排小導(dǎo)洞的開(kāi)挖順序，對(duì)控制地層沉降起著重要的作用。

導(dǎo)洞的開(kāi)挖宜錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行，導(dǎo)洞的開(kāi)挖順序、錯(cuò)開(kāi)距離應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和施工開(kāi)挖沉降模擬結(jié)果，一般來(lái)說(shuō)，宜先開(kāi)挖上導(dǎo)洞，后開(kāi)挖下導(dǎo)洞，先開(kāi)挖邊導(dǎo)洞，再開(kāi)挖中導(dǎo)洞。同時(shí)，考慮到實(shí)際施工中工期、降水等各方面的因素，先開(kāi)挖上導(dǎo)洞也是合理的。

3)二次襯砌施作時(shí)，臨時(shí)支護(hù)的拆除應(yīng)分段進(jìn)行，應(yīng)在上一環(huán)模筑混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上方可進(jìn)行。

4)車站二襯采用逆作法施工時(shí)，先施工拱部二襯，由于此時(shí)未形成封閉的二襯結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題，因此對(duì)于中跨拱部二襯應(yīng)設(shè)置中間鋼拉桿，邊跨拱部二襯設(shè)置臨時(shí)豎撐，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

5)車站施工中初期支護(hù)為主要承載構(gòu)件，由于地層條件較差，為保證土體開(kāi)挖后和初期支護(hù)施作前洞體的穩(wěn)定性，防止塌方，需對(duì)前方的地層進(jìn)行預(yù)加固和預(yù)支護(hù)。

由于車站上方地下構(gòu)筑物和市政管線眾多，對(duì)地層沉降要求很高，因此小導(dǎo)洞上方120°范圍內(nèi)采用超前小導(dǎo)管注漿加固，上層小導(dǎo)洞之間采用大管棚+超前小導(dǎo)管注漿超預(yù)加固方式。

PBA工法共需開(kāi)挖八個(gè)小導(dǎo)洞，其中中間兩個(gè)小導(dǎo)洞間距較小，僅2.2 m，小導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中相互之間干擾較大，施工過(guò)程中應(yīng)強(qiáng)化監(jiān)測(cè)措施，必要時(shí)在導(dǎo)洞間進(jìn)行注漿加固，減少導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)的相互影響。

6 PBA工法優(yōu)劣勢(shì)分析

1)工法集暗挖、明挖、蓋挖法的優(yōu)勢(shì)于一身，結(jié)構(gòu)受力明確，工序轉(zhuǎn)換少，地表沉降控制較好。2)邊樁和扣拱共同工作，支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，對(duì)結(jié)構(gòu)外側(cè)土體有明顯的約束作用，從而有效控制地表沉降和地層側(cè)向變形。3)車站二襯是在開(kāi)挖大空間形成后施工的，結(jié)構(gòu)整體性好，便于大型機(jī)械施工，可縮短車站施工周期，減少地層降水時(shí)間，有效控制地層沉降。4)導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行鉆孔灌注樁作業(yè)空間小，使泥漿處理、下鋼筋籠、灌注混凝土都較困難，且質(zhì)量控制難度較大。施工時(shí)對(duì)此應(yīng)引起足夠的重視，精心組織，確保工程質(zhì)量。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，六號(hào)線朝陽(yáng)門站正在施工過(guò)程中，預(yù)計(jì)2012年6月份完成土建施工，從目前監(jiān)控量測(cè)的情況來(lái)看，PBA工法基本達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期的目的，地層沉降控制較好，周邊建構(gòu)筑物和地下管線使用正常。通過(guò)對(duì)朝陽(yáng)門站PBA工法的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以期對(duì)以后采用PBA法施工地鐵車站提供有益的經(jīng)驗(yàn)。

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