PBA车站近距离平行下穿污水管变形控制施工技术

兰峰涛

摘 要：北京地铁6号线西延工程苹果园南路站采用PBA工法施工，该车站站体均处于圆砾卵石层，在施工中需近距离平行下穿一级风险源——φ1000污水管（渗漏严重），针对以上难点，通过苹果园南路站的工程实践，分析给出了关键技术，主要包括：（1）深入分析砂卵石地层的特性，将暗挖“十八字方针”深入应用的PBA工法施工的各道工序之中，明确各道工序的控制要点，确保了控制目标的实现；（2）根据上下导洞开挖位置与风险源位置的距离差异，科学的选择不同的地层超前预加固措施，既有效地保证了下导洞施工的快速推进，又保证了上导洞施工的安全稳定；（3）采用合理的坍塌应急处理措施，对开挖过程中的局部超挖进行严格处理，确保了暗挖施工的整体安全。

关键词：PBA法；变形控制；地铁车站；污水管；近距离

中图分类号：TU99 文献标识码：A

0.引言

城市地铁车站施工，从防水及投资方面考虑，常采用明挖法。但面对城市人口的膨胀，城市化进程的加深，从地面走向地下，是在空间资源有限的条件下的必然选择。城市地铁暗挖车站施工开挖断面大，为了控制地表沉降、保证周边建筑物安全，施工时必须将开挖断面化大为小。虽然在暗挖区间隧道时常用的台阶法、侧壁导坑法、中洞法、CRD（CD）法等也能将开挖断面化大为小，但是在车站这种超大断面开挖时，施工安全及控制沉降等方面就无法保障，这样就衍生出了PBA法。PBA洞桩法的原理就是将传统的地面框架结构施工方法（即在地面先做基坑围护桩，然后从上向下进行基坑土方开挖，必要时加撑防止基坑变形，开挖到底后从下向上施工框架结构）和暗挖法进行有机结合，即在地面上不具备施工基坑围护结构条件时，改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱，共同构成桩、梁、拱支撑框架体系，承受施工过程的外部荷载，然后在顶拱和边桩的保护下，逐层向下开挖土体，施工内部结构，最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。本文结合北京地铁6号线苹果园南路站工程施工，针对PBA工法近距离平行下穿污水管，需严格控制变形的问题，归纳总结相应的技术要点，以期形成PBA工法地铁车站施工变形控制施工关键技术。

1.工程概况及工程地质

苹果园南路站位于东西向苹果园南路和杨庄大街、苹果园大街交叉路口东南侧，苹果园南路南侧绿化带内，沿东西向设置。苹果园南路站为岛式站台，车站总长为259.65m，有效站台宽度14m。主体结构采取双层三跨结构，洞桩法施工。

水文地质条件：车站自上而下穿越地层依次为基本土层为杂填土层、卵石填土层、卵石层。车站1层导洞位于卵石5层、7层，一般粒径30mm～70mm，最大粒径不小于420mm，粒径大于20mm的含量大于70%，中粗砂、粘性土充填。

在车站上方沿线路方向有一条φ1000mm的污水管，年代久远、渗漏严重，距离车站主体3.2m，距离横通道最近处仅0.6m。施工过程中需采取合理的技术措施，保证污水管线变形及地面变形控制在允许范围之内是本工程最大的难点，如图1所示。

2.关键工序和措施

苹果园南路站体均处于圆砾卵石层，卵石粒径较大，围岩自身松散，不易成洞型，围岩变化频繁，砂层夹层和密集卵石层较多，施工开挖容易发生掌子面坍塌，必须采取有效措施确保开挖掌子面的稳定和地层的稳定；同时PBA工法施工时产生的群洞效应对地层的多次扰动使施工安全受到威胁，管线及地层变形容易快速累积，必须把每一道工序的变形量严格控制在允许范围内。

2.1 领会并严格执行“十八字方针”

浅埋暗挖法是在城市地铁隧道施工历经多地区实践基础之上提出的具有我国特色的软土隧道施工方法。它的精神实质及要领都融合在这十八字方针里——“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。

“管超前、严注浆”是指地层超前加固的深度、范围、注浆量都要执行到位，开挖后如果加固效果不佳，需重新局部加固，克服侥幸心理，不冒进。

“短开挖”不是指台阶长度短，而是指控制循环进尺均按图纸要求的50cm开挖，此举不仅可以少扰动地层，而且可以缩短每循环的开挖出土量，进而缩短每循环的时间，充分利用土体的“时间空间效应”，减小开挖过程中无支护土体的暴露时间，达到规避坍塌风险的目的。

“强支护”的关键在于初支格栅节点的连接，尤其是初支扣拱拱脚的连接。首先要做好导洞开挖时的格栅同步，建立格栅里程同步台账，以确保初支扣拱两个拱脚位于同一里程，不出现错位无法连接的情况；其次初支扣拱开挖时，格栅拱脚节点与导洞预埋钢板焊接必须做到逐个验收，留取影像资料。高质量的节点连接方能保证拱部上方土体压力有效地传递至初支结构，进而减小地层及管线变形。

“快封闭”不仅仅是指全断面及早封闭，在分部开挖中，每一分部开挖面也应能尽快封闭。动土前保证各种材料、应急措施到位；开挖过程中确保每道工序衔接到位；断面封闭后及时进行回填注浆，填充初支与土体间的缝隙，使地层应力的释放得到有效控制，地层内部的变位调整也将减小。

“勤量测”是指信息化施工，充分利用信息化手段，通过对施工信息的搜集、整理、分析，对各项施工参数不断优化、纠偏，选择科学合理的参数后，才能实现科学的预测，保证各项目标的实现。

2.2 科学选择地层超前預加固措施

车站上导洞及扣拱距离管线近，风险大；下导洞距离管线远风险小；因此上导洞的采用超前水平深孔注浆加固土体（水泥水玻璃双液浆），下导洞采用小导管注浆加固土体（水泥浆）。此种做法的优点在于：

深孔注浆加固土体优点是浆脉分布均匀，缺点是工效较低、造价高，并且容易引起地面隆起，采用此种方法加固上导洞土体易于控制拱部超挖，控制风险。

小导管注浆加固土体优点是操作灵活、功效高、造价低，缺点是小导管在砂卵石地层中不易打设，浆脉分布不均匀，采用此种方法加固下导洞土体易于使施工快速推进，降低造价。

2.3 坍塌应急处理

坍塌后必须沉着并及时处理。出现塌方及时上报，留好现场照片。由于车站分块分部开挖，暗挖开挖的步距一般为50cm，即使出现坍塌，受空间限制，坍塌量不大；但若处理不当，可能引起地面塌陷，影响地面交通和周边居民的正常活动。坍塌处理的第一措施在于封闭掌子面，控制坍塌；再就是及时注人填充物，回填孔洞；同时改善围岩，稳步前进，安全施工。为此，掌子面附近应准备方木、钢管、钢网片、加气砖等必备材料。坍塌后，按以下步骤处理：

（1）掌子面打入钢管或钢筋，挂网喷10cm～20cm厚混凝土封闭掌子面。用方木或工字钢支撑未封闭成环的初期支护段。

（2）喷混前预埋灌喷管（Φ80钢管，尾部伸出初支面，前端靠近坍塌顶部）。

（3）插入2～3根回填注浆管（Φ32钢管，其中1根为导气管，前端锥形并预留溢浆孔，管身不开孔；导管一端接近坍塌区顶部，另一端固定在格栅钢架上）。

（4）灌喷要点（水量开到最大，使混凝土流动性最佳）。

（5）回填注浆材料选用双液浆或砂浆。

（6）现场的应急物资要配备各种长度的灌喷管和注浆管。

3.工程效果

车站施工完成后，地面平均变形值为-4.72mm，远远低于控制标准-30mm，达到了预期的目的，有效保证了施工安全，如图2所示。

结论

（1）砂卵石地层PBA工法各工序的实施要点的执行和应用，有效保证了PBA暗挖车站近距离平行下穿φ1000污水管变形控制目标的实现，可以在同类或相似地层中推广使用。

（2）根据上下导洞开挖位置与风险源位置的距离差异，科学的选择不同的地层超前预加固措施，既有效的保证了下导洞施工的快速推进，又保证了上导洞施工的安全稳定；总体上也有利于车站的投资控制。

（3）坍塌应急处理措施，对开挖过程中的局部超挖进行严格处理，步步为营，有效避免了砂卵石地层中超挖的“积少成多”，成功预防了坍塌的发生，确保了暗挖施工的整体安全。

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