朱統(tǒng)步

摘 要：根據(jù)沈陽地鐵二號線崇山路站的設(shè)計及現(xiàn)場施工情況，將PBA工法與洞樁法混合施工的雙柱三跨式暗挖地鐵車站施工技術(shù)方案進(jìn)行了簡單介紹，并對PBA法、洞樁法及兩者混合工法的技術(shù)方案進(jìn)行了較為詳細(xì)的對比和分析，并根據(jù)該工程的實際施工經(jīng)驗，提出了嶄新的改進(jìn)性意見。

關(guān)鍵詞：PBA工法；洞樁法；混合工法；小導(dǎo)洞

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1000-033X（2016）05-0088-04

Abstract： In terms of the design and construction of the Chongshan Road Station of Shenyang Metro Line 2， the combination of PBA and cavern-pile method which was applied to the underground excavation of the two-column-three-span metro station was introduced. The analysis and comparison of PBA and cavern-pile method and the combination method were conducted， and suggestions on improvement were proposed based on experience from the project.

Key words： PBA method； cavern-pile method； combination method； small pilot hole

0 引 言

隨著城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，目前大跨度車站的淺埋暗挖法施工已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用， PBA工法（Pile Beam Arch，又稱為“洞、樁、墻”暗挖逆作法）、洞樁法及兩者的混合工法（下稱混合工法）得到了不斷的發(fā)展和完善[1-2]。PBA工法、洞樁法及混合工法與傳統(tǒng)的中隔墻法（CD）、交叉占隔墻法（CRD）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等相比，減小了因施工工序引起的地表沉降量的疊加，受力明確，簡化了力的多次轉(zhuǎn)換過程[3]。其核心思想在于設(shè)法形成由小導(dǎo)洞的樁、梁、拱部初期支護(hù)及鋼管柱組成的整體支護(hù)體系，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)支護(hù)和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，以保證在進(jìn)行洞室主體部分開挖時具有足夠的安全度，并有效地控制地層沉降[4]。

沈陽地鐵二號線四標(biāo)段崇山路站采用PBA工法與洞樁法的混合工法進(jìn)行施工，本文結(jié)合該工程施工及設(shè)計情況，將PBA工法、洞樁法及混合工法施工技術(shù)進(jìn)行介紹和對比，并根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，提出相關(guān)意見，希望能對類似工程的設(shè)計及施工起到一定的借鑒作用。

1 工程概況

沈陽地鐵二號線四標(biāo)段崇山路站總長度為173.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.8 m，高14.16 m，結(jié)構(gòu)埋深為8.5～9.5 m，其主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示。車站主體采用暗挖洞樁法與PBA法的混合工法進(jìn)行施工，共設(shè)6個主體小導(dǎo)洞，施工期間風(fēng)道作為施工通道使用。車站拱頂主要處于中密或密實狀態(tài)的礫砂層，土層含水量豐富。整個車站施工期間在結(jié)構(gòu)外設(shè)降水井進(jìn)行區(qū)域降水，保證暗挖無水施工條件。

2 PBA工法、洞樁法及混合工法工藝

2.1 洞樁法

本標(biāo)段施工的崇山路—岐山路區(qū)間盾構(gòu)吊出井橫通道設(shè)計方案為比較簡單的單跨洞樁法，具體如圖2所示。

洞樁法在暗挖車站施工中有廣泛的應(yīng)用，但暗挖車站施工一般為雙跨或三跨的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)洞和樁基施工更為復(fù)雜一些。洞樁法的基本施工方案是：首先開挖小導(dǎo)洞，然后在小導(dǎo)洞進(jìn)行鉆孔灌注樁和冠梁的施工，接著架設(shè)導(dǎo)洞之間的初支格柵，在拱部形成整體的初期支護(hù)，使拱部的荷載通過初期支護(hù)傳遞到樁基上，最后在拱部初支的保護(hù)下進(jìn)行下部的土體開挖和二襯施工。

2.2 PBA工法

PBA工法由北京城建設(shè)計研究院首創(chuàng)，在北京地鐵天安門西站首次成功應(yīng)用，后來得到廣泛推廣，并取得了良好效果。

該工法首先開挖上層和下層的小導(dǎo)洞（一般為6～8導(dǎo)洞），在上層導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行鉆孔灌注樁或人工挖孔樁和冠梁的施工，然后施作樁頂初期支護(hù)，回填外側(cè)混凝土，在下層導(dǎo)洞內(nèi)架設(shè)底梁。對拱部地層進(jìn)行必要的預(yù)加固處理后進(jìn)行拱部開挖和支護(hù)，把拱部初支和原來的小導(dǎo)洞連成一體，然后在拱部初支結(jié)構(gòu)的保護(hù)下進(jìn)行洞室主體部分開挖，并同時由上向下進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工[5]。圖3為8導(dǎo)洞的PBA工法施工步序。

在北京地鐵海淀黃莊站的施工中，為了縮短施工工期，減小施工縫數(shù)量，提高施工質(zhì)量，根據(jù)中跨跨度較大、2個側(cè)跨跨度較小的特點，對小導(dǎo)洞的大小進(jìn)行了改進(jìn)，改為上下各2個大導(dǎo)洞的方式進(jìn)行施工，并取得很好的效果。其施工步序如圖4所示。

2.3 混合工法

沈陽地鐵二號線崇山路站采用了PBA工法與洞樁法的混合工法施工。其主要指導(dǎo)思想為：利用小導(dǎo)洞的空間（上層4個，下層2個），邊導(dǎo)洞內(nèi)采用鉆孔灌注樁和冠梁進(jìn)行施工；中間下層小導(dǎo)洞內(nèi)架設(shè)底縱梁，然后在中間上下層小導(dǎo)洞之間進(jìn)行人工挖孔施工，安裝鋼管柱，架設(shè)頂縱梁；上述工序完成后中跨和邊跨初支扣拱，將上述小導(dǎo)洞連接成一個整體，從而形成了側(cè)跨依靠邊樁、中跨依靠鋼管柱和底縱梁的傳力體系，在拱部支撐體系的保護(hù)下進(jìn)行后續(xù)結(jié)構(gòu)施工[6]。這種工法結(jié)合了洞樁法和PBA工法的施工指導(dǎo)思想，是2種工法的結(jié)合體。這種工法在沈陽地鐵施工中得到了廣泛應(yīng)用，沈陽地鐵一號線青年大街站、沈陽站站及沈陽地鐵二號線沈陽北站站也采用了這種施工工法，并取得不錯的效果。具體施工步序如圖5所示。

3 三種工法的對比分析

3.1 共同點

（1）初支施工都是化整為零，導(dǎo)洞先行，并最終在拱部形成一個整體。

由于車站結(jié)構(gòu)跨度都比較大，不可能一次開挖成型，因此無論是幾個導(dǎo)洞施工，目的只有一個，就是化整為零，先進(jìn)行小導(dǎo)洞施工，并在小導(dǎo)洞內(nèi)搭建傳力支撐體系，然后進(jìn)行扣拱施工，將上層小導(dǎo)洞連接成一個整體。在導(dǎo)洞掘進(jìn)和扣拱施工中均遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的方針。

（2）傳力體系明確可靠。3種工法均是在已支護(hù)好的導(dǎo)洞內(nèi)施作鉆孔樁或挖孔樁，樁底深埋于土層中或坐落在條形基礎(chǔ)之上，并在樁頂以縱梁進(jìn)行連接，中柱部位導(dǎo)洞內(nèi)架設(shè)底、頂縱梁，然后再進(jìn)行初支及二襯扣拱施工，將拱部土壓力傳遞到基底。這種頂梁、柱（樁）和底梁的傳力體系，受力明確，剛度大，安全可靠，能夠較好地控制拱頂和地面沉降。

（3）大部分主體結(jié)構(gòu)施工均在拱部襯砌的保護(hù)下進(jìn)行，安全、可靠，施工進(jìn)度較快。

拱部襯砌施工完成后即可進(jìn)行剩余的大跨度主體土方開挖和二襯施工，二襯結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可采用順作法、逆作法或兩者相結(jié)合的方式進(jìn)行。拱部在整個施工過程中都有成型的襯砌，邊墻部位有樁作為保護(hù)體系，施工過程安全，作業(yè)空間大，適合采用大型機(jī)械設(shè)備，便于進(jìn)行流水作業(yè)，施工進(jìn)度也較快。

3.2 不同點

3.2.1 小導(dǎo)洞施工

嚴(yán)格意義上的洞樁法無論是進(jìn)行幾跨施工，均為幾個小導(dǎo)洞打幾排樁，只有上層導(dǎo)洞，沒有下層導(dǎo)洞，傳力體系是通過樁基傳遞。PBA及混合工法則需要有上下2層導(dǎo)洞，并且PBA工法的上下層導(dǎo)洞數(shù)量應(yīng)該是一樣多，上下位置一致；混合工法兩側(cè)沒有下層導(dǎo)洞，中間有下層導(dǎo)洞。因此，從小導(dǎo)洞施工的角度來對比，洞樁法施工小導(dǎo)洞數(shù)量較少，對地層擾動較小，群洞效應(yīng)不明顯，而另外2種工法在施工過程中均要考慮群洞效應(yīng)，避免上下層導(dǎo)洞間的施工干擾和累計沉降等因素的影響。

3.2.2 洞內(nèi)樁施工

洞樁法必須要進(jìn)行洞內(nèi)樁施工，由于樁基施工深度較深，考慮到施工安全，一般不宜采用人工挖孔樁，而采用鉆孔灌注樁，PBA工法一般采用人工挖孔樁，而混合工法一般2種成樁方法都要用到。因此從樁（柱）施工的角度考慮，如果地層比較適宜，3種工法都可以采用鉆孔灌注樁，但是當(dāng)采用鉆孔灌注樁施工難度較大時，PBA工法有一定優(yōu)勢。

3.2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

洞樁法主要采用圍護(hù)樁和鋼支撐組成的圍護(hù)體系，PBA工法主要采用圍護(hù)樁和條形基礎(chǔ)組成的圍護(hù)體系，混合工法兩者都有。因此混合工法在同等條件下受力最為穩(wěn)定，對限制周邊地層變形最為有效。

3.2.4 鋼支撐施工工程量

洞樁法需要層層架設(shè)鋼支撐，PBA工法一般不需要架設(shè)鋼支撐，混合工法需要在中板下安裝一道鋼支撐。由于地下進(jìn)行鋼支撐施工在運輸、安裝等方面存在諸多困難，并且影響施工空間，所以從鋼支撐施工的角度考慮，PBA工法具有較大優(yōu)勢，洞樁法最為不利。

3.2.5 廢棄工程量

導(dǎo)洞越多需要破除處理的工程量就越大，因此從需要破除和廢棄工程量的角度考慮，洞樁法破除量最小，PBA工法最大，混合工法適中。

4 改進(jìn)措施

4.1 小導(dǎo)洞之間扣拱節(jié)點連接問題的改進(jìn)

為了讓導(dǎo)洞間的初支扣拱和小導(dǎo)洞連接牢固，目前的設(shè)計方案中大部分是在小導(dǎo)洞對應(yīng)的扣拱位置預(yù)留法蘭節(jié)點。根據(jù)現(xiàn)場施工的實際情況，在小導(dǎo)洞之間進(jìn)行扣拱施工時，兩側(cè)的小導(dǎo)洞如果進(jìn)尺、標(biāo)高、垂直度等相關(guān)參數(shù)中的任何一個不能達(dá)到理想狀態(tài)，都會導(dǎo)致初支扣拱位置的法蘭連接點質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)，往往會出現(xiàn)法蘭盤不能很好地對接、螺栓孔對不上等情況。鑒于以上原因，建議采用小導(dǎo)洞預(yù)留鋼板，扣拱格柵的拱腳位置采用“L”型筋與之焊接，這種連接方式雖然存在焊接施工時間較長的缺點，但是卻能較好地解決此重要接點的施工質(zhì)量，提高了后期導(dǎo)洞破除時的安全性。

4.2 中跨頂縱梁混凝土灌注問題的改進(jìn)

中跨頂縱梁施工空間較小，同時頂縱梁鋼筋又較密，如果混凝土從側(cè)面模板中進(jìn)行灌入，往往會出現(xiàn)混凝土的石子被鋼筋阻擋的情況，并導(dǎo)致管道堵塞，從而影響頂縱梁的施工質(zhì)量。因此，適當(dāng)調(diào)整小導(dǎo)洞的高度，在頂縱梁的上部預(yù)留一定的空間，讓混凝土從頂部進(jìn)行灌入，能夠較好地解決頂縱梁混凝土的灌注問題，并且頂縱梁鋼筋施工也較為容易。

4.3 側(cè)跨樁頂冠梁影響出入口暗挖進(jìn)洞的改進(jìn)

一般情況下，3種工法均需要進(jìn)行樁頂冠梁施工，而破除該冠梁的工程量大，且施工空間狹小，需要花費較大的人力、物力，施工工期也得不到保證，并且在冠梁破除過程中對周圍的土體擾動較大，增加了暗挖施工的風(fēng)險。建議在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，此位置應(yīng)當(dāng)盡可能減少配筋，降低混凝土標(biāo)號，加入其他易于破除的填充物，從而降低進(jìn)洞施工難度。

4.4 風(fēng)道破除馬頭門進(jìn)車站主體的改進(jìn)

暗挖車站的設(shè)計方案一般要求風(fēng)道二襯施工完成后方可進(jìn)行車站主體導(dǎo)洞和初支扣拱的施工，但是暗挖風(fēng)道在車站相交位置的結(jié)構(gòu)高度和寬度都較大，二襯施工周期太長，無法滿足工期要求。為了盡快進(jìn)行車站主體施工，需要在風(fēng)道二襯施工前進(jìn)行車站小導(dǎo)洞施工，甚至是初支扣拱施工，因此可在進(jìn)洞位置設(shè)置套拱對進(jìn)洞門位置進(jìn)行加強(qiáng)。通過套拱層層將洞門位置拱部受力傳遞至基底，確保進(jìn)洞安全，實現(xiàn)風(fēng)道和車站主體的初支及二襯平行施工，縮短施工工期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.5 混合工法中減少或取消中板下層鋼支撐

在混合工法中，施作中板下鋼支撐會帶來如下問題。

（1）鋼支撐和鋼圍檁加工需要花費大量的人力、物力和財力。

（2）在地下進(jìn)行鋼支撐施工存在較多困難，比如鋼支撐的運輸問題，超過20 m的鋼支撐安裝問題等。

（3）鋼支撐安裝和拆除需要較長的施工周期，增加了車站的整體施工工期。

（4）鋼支撐的安裝導(dǎo)致施工空間減小，不便采用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行土方的開挖和運輸，無法采用大型運輸工具進(jìn)行鋼筋的運輸，極大地限制了底板二襯的施工進(jìn)度。

因此在設(shè)計過程中可通過適當(dāng)增加樁體的嵌入深度、增大樁徑等方法增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；如果地質(zhì)情況較差，還可以考慮在樁基施工過程中預(yù)埋從樁頂?shù)綐兜椎淖{管，對樁底進(jìn)行后壓漿處理等改善樁端持力層條件；在中板下土方開挖過程中，可以考慮在樁間打設(shè)注漿管對樁基背后土體進(jìn)行注漿加固等技術(shù)措施。

4.6 對盾構(gòu)加寬段相關(guān)問題的改進(jìn)

如果暗挖車站接盾構(gòu)區(qū)間，往往需要在車站端頭位置設(shè)置加寬段，在加寬段的設(shè)計和施工過程中應(yīng)注意以下問題。

（1）適當(dāng)增加加寬段的初支長度，給加寬段堵頭位置的樁基施工提供較大空間。加寬段導(dǎo)洞雖然較大，但是一般情況下在寬度方向仍無法正常擺放鉆機(jī)，無限加寬導(dǎo)洞寬度又會帶來施工風(fēng)險，因此應(yīng)從外側(cè)長度方向增加加寬段長度，給鉆機(jī)施工提供空間，保證加寬段端頭位置樁基能正常施工。

（2）在風(fēng)道初支與加寬段相交位置影響樁基施工的側(cè)向超前小導(dǎo)管及鎖腳錨管應(yīng)取消，否則在樁基施工位置從上到下會有很多鋼管在樁位上，導(dǎo)致此處的圍護(hù)樁無法鉆進(jìn)。

5 結(jié) 語

根據(jù)上述對比分析，以上3種工法各有優(yōu)缺點，因此在工法的選擇上一定要根據(jù)地質(zhì)、工期等方面的具體情況，合理選擇工法，并進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，在確保安全和質(zhì)量的前提下，盡量縮短施工工期，獲取更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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