地铁车站PBA工法施工重难点及控制措施

叶滔

(中铁七局集团第二工程有限公司 辽宁沈阳 110000)

随着城市化进程的快速发展，地下密布的管线、临近建筑的地基与路面交通的影响。暗挖洞桩法（Pile-Beam-Arch-method，PBA）由于适应性强、施工灵活、能有效控制施工引起的地表沉降，越来越多地被用于复杂环境地铁建设中。PBA 工法[1]是浅埋暗挖方法的一种，主要用于地铁车站地质条件差、路面施工围护占地面积少等情况。是由桩、梁、拱共同组成完整的结构框架，通过二次施工加固、衬砌形成永久性支撑荷载，此法将导洞、桩梁、和扣拱等施工工艺完美集于一身[2]。万友生和刘娉婷[3]以实际工程为依托，阐述了大断面隧道开挖技术并进行了风险评估。兰开江[4]以西安地铁纺织城站为工程依托，对横通道施工技术展开了研究。王国林等人[5]从基坑临近建筑物、临近地下地铁、基坑地下管线等几个方面进行了综合阐述，指出了当前基坑施工中存在的一些问题，并给出了一定的建议。

1 工程概况

三好街站为地铁三号线的第二十座车站，前一站为方型广场站，后一站为工业展览馆站。

三好街站为暗挖岛式站台车站，车站有效站台宽度为14 m，车站主体为地下双层三跨度结构，车站总长为220.7 m，标准段宽度为22.7 m，标准段高度为15.6 m，顶板覆土厚度约为7.0 m，车站采用PBA工法施工。设置3个施工竖井，车站总长为220.7 m，标准段宽度为22.7 m。车站主体结构总平面图如图1所示。

图1 车站主体结构总平面图

2 横通道施工

施工横通道开挖宽度为5.2 m，初支厚度为0.35 m，控制开挖步距为0.5 m。

马头门破除进洞后，横通道施工1 号导洞采用预留核心土的全断面开挖，其余导洞采用预留核心土的台阶法施工[6]，上下台阶开挖间距保持5 m，人工、风镐配合开挖，预留核心土，循环进尺为格栅间距0.5 m。初支结构在临时仰拱拱脚处及时打设锁脚锚管并注浆，控制格栅架设后下沉。碴土用小型三轮车运至马头门竖井口，然后采用抓斗起重机吊抓运至碴土区，晚上自卸卡车出土。

在初支背面要及时注浆，在早期支护的后方，要沿着横向通道的拱部和侧壁布置灌浆孔。环距：在起拱线之上为2.0 m，侧壁为3.0 m。纵向间隔：3 m，采用梅花形排列，并保证在拱顶部位设置1个注浆管道，注浆量在前期支护后方0.5 m处。灌浆分为两个阶段：第一次，在开挖面3～5 m处，采用低压注浆，以防止泥浆从开挖面上溢出为终点；第二次，距离基坑开挖面8～10 m，采用饱和压注浆，灌浆压力0.5 MPa，可根据监测结果多次进行灌浆。在进行下层的导孔开挖时，应视具体情况及时进行灌浆。

在预注浆前，为了确保灌浆效果，避免在灌浆时发生工作面渗漏，必须对已开挖的工作面进行封堵。厚度为50 mm，间隔与管道的纵向间隔相同，喷出的混凝土等级与前期支护相同。其范围为除岩芯土壤外的上部工作面。

在掘进后采用暗孔开挖，在施工条件较差的情况下，或在较长的停机、工序切换期间，为确保工作面的稳定，必须及时封闭全工作面，喷出100 mm的混凝土，采用A6.5 间距150 mm×150 mm，喷射混凝土标号同初期支护并视具体情况进行适当的加固处理措施，必要时，设置型钢支撑，并对掌子面进行插管注浆。隧道开挖周期进尺为0.5 m。在1导洞9 m开挖到9.5 m时，进行深孔灌浆周期，工作面采用迎土面A6.5mm@150 mm×150 mm 钢筋与及C25 喷射砼封闭，厚度0.4 m。注浆孔沿拱线排列的环形间隔为570 mm，在每一个灌浆部位打3 个钻孔，钻孔直径150 mm，注浆管长度、钻孔角度、施工方法和施工条件与1 号深孔注浆工艺基本一致。每次开挖9.5 m 的深度钻孔灌注。深孔注浆孔布置图见图2。

图2 深孔注浆孔布置图

2.1 工艺原理

横通道导洞采用台阶法施工，待上台阶开挖5 m后，开挖下台阶，随后上、下台阶同步向前推进。

在施工过程中，按照管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测的原则。

2.2 测量放线

在施工过程中，利用全站仪标定水平轴线，利用水平标尺进行标高，利用几何绘图法绘制开挖轮廓，在入洞后，利用激光指示器确定基坑的边长。

2.3 超前支护

在拱部布置超前小导管，其与水平面的角度为16°，外径A32 mm、t=3.25 mm、L=2 m，每一道栅格上都有一圈，其环距为600 mm，每环24个。初期支护临时支护如表1、表2所示。

表1 初期支护

表2 临时支护

3 风险分析及控制措施

3.1 前期的管线改迁、交通导改工作量大，严重制约工期

由于该标段地处闹市区，施工方法多，施工技术复杂，所建场地围挡、明挖结构及周围管线、构筑物改移及拆除种类多，相关的产权单位多，工作量大，车站与区间下穿大量管线及建筑物，前期需进行施工调查，明确相关地下管线、周围建（构）筑物产权单位，制定有效的保护措施，根据以往沈阳地铁项目前期施工经验，在围挡与结构范围内进行管线改迁、建（构）筑物的拆除需要很长的时间，所以如何尽快进行地上物拆迁、围挡占地、交通导改，管线改移，尽早打开施工局面是本工程控制重点。

主要的反应如下。

（1）组建项目副经理领导的项目前期协调小组，配有经验的协调和技术管理人员，加强项目投资，提前进行项目策划、施工调查，做好周边环境评价、施工组织和工作协调的基础工作，配合相关部门尽快完成各项方案的审批。

（2）做好围挡、管线保护等前期工作，积极配合业主和相关产权单位，与周边单位、居民沟通、协调。

（3）在该标段范围内，积极拟定围挡施工方案、交通导改方案，并上报交管、路政等有关部门，争取相关部门的支持与合作。

（4）根据现场的实际情况，制订详细的施工组织方案，进行合理的布置和综合考虑，使占道时间最短，占地面积最小，采取相应的措施。

（5）开展实地勘察，对需要拆除的地面和需要改造或保护的管线进行全面的勘察，获取管线、建（构）筑物的第一手资料，同时邀请产权单位与管线原设计单位共同制订合理、可行的保护、悬吊、拆除、改移方案，报规委审批。

3.2 地表与地下管线沉降控制是一难点

该标段的车站主体工程采用“PBA”工法，参照沈阳市同类工法的地下隧道工程，其地表沉降量通常在50～60 mm 之间，在车站的地下开挖过程中，需要多次下穿结构的给水、燃气、雨水、污水、电信、电力、热力等众多管线，暗挖施工会造成结构周边土体扰动，对管线造成影响，进而使管线发生形变，如果变形较大会引发管线破裂，造成地面坍塌。特别是在建筑物顶部的几条大型雨水和污水混凝土管道，由于长期漏水，很容易形成地下水袋，导致管道底部的土体发生液化，施工风险很大，施工生产安全难以保障，地表与管线沉降控制是本工程难点之一。

主要应对措施如下。

（1）对管线进行前期细致的管线勘察，对建筑物上部及周围管线进行详细探察，特别是确定有泄漏的管线或危旧建（构）筑物，采集声像资料，取得管线、建（构）筑物的第一手资料，摸清其走向、尺寸、位置、闸阀位置、结构形式、使用年限等信息，施工前进行超前地质探测，采取不同的施工方法和措施予以保护。

（2）在工程实施之前，由专家评审、论证、论证，特别的管道在下穿之前，要制订专门的施工计划。

（3）对通过各种危险等级的建筑物、地下管线，采用不同的防治方法。对危险等级为2级或以上的危险源，必须按照先加固，后施工的原则，全程监测和测量，完工后还要进行工后评价。

（4）在暗挖隧道下穿管道开挖过程中，应做到前期支护及时封闭，并及时进行初支后注浆，保证初支结构可靠，严格遵循管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测的原则组织施工，加强结构周边管线的巡视，发现异常及时上报，并联系相关产权单位进行确认和处理，确保施工安全。

（5）注浆技术是本项目施工过程中控制管线和构筑物沉降的关键技术。

3.3 工程自身风险源的控制

根据招标文件所载的有关信息，该标段三好街车站为地下开挖，由于结构上部管道密集，施工困难，其本身的危险源和环境危险源较多，为了保证工程的安全性，将采取下列有针对性的措施。

（1）认真阅读设计图纸，理解设计意图，制定安全、合理、可行的施工工作面、流水段和施工次序，确定施工重点，保证按时完成。

（2）按照危险源等级的原则，与专业人员进行讨论，制订特殊的施工方案，并对施工全过程进行全程监测，并及时采取相应的防护措施。

（3）在施工过程中，采用动态监控系统，对地面的沉陷和管道的变形进行实时监控。根据现场监测结果，对暗挖的各项技术参数进行了优化，确定了开挖速度，及时采取了相应的支护措施，严格执行了暗挖的“十八条原则”。依据监测结果，及时进行地下和地下灌浆，加强对建筑物的监控，建立评价和预警机制，并制定相应的紧急应对措施。

4 结语

总而言之，随着地铁施工所面临的条件越来越复杂，地铁施工技术也在不断进步。但是地铁施工依然存很多不安全因素，在工序繁多、施工过程受力不够明确的PBA 工法施工中，识别出危险因素并提出有针对性的控制措施，对工程安全施工具有重大意义。