對(duì)地鐵PBA工法施工周邊環(huán)境沉降規(guī)律的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

李立功

北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司 北京 100068

引言：PBA工法首先施工小導(dǎo)洞，在導(dǎo)洞內(nèi)施作梁柱體系，然后再施作頂部結(jié)構(gòu)，在其保護(hù)下進(jìn)行后期的土方開(kāi)挖及二襯施工。

一、工程概況

地鐵7號(hào)線虎坊橋車(chē)站位于珠市口西大街與南新華街的交叉口處，車(chē)站主體斷面為雙層三跨三連拱斷面，全暗挖島式車(chē)站，全長(zhǎng)226.6m。采用PBA工法施工，車(chē)站范圍內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，地表對(duì)應(yīng)位置為城市主干道，交通流量較大，故需對(duì)地表沉降嚴(yán)格控制。

二、沉降機(jī)理

PBA工法是淺埋暗挖法的一種延伸工法，其主要核心為將開(kāi)挖斷面化大為小，在少擾動(dòng)地層的前提下形成導(dǎo)洞、扣拱、圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)，形成豎向承載體系，在頂板保護(hù)作用下進(jìn)行車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的開(kāi)挖及施工。

1、地表沉降的原因

暗挖工程中，導(dǎo)致地表沉降的原因歸根結(jié)底是因?yàn)榈貙訐p失，即開(kāi)挖了地下原有的土體，導(dǎo)致土體為達(dá)到新的平衡狀態(tài)進(jìn)行重新分布，從而引起地表沉降，這個(gè)過(guò)程具有一定的滯后性，地表沉降的大小不是受單一因素影響，而是受降水、開(kāi)挖面大小、支護(hù)時(shí)間及強(qiáng)度、施工工序銜接等多因素綜合影響的。

2、地表沉降發(fā)展過(guò)程

PBA工法施工過(guò)程可大致分為如下幾個(gè)階段：

1.導(dǎo)洞施工階段；2.圍護(hù)樁及中柱施工階段；3.扣拱施工階段；4.站廳層施工階段；5.站臺(tái)層施工階段

其沉降產(chǎn)生原因與機(jī)理如下所示：

導(dǎo)洞施工階段因其對(duì)地下土體開(kāi)挖擾動(dòng)，故對(duì)地表沉降產(chǎn)生一定影響，該階段施工對(duì)地表沉降影響較大，因其施工過(guò)程中開(kāi)挖造成地層卸載，初期支護(hù)完成后，地層與初支結(jié)構(gòu)共同受力過(guò)程中在達(dá)到應(yīng)力平衡時(shí)會(huì)產(chǎn)生地層沉降，導(dǎo)致地表反映出沉降。

圍護(hù)樁及中柱施工階段對(duì)地表沉降影響較小，因該施工階段在已完成的導(dǎo)洞內(nèi)部進(jìn)行，多采用人工挖孔成樁或小型機(jī)械成樁進(jìn)行作業(yè)，由于其在既有結(jié)構(gòu)保護(hù)下進(jìn)行作業(yè)，且開(kāi)挖體量較小，對(duì)土體擾動(dòng)小，所以此階段施工對(duì)地表沉降影響較小。

扣拱施工階段涉及超前小導(dǎo)管注漿，拆除部分導(dǎo)洞初支結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖扣拱部分土體，進(jìn)行扣拱位置初支，此部分若控制不當(dāng)將對(duì)地表沉降造成相當(dāng)大的影響。造成沉降的原因與導(dǎo)洞施工基本相同，均為在無(wú)保護(hù)條件下施工，支護(hù)與開(kāi)挖無(wú)法同時(shí)完成所致。

站廳層及站臺(tái)層主體結(jié)構(gòu)施工階段對(duì)地表沉降影響較小，因?yàn)榇穗A段完全在已完成的扣拱保護(hù)下進(jìn)行施工，頂部土體荷載被扣拱與圍護(hù)樁共同承擔(dān)，施工對(duì)周邊土體擾動(dòng)被圍護(hù)樁隔絕，故對(duì)地表沉降影響較小。

三、周邊環(huán)境沉降總體情況

1、最大沉降值情況

虎坊橋站共布設(shè)建筑物沉降、管線及地表沉降、樁頂水平位移、樁體變形和支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)464個(gè)，此處僅對(duì)沉降類(lèi)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，各類(lèi)型測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)、測(cè)點(diǎn)最大變形值統(tǒng)計(jì)如下：建筑物沉降（41個(gè)測(cè)點(diǎn)，最大變形值-46.13mm），管線沉降（181個(gè)測(cè)點(diǎn)，最大變形值-127.98mm），地表沉降（207個(gè)測(cè)點(diǎn)，最大變形值-103.70mm）。

2、沉降值分布情況

虎坊橋站沉降測(cè)點(diǎn)沉降值分布情況為：＜-100mm為8個(gè)測(cè)點(diǎn)，-100mm～-80mm為50個(gè)測(cè)點(diǎn)，-80mm～-60mm為78個(gè)測(cè)點(diǎn)，-60mm～-20mm為126個(gè)測(cè)點(diǎn)，-20mm～-5mm為102個(gè)測(cè)點(diǎn)，-5mm～0為55個(gè)測(cè)點(diǎn)，＞0為10個(gè)測(cè)點(diǎn)。由此可知，建筑物、管線、地表及道路沉降測(cè)點(diǎn)一般累計(jì)沉降-80mm～-5mm（占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的71%），平均累計(jì)沉降量為-39.50mm。存在136個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降值超過(guò)-60mm，車(chē)站主體及附屬工程地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般累計(jì)沉降-5.0～-75.0mm。

四、地表沉降分析

1、主測(cè)斷面沉降分析

虎坊橋站選取兩個(gè)典型斷面進(jìn)行分析，分別位于車(chē)站西端橫通道上方、中部。

從主測(cè)斷面1、主測(cè)斷面2的沉降曲線可以看出：

（1）車(chē)站整體沉降曲線在車(chē)站中部沉降最大，向南北車(chē)站兩側(cè)逐漸減?。?/p>

（2）主測(cè)斷面1北側(cè)沉降值較車(chē)站主體大，是因?yàn)?號(hào)豎井橫通道以及1號(hào)風(fēng)道的施工影響；

（3）結(jié)合車(chē)站整體沉降曲線進(jìn)行分析，可以看出超出1倍埋深范圍外的沉降值已經(jīng)很小，說(shuō)明暗挖車(chē)站施工沉降影響范圍基本在1倍埋深范圍內(nèi)。

2、典型測(cè)點(diǎn)分析

車(chē)站主體中部正上方的測(cè)點(diǎn)WGXC-02-31及車(chē)站東段3號(hào)出入口與車(chē)站交接處的測(cè)點(diǎn)DB-28-06。

管線測(cè)點(diǎn)WGXC-02-31位于車(chē)站中部，主體結(jié)構(gòu)正上方，污水管線測(cè)點(diǎn)，由于不受附屬結(jié)構(gòu)及豎井橫通道的施工影響，測(cè)點(diǎn)沉降與車(chē)站小導(dǎo)洞、扣拱開(kāi)挖和二襯拆撐相關(guān)。沉降主要集中在三個(gè)施工階段，分別為：下層小導(dǎo)洞開(kāi)挖、上層小導(dǎo)洞開(kāi)挖以及初支扣拱與二襯，沉降所占總沉降的比例分別為19.5%、28%和39%。

地表測(cè)點(diǎn)DB-28-06位于車(chē)站東段車(chē)站主體與3號(hào)出入口交接處，因此沉降受車(chē)站主體和出入口施工雙重影響，車(chē)站主體施工的影響更大，約占總沉降量的90%，其中上層小導(dǎo)洞的施工影響大于下層小導(dǎo)洞施工，待穩(wěn)定之后附屬結(jié)構(gòu)3號(hào)出入口施工影響較小。

綜合分析可知：

（1）車(chē)站主體的施工過(guò)程中，上下小導(dǎo)洞開(kāi)挖、扣拱開(kāi)挖及拆撐施工對(duì)沉降影響較大。

（2）在車(chē)站主體與附屬結(jié)構(gòu)結(jié)合部位的測(cè)點(diǎn)，受車(chē)站主體施工的影響更大，可以達(dá)到總沉降量的80%～90%，主要原因是附屬結(jié)構(gòu)施工時(shí)車(chē)站主體二襯已經(jīng)完成。

（3）上層小導(dǎo)洞開(kāi)挖較下層小導(dǎo)洞開(kāi)挖所引起的地表沉降更大。

五、管線沉降分析

虎坊橋站施工影響的管線有燃?xì)夤?、熱力管溝、上水管、污水管、雨水管，共布設(shè)172個(gè)測(cè)點(diǎn)，各類(lèi)型管線布設(shè)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)及平均沉降值如下：燃?xì)夤埽y(cè)點(diǎn)23個(gè)，平均沉降值-72.38mm）,熱力管溝（測(cè)點(diǎn)22個(gè)，平均沉降值-37.48mm）,上水管（測(cè)點(diǎn)35個(gè)，平均沉降值-51.55mm）,污水管（測(cè)點(diǎn)67個(gè)，平均沉降值-49.78mm）,雨水管（測(cè)點(diǎn)25個(gè)，平均沉降值-52.54mm）,合計(jì)測(cè)點(diǎn)172個(gè)，平均沉降值-50.13mm 。由此看出：虎坊橋站受施工影響的管線沉降值一般在-15mm～-70mm之間。

與車(chē)站主體結(jié)構(gòu)垂直走向的管線，其沉降趨勢(shì)同地表沉降測(cè)點(diǎn)；與車(chē)站主體結(jié)構(gòu)平行走向的管線，此處選取車(chē)站主體上方的Φ1200雨水管進(jìn)行研究。

通過(guò)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，Φ1200雨水管測(cè)點(diǎn)沉降量基本在-40mm～-80mm之間，個(gè)別測(cè)點(diǎn)沉降在-80mm～-100mm之間，均超出預(yù)警值，但各處沉降表現(xiàn)平緩，斜率在0.3%以?xún)?nèi)，無(wú)傾斜超標(biāo)。從施工步序角度分析，典型測(cè)點(diǎn)沉降穩(wěn)定后，在下層主體導(dǎo)洞施工期間測(cè)點(diǎn)沉降量約18mm，上層導(dǎo)洞施工期間沉降量約32mm，扣拱開(kāi)挖期間沉降量約23mm，占總沉降量的80%以上，因此導(dǎo)洞開(kāi)挖和扣拱施工是造成該管線沉降的主要因素。

結(jié) 論

（1）根據(jù)主測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)沉降規(guī)律，虎坊橋站沉降槽影響區(qū)域基本在車(chē)站1倍埋深范圍內(nèi)，各監(jiān)測(cè)斷面沉降呈中間大、兩側(cè)小的槽形。

（2）根據(jù)對(duì)車(chē)站上方測(cè)點(diǎn)沉降值統(tǒng)計(jì)分析，各類(lèi)測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線變形與施工階段相關(guān)，沉降主要集中在導(dǎo)洞開(kāi)挖、扣拱施工及二襯拆撐階段。開(kāi)挖面通過(guò)期間沉降速率較大，隨后穩(wěn)定，二襯拆撐期間再次沉降直至收斂，因此開(kāi)挖施工沉降量約占總沉降量的2/3。

（3）該車(chē)站PBA法暗挖施工沉降基本可控，對(duì)道路、管線等周邊環(huán)境無(wú)明顯影響。