四联拱PBA地铁车站扣拱施工技术应用

唐培明

（中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏 苏州 215300）

随着城市轨道交通的迅速发展，近些年来PBA 工法在地铁施工中被广泛应用。目前国内外的地铁暗挖PBA 法施工车站基本为一柱两拱或两柱三拱结构，车站风道及紧急疏散口等附属结构需另外占地进行明挖或暗挖法施工。

中铁二十局集团第一工程有限公司承建的北京地铁14 号线工程安乐林站在常规三联拱PBA车站的基础上增加一跨，作为风道及设备用房使用，此跨与车站主体结构同步施工，使用车站施工竖井及横通道，解决了后续风道施工另外占地、管线改拆等前期工作量繁多、工期不可控等问题，是对传统的暗挖PBA 工法进行的一次创新性改进。

1 技术原理

四联拱地铁较传统三联拱增加一跨，从结构方面讲，四跨组合形成车站主体结构；从功能方面讲，增加一跨主要实现车站风道功能，属于车站附属结构。因此，可以将四联拱PBA 地铁车站分解为“3+1”联拱，在工艺方面，通过10 个小导洞实现洞桩法施工，仅增加一排钢管柱，形成了三柱四拱结构，实现了车站的横向扩容。

本工法适用于城区征地拆迁困难或涉及管线改移、交通导改及园林伐移等前期工作量大，工作难度高的地铁车站工程。

2 工法特点

1）前期工作量小。四联拱中增加的一跨作为风道及设备机房使用，与车站主体同步施工，使用车站主体施工竖井及横通道，无须另外占地，减小了征地拆迁、管线改移、交通导改等前期工作量。

2）缩短总工期。城区地铁施工中制约工期的最关键影响因素为前期工作，采用四联拱工法后随着前期工作量的减少，影响工期的不确定因素随之减少，工程总工期得以缩短。

3）降低总造价。采用四联拱工法使前期工作量减少，工程结构实体工程量基本没有增加，工程总造价降低。

4）优化了四联拱扣拱施工顺序。通过理论计算及受力分析，并结合三联拱施工经验确定的四联拱扣拱施工采用先第一、三跨，再施工第二跨，最后施工第四跨的“2-1-1”施工顺序，最大程度减小了群洞效应的影响，将变形沉降限制在了可控范围内，保证了工期。

5）优化了四联拱PBA 各扣拱导洞开挖尺寸，降低了导洞人工开挖工作量，提高了工作效率，降低了施工成本。

6）研发了可移动式简易台车，从中部向两端折返进行二衬扣拱施工，实现了快速跳段施工，解决了二衬扣拱中初支临时支护成片拆除时的安全隐患，有效控制了地表沉降。

3 工艺流程

四联拱扣拱施工工法的核心的问题是保证初衬和二衬在受力体系转换过程中的稳定，因此，扣拱施工步序、扣拱节点质量控制和初衬拆除后的稳定措施为本工法的关键技术。施工工艺流程见图1。

图1 四联拱PBA地铁车站扣拱施工工艺流程图

4 操作要点

4.1 小导洞施工

小导洞施工是初支扣拱的前置工作，在其施工过程中需为初支扣拱施工预留连接节点。施工顺序如下：①开挖下层1、3、5 号导洞；②开挖2、4 号导洞；③开挖上层6、8、10 号导洞；④开挖7、9 号导洞；⑤后施工导洞与先行导洞掌子面应依次错开，相邻导洞掌子面开挖过程中距离不应小于10m，施工步序见图2。

图2 初支扣拱前置工序施工步序图

小导洞施工要点如下。

1）小导洞格栅加工时，将初支扣拱连接钢板精确定位，然后焊接在小导洞格栅上。

2）小导洞格栅安装采用红外线激光指向仪进行定位，严格控制每榀小导洞格栅的轴线及高程，确保相邻导洞间距及标高符合设计要求。

3）小导洞施工时精确测量，每5m 测放同步里程点，小导洞格栅安装时严格控制左右两侧里程同步，并在第一个施作的小导洞每榀格栅喷锚封闭前记录好其准确安装里程，后续施工小导洞每榀格栅严格按照先施工小导洞每榀格栅里程逐一对应进行安装，从而保证初支扣拱连接位置的精确性。

4.2 冠梁、顶纵梁施工

4.2.1 冠梁施工

边导洞内人工挖孔桩施工完成后开始冠梁施工。边导洞初支扣拱格栅一端与小导洞预埋钢板连接，另一端与冠梁预埋件连接。在冠梁钢筋绑扎施工过程中同步施工边导洞内初支扣拱，以方便扣拱格栅的连接与定位。

4.2.2 顶纵梁施工

1）防水板保护 顶纵梁施工在钢管柱安装并固定完成后开始。在中导洞顶部防水板铺设前，测量准确定位，在后期二衬扣拱施作需破除范围内安装1cm 厚木板，并与导洞初支固定牢固，然后铺设土工布保护层及防水板。顶纵梁上部回填混凝土必须浇筑密实，防止后续混凝土破除及格栅割除施工时木板脱落，确保初支扣拱连接部位牢固可靠。

2）施工缝处理 为保证防水效果，减少渗漏水的出现，本工法采用在二衬扣拱纵向施工缝部位增加一道钢边橡胶止水带，采取多重设防的方式来加强防水效果。实践证明，在二衬扣拱施工完成后，较其他相同条件PBA 车站相比，二衬扣拱纵向施工缝渗漏水点大大减少了，取得了较好的效果。

4.3 初支扣拱施工

初支扣拱施工分为边导洞内初支扣拱和导洞间初支扣拱两部分。

4.3.1 超前加固

安乐林站拱部开挖面覆土厚度仅7m 左右，且上方分布众多风险源，为保证开挖及环境安全，综合各方面加固效果，在马头门及下穿风险源段采用超前深孔注浆加固的措施，其余段落采用超前小导管进行加固。

4.3.2 开挖施工

初支扣拱采用台阶法施工，因开挖空间限制，均采用人工开挖，机动三轮车配合出土，开挖速度慢，且开挖工费高。本工法在保证后续二衬扣拱施工空间需求的前提下，不一次开挖到导洞底部，仅开挖约2/3 的土体高度，剩余土体在施工站厅层时采用机械开挖。这样既提高了初支扣拱开挖效率，又降低了开挖成本，取得了很好的效果。

4.3.3 格栅安装

1）中部初支扣拱 扣拱格栅与导洞连接端采用开口可调模式进行连接，利用4 根L 型钢筋一端与小导洞预埋钢板焊接，另一端与初支扣拱格栅主筋焊接，以此可以调整因预埋钢板位置偏差、安装精度偏差及格栅微小扭曲等原因造成的误差，从而保证焊接牢固。

2）边导洞内初支扣拱 导洞内扣拱格栅与预埋钢板采用螺栓连接，为保证后续螺栓连接质量，在边导洞格栅安装施工时预先将4 个螺栓安装到位，螺杆采用胶带缠绕保护，防止喷锚混凝土时污染。后续边导洞内扣拱格栅安装与冠梁钢筋绑扎同步施工，格栅末端直接锚入冠梁内，以使其形成有效连接整体，并且方便格栅调整定位，保证螺栓连接质量。

4.3.4 喷射混凝土及初支背后注浆

扣拱采用C25 网喷混凝土，喷射混凝土作业自下而上顺序分层、往复喷射。每次喷混凝土的厚度以混凝土不滑移不坠落为度，分层喷射厚度控制在5cm 内，后一层喷射在前一层混凝土终凝后进行，两次间隔时间为1h。

中跨初支背后注浆由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆，有窜浆或跑浆时，要及时堵塞。边跨导洞内初支背后注浆在导洞内回填完成后开始注浆。

4.4 二衬扣拱施工

4.4.1 顶纵梁稳固

本工法采用导洞内回填素土并夯实的方式将导洞范围内顶纵梁下部进行稳固。回填部分后期站厅层施工时再采用机械进行挖除，这样既减少了前期初支扣拱土方开挖外运工作量，又减小了二衬扣拱所破除小导洞初支混凝土的外运工作量，既达到了稳固顶纵梁的作用，同时又提高了初支及二衬扣拱施工的效率。

4.4.2 施工缝处理

二衬扣拱纵向施工缝防水采用钢边橡胶止水带+水泥基+遇水膨胀止水胶+注浆管，横向施工缝防水采用水泥基+遇水膨胀止水胶+注浆管的多道设防措施；混凝土表面采用凿毛机对其凿毛，凿毛深度5～10mm，凿毛痕的间距为10mm左右，凿毛率不小于90%。之后清净浮灰、砂浆等杂物。

4.4.3 钢筋安装

二衬扣拱钢筋连接采用机械连接，中跨扣拱钢筋安装时为两端固定，采取一端正反丝扣，一端全丝方式进行连接，连接前应将预埋钢筋进行调直，以保证横断面钢筋的垂直度，二衬扣拱钢筋安装时采用红外线激光指向仪对钢筋进行定位，以保证扣拱弧度的精确度和保护层厚度的精确度。由于边跨跨度较大，且一端为连接侧墙的活动端，因此为保证钢筋排距及保护层大小，在钢筋绑扎过程中应及时进行支顶，防止安装到位钢筋骨架下沉，直至模板台车安装时方可拆除支撑杆件。

4.4.4 二衬扣拱简易台车

根据隧道施工模板台车工作原理，并结合本工程现场实际施工作业条件与特点，本工法采用一种简易可移动定型台车，台车长度7.5m，主体结构采用I12a 工字钢+1500mm×750mm 钢模板组合而成，钢模板采用定型模板或可调模板均可，根据现场施工实际周转利用需要而定。双拼I20a 工字钢作为台梁，I22a 工字钢作为行走轨道，此台车操作定位简单、移动方便，采用定型模板，一次固定成型，拼缝严密，混凝土外观质量好，并且极大地提高了施工效率，且造价不高，节省了大量的人力，降低了施工总成本。

4.4.5 混凝土施工

1）台车就位前在与两侧拱部搭接部位预先设置止浆条，防止弧形模板间接触不密实造成漏浆。

2）为保证混凝土施工缝外观质量，在台车顶升固定前，将纵向施工缝处采用手持锯切齐缝。

3）混凝土浇筑时平板振动器应遵循“短振、多振”的原则进行，保证混凝土振捣到位。

4）混凝土浇筑时在端头设置观察窗口，安排专人进行观察。

5）因地下工程作业采用地泵进行浇筑，必须严格控制混凝土的坍落度、和易性及初凝时间。

6）地下作业条件有限，混凝土养生采用保温布帘+喷洒水养生措施，混凝土浇筑完成后将保温布帘挂在两端；浇筑完成12h 后每间隔2h 喷雾洒水降低混凝土表面的水化热。

4.4.6 二衬背后注浆

二衬背后注浆材料采用微膨胀水泥浆，注浆管采用∅32 钢焊管，二衬背后注浆在扣拱混凝土全部浇筑完成后，又低往高逐孔进行注浆。

5 环保措施

1）临时用地 合理规划施工场地，尽量少占用土地，做好既有设施的保护工作。

2）施工渣土 开挖临时堆放的渣土仓采取全封闭措施，并及时洒水降尘，夜间统一采取符合北京市相关要求的渣土运输车辆进行外弃。

3）噪声污染控制 对于提升井架采取隔音板全封闭，空压机房等产生较大噪声的部位均设置相应隔音设施。

4）水污染控制 施工生产、生活废水均经过沉淀处理达到要求后排放至市政污水管道，对施工过程中产生的可能造成水污染的环节采取完全隔离措施，防止渗入地下，污染地下水。

6 效益分析

初支扣拱施工不一次开挖到底，而是在满足后续二衬施工的前提下只人工开挖约导洞高度3/5，剩余部分随站厅层土方采用机械开挖，初支扣拱土方人工开挖单价为180 元/m3，站厅层土方机械开挖单价为32 元/m3，此一项费用同比节约78 万元。

二衬扣拱采用可移动简易模板台车施工，每浇筑段（7.5m）台车定位及封堵需5 人1 工天即可完成，而传统模架法施工，每浇筑段（7.5m）模架搭设及封堵需6 人3 工天方可完成；另采用简易台车方法施工后周转材料费等方面投入也较传统模架法施工减少约50%，此一项同比节约62万元。

综上，采用创新工艺后，扣拱施工阶段节约成本约140 万元。