对地铁PBA工法施工周边环境沉降规律的几点认识

李立功

北京市轨道交通建设管理有限公司 北京 100068

引言：PBA工法首先施工小导洞，在导洞内施作梁柱体系，然后再施作顶部结构，在其保护下进行后期的土方开挖及二衬施工。

一、工程概况

地铁7号线虎坊桥车站位于珠市口西大街与南新华街的交叉口处，车站主体断面为双层三跨三连拱断面，全暗挖岛式车站，全长226.6m。采用PBA工法施工，车站范围内环境复杂，地表对应位置为城市主干道，交通流量较大，故需对地表沉降严格控制。

二、沉降机理

PBA工法是浅埋暗挖法的一种延伸工法，其主要核心为将开挖断面化大为小，在少扰动地层的前提下形成导洞、扣拱、围护桩结构，形成竖向承载体系，在顶板保护作用下进行车站主体结构的开挖及施工。

1、地表沉降的原因

暗挖工程中，导致地表沉降的原因归根结底是因为地层损失，即开挖了地下原有的土体，导致土体为达到新的平衡状态进行重新分布，从而引起地表沉降，这个过程具有一定的滞后性，地表沉降的大小不是受单一因素影响，而是受降水、开挖面大小、支护时间及强度、施工工序衔接等多因素综合影响的。

2、地表沉降发展过程

PBA工法施工过程可大致分为如下几个阶段：

1.导洞施工阶段；2.围护桩及中柱施工阶段；3.扣拱施工阶段；4.站厅层施工阶段；5.站台层施工阶段

其沉降产生原因与机理如下所示：

导洞施工阶段因其对地下土体开挖扰动，故对地表沉降产生一定影响，该阶段施工对地表沉降影响较大，因其施工过程中开挖造成地层卸载，初期支护完成后，地层与初支结构共同受力过程中在达到应力平衡时会产生地层沉降，导致地表反映出沉降。

围护桩及中柱施工阶段对地表沉降影响较小，因该施工阶段在已完成的导洞内部进行，多采用人工挖孔成桩或小型机械成桩进行作业，由于其在既有结构保护下进行作业，且开挖体量较小，对土体扰动小，所以此阶段施工对地表沉降影响较小。

扣拱施工阶段涉及超前小导管注浆，拆除部分导洞初支结构，开挖扣拱部分土体，进行扣拱位置初支，此部分若控制不当将对地表沉降造成相当大的影响。造成沉降的原因与导洞施工基本相同，均为在无保护条件下施工，支护与开挖无法同时完成所致。

站厅层及站台层主体结构施工阶段对地表沉降影响较小，因为此阶段完全在已完成的扣拱保护下进行施工，顶部土体荷载被扣拱与围护桩共同承担，施工对周边土体扰动被围护桩隔绝，故对地表沉降影响较小。

三、周边环境沉降总体情况

1、最大沉降值情况

虎坊桥站共布设建筑物沉降、管线及地表沉降、桩顶水平位移、桩体变形和支撑轴力监测点464个，此处仅对沉降类测点进行分析，各类型测点个数、测点最大变形值统计如下：建筑物沉降（41个测点，最大变形值-46.13mm），管线沉降（181个测点，最大变形值-127.98mm），地表沉降（207个测点，最大变形值-103.70mm）。

2、沉降值分布情况

虎坊桥站沉降测点沉降值分布情况为：＜-100mm为8个测点，-100mm～-80mm为50个测点，-80mm～-60mm为78个测点，-60mm～-20mm为126个测点，-20mm～-5mm为102个测点，-5mm～0为55个测点，＞0为10个测点。由此可知，建筑物、管线、地表及道路沉降测点一般累计沉降-80mm～-5mm（占总测点数的71%），平均累计沉降量为-39.50mm。存在136个测点沉降值超过-60mm，车站主体及附属工程地面监测点一般累计沉降-5.0～-75.0mm。

四、地表沉降分析

1、主测断面沉降分析

虎坊桥站选取两个典型断面进行分析，分别位于车站西端横通道上方、中部。

从主测断面1、主测断面2的沉降曲线可以看出：

（1）车站整体沉降曲线在车站中部沉降最大，向南北车站两侧逐渐减小；

（2）主测断面1北侧沉降值较车站主体大，是因为3号竖井横通道以及1号风道的施工影响；

（3）结合车站整体沉降曲线进行分析，可以看出超出1倍埋深范围外的沉降值已经很小，说明暗挖车站施工沉降影响范围基本在1倍埋深范围内。

2、典型测点分析

车站主体中部正上方的测点WGXC-02-31及车站东段3号出入口与车站交接处的测点DB-28-06。

管线测点WGXC-02-31位于车站中部，主体结构正上方，污水管线测点，由于不受附属结构及竖井横通道的施工影响，测点沉降与车站小导洞、扣拱开挖和二衬拆撑相关。沉降主要集中在三个施工阶段，分别为：下层小导洞开挖、上层小导洞开挖以及初支扣拱与二衬，沉降所占总沉降的比例分别为19.5%、28%和39%。

地表测点DB-28-06位于车站东段车站主体与3号出入口交接处，因此沉降受车站主体和出入口施工双重影响，车站主体施工的影响更大，约占总沉降量的90%，其中上层小导洞的施工影响大于下层小导洞施工，待稳定之后附属结构3号出入口施工影响较小。

综合分析可知：

（1）车站主体的施工过程中，上下小导洞开挖、扣拱开挖及拆撑施工对沉降影响较大。

（2）在车站主体与附属结构结合部位的测点，受车站主体施工的影响更大，可以达到总沉降量的80%～90%，主要原因是附属结构施工时车站主体二衬已经完成。

（3）上层小导洞开挖较下层小导洞开挖所引起的地表沉降更大。

五、管线沉降分析

虎坊桥站施工影响的管线有燃气管、热力管沟、上水管、污水管、雨水管，共布设172个测点，各类型管线布设测点个数及平均沉降值如下：燃气管（测点23个，平均沉降值-72.38mm）,热力管沟（测点22个，平均沉降值-37.48mm）,上水管（测点35个，平均沉降值-51.55mm）,污水管（测点67个，平均沉降值-49.78mm）,雨水管（测点25个，平均沉降值-52.54mm）,合计测点172个，平均沉降值-50.13mm 。由此看出：虎坊桥站受施工影响的管线沉降值一般在-15mm～-70mm之间。

与车站主体结构垂直走向的管线，其沉降趋势同地表沉降测点；与车站主体结构平行走向的管线，此处选取车站主体上方的Φ1200雨水管进行研究。

通过测点数据分析，Φ1200雨水管测点沉降量基本在-40mm～-80mm之间，个别测点沉降在-80mm～-100mm之间，均超出预警值，但各处沉降表现平缓，斜率在0.3%以内，无倾斜超标。从施工步序角度分析，典型测点沉降稳定后，在下层主体导洞施工期间测点沉降量约18mm，上层导洞施工期间沉降量约32mm，扣拱开挖期间沉降量约23mm，占总沉降量的80%以上，因此导洞开挖和扣拱施工是造成该管线沉降的主要因素。

结 论

（1）根据主测断面测点沉降规律，虎坊桥站沉降槽影响区域基本在车站1倍埋深范围内，各监测断面沉降呈中间大、两侧小的槽形。

（2）根据对车站上方测点沉降值统计分析，各类测点时程曲线变形与施工阶段相关，沉降主要集中在导洞开挖、扣拱施工及二衬拆撑阶段。开挖面通过期间沉降速率较大，随后稳定，二衬拆撑期间再次沉降直至收敛，因此开挖施工沉降量约占总沉降量的2/3。

（3）该车站PBA法暗挖施工沉降基本可控，对道路、管线等周边环境无明显影响。