PBA車站近距離平行下穿污水管變形控制施工技術(shù)

蘭峰濤

摘 要：北京地鐵6號(hào)線西延工程蘋果園南路站采用PBA工法施工，該車站站體均處于圓礫卵石層，在施工中需近距離平行下穿一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源——φ1000污水管（滲漏嚴(yán)重），針對(duì)以上難點(diǎn)，通過蘋果園南路站的工程實(shí)踐，分析給出了關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：（1）深入分析砂卵石地層的特性，將暗挖“十八字方針”深入應(yīng)用的PBA工法施工的各道工序之中，明確各道工序的控制要點(diǎn)，確保了控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；（2）根據(jù)上下導(dǎo)洞開挖位置與風(fēng)險(xiǎn)源位置的距離差異，科學(xué)的選擇不同的地層超前預(yù)加固措施，既有效地保證了下導(dǎo)洞施工的快速推進(jìn)，又保證了上導(dǎo)洞施工的安全穩(wěn)定；（3）采用合理的坍塌應(yīng)急處理措施，對(duì)開挖過程中的局部超挖進(jìn)行嚴(yán)格處理，確保了暗挖施工的整體安全。

關(guān)鍵詞：PBA法；變形控制；地鐵車站；污水管；近距離

中圖分類號(hào)：TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

城市地鐵車站施工，從防水及投資方面考慮，常采用明挖法。但面對(duì)城市人口的膨脹，城市化進(jìn)程的加深，從地面走向地下，是在空間資源有限的條件下的必然選擇。城市地鐵暗挖車站施工開挖斷面大，為了控制地表沉降、保證周邊建筑物安全，施工時(shí)必須將開挖斷面化大為小。雖然在暗挖區(qū)間隧道時(shí)常用的臺(tái)階法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、CRD（CD）法等也能將開挖斷面化大為小，但是在車站這種超大斷面開挖時(shí)，施工安全及控制沉降等方面就無法保障，這樣就衍生出了PBA法。PBA洞樁法的原理就是將傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)施工方法（即在地面先做基坑圍護(hù)樁，然后從上向下進(jìn)行基坑土方開挖，必要時(shí)加撐防止基坑變形，開挖到底后從下向上施工框架結(jié)構(gòu)）和暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，即在地面上不具備施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)條件時(shí)，改在地下提前暗挖好的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱，共同構(gòu)成樁、梁、拱支撐框架體系，承受施工過程的外部荷載，然后在頂拱和邊樁的保護(hù)下，逐層向下開挖土體，施工內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。本文結(jié)合北京地鐵6號(hào)線蘋果園南路站工程施工，針對(duì)PBA工法近距離平行下穿污水管，需嚴(yán)格控制變形的問題，歸納總結(jié)相應(yīng)的技術(shù)要點(diǎn)，以期形成PBA工法地鐵車站施工變形控制施工關(guān)鍵技術(shù)。

1.工程概況及工程地質(zhì)

蘋果園南路站位于東西向蘋果園南路和楊莊大街、蘋果園大街交叉路口東南側(cè)，蘋果園南路南側(cè)綠化帶內(nèi)，沿東西向設(shè)置。蘋果園南路站為島式站臺(tái)，車站總長(zhǎng)為259.65m，有效站臺(tái)寬度14m。主體結(jié)構(gòu)采取雙層三跨結(jié)構(gòu)，洞樁法施工。

水文地質(zhì)條件：車站自上而下穿越地層依次為基本土層為雜填土層、卵石填土層、卵石層。車站1層導(dǎo)洞位于卵石5層、7層，一般粒徑30mm～70mm，最大粒徑不小于420mm，粒徑大于20mm的含量大于70%，中粗砂、粘性土充填。

在車站上方沿線路方向有一條φ1000mm的污水管，年代久遠(yuǎn)、滲漏嚴(yán)重，距離車站主體3.2m，距離橫通道最近處僅0.6m。施工過程中需采取合理的技術(shù)措施，保證污水管線變形及地面變形控制在允許范圍之內(nèi)是本工程最大的難點(diǎn)，如圖1所示。

2.關(guān)鍵工序和措施

蘋果園南路站體均處于圓礫卵石層，卵石粒徑較大，圍巖自身松散，不易成洞型，圍巖變化頻繁，砂層夾層和密集卵石層較多，施工開挖容易發(fā)生掌子面坍塌，必須采取有效措施確保開挖掌子面的穩(wěn)定和地層的穩(wěn)定；同時(shí)PBA工法施工時(shí)產(chǎn)生的群洞效應(yīng)對(duì)地層的多次擾動(dòng)使施工安全受到威脅，管線及地層變形容易快速累積，必須把每一道工序的變形量嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)。

2.1 領(lǐng)會(huì)并嚴(yán)格執(zhí)行“十八字方針”

淺埋暗挖法是在城市地鐵隧道施工歷經(jīng)多地區(qū)實(shí)踐基礎(chǔ)之上提出的具有我國(guó)特色的軟土隧道施工方法。它的精神實(shí)質(zhì)及要領(lǐng)都融合在這十八字方針里——“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”。

“管超前、嚴(yán)注漿”是指地層超前加固的深度、范圍、注漿量都要執(zhí)行到位，開挖后如果加固效果不佳，需重新局部加固，克服僥幸心理，不冒進(jìn)。

“短開挖”不是指臺(tái)階長(zhǎng)度短，而是指控制循環(huán)進(jìn)尺均按圖紙要求的50cm開挖，此舉不僅可以少擾動(dòng)地層，而且可以縮短每循環(huán)的開挖出土量，進(jìn)而縮短每循環(huán)的時(shí)間，充分利用土體的“時(shí)間空間效應(yīng)”，減小開挖過程中無支護(hù)土體的暴露時(shí)間，達(dá)到規(guī)避坍塌風(fēng)險(xiǎn)的目的。

“強(qiáng)支護(hù)”的關(guān)鍵在于初支格柵節(jié)點(diǎn)的連接，尤其是初支扣拱拱腳的連接。首先要做好導(dǎo)洞開挖時(shí)的格柵同步，建立格柵里程同步臺(tái)賬，以確保初支扣拱兩個(gè)拱腳位于同一里程，不出現(xiàn)錯(cuò)位無法連接的情況；其次初支扣拱開挖時(shí)，格柵拱腳節(jié)點(diǎn)與導(dǎo)洞預(yù)埋鋼板焊接必須做到逐個(gè)驗(yàn)收，留取影像資料。高質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)連接方能保證拱部上方土體壓力有效地傳遞至初支結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減小地層及管線變形。

“快封閉”不僅僅是指全斷面及早封閉，在分部開挖中，每一分部開挖面也應(yīng)能盡快封閉。動(dòng)土前保證各種材料、應(yīng)急措施到位；開挖過程中確保每道工序銜接到位；斷面封閉后及時(shí)進(jìn)行回填注漿，填充初支與土體間的縫隙，使地層應(yīng)力的釋放得到有效控制，地層內(nèi)部的變位調(diào)整也將減小。

“勤量測(cè)”是指信息化施工，充分利用信息化手段，通過對(duì)施工信息的搜集、整理、分析，對(duì)各項(xiàng)施工參數(shù)不斷優(yōu)化、糾偏，選擇科學(xué)合理的參數(shù)后，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)的預(yù)測(cè)，保證各項(xiàng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.2 科學(xué)選擇地層超前預(yù)加固措施

車站上導(dǎo)洞及扣拱距離管線近，風(fēng)險(xiǎn)大；下導(dǎo)洞距離管線遠(yuǎn)風(fēng)險(xiǎn)??；因此上導(dǎo)洞的采用超前水平深孔注漿加固土體（水泥水玻璃雙液漿），下導(dǎo)洞采用小導(dǎo)管注漿加固土體（水泥漿）。此種做法的優(yōu)點(diǎn)在于：

深孔注漿加固土體優(yōu)點(diǎn)是漿脈分布均勻，缺點(diǎn)是工效較低、造價(jià)高，并且容易引起地面隆起，采用此種方法加固上導(dǎo)洞土體易于控制拱部超挖，控制風(fēng)險(xiǎn)。

小導(dǎo)管注漿加固土體優(yōu)點(diǎn)是操作靈活、功效高、造價(jià)低，缺點(diǎn)是小導(dǎo)管在砂卵石地層中不易打設(shè)，漿脈分布不均勻，采用此種方法加固下導(dǎo)洞土體易于使施工快速推進(jìn)，降低造價(jià)。

2.3 坍塌應(yīng)急處理

坍塌后必須沉著并及時(shí)處理。出現(xiàn)塌方及時(shí)上報(bào)，留好現(xiàn)場(chǎng)照片。由于車站分塊分部開挖，暗挖開挖的步距一般為50cm，即使出現(xiàn)坍塌，受空間限制，坍塌量不大；但若處理不當(dāng)，可能引起地面塌陷，影響地面交通和周邊居民的正?；顒?dòng)。坍塌處理的第一措施在于封閉掌子面，控制坍塌；再就是及時(shí)注人填充物，回填孔洞；同時(shí)改善圍巖，穩(wěn)步前進(jìn)，安全施工。為此，掌子面附近應(yīng)準(zhǔn)備方木、鋼管、鋼網(wǎng)片、加氣磚等必備材料。坍塌后，按以下步驟處理：

（1）掌子面打入鋼管或鋼筋，掛網(wǎng)噴10cm～20cm厚混凝土封閉掌子面。用方木或工字鋼支撐未封閉成環(huán)的初期支護(hù)段。

（2）噴混前預(yù)埋灌噴管（Φ80鋼管，尾部伸出初支面，前端靠近坍塌頂部）。

（3）插入2～3根回填注漿管（Φ32鋼管，其中1根為導(dǎo)氣管，前端錐形并預(yù)留溢漿孔，管身不開孔；導(dǎo)管一端接近坍塌區(qū)頂部，另一端固定在格柵鋼架上）。

（4）灌噴要點(diǎn)（水量開到最大，使混凝土流動(dòng)性最佳）。

（5）回填注漿材料選用雙液漿或砂漿。

（6）現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急物資要配備各種長(zhǎng)度的灌噴管和注漿管。

3.工程效果

車站施工完成后，地面平均變形值為-4.72mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于控制標(biāo)準(zhǔn)-30mm，達(dá)到了預(yù)期的目的，有效保證了施工安全，如圖2所示。

結(jié)論

（1）砂卵石地層PBA工法各工序的實(shí)施要點(diǎn)的執(zhí)行和應(yīng)用，有效保證了PBA暗挖車站近距離平行下穿φ1000污水管變形控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可以在同類或相似地層中推廣使用。

（2）根據(jù)上下導(dǎo)洞開挖位置與風(fēng)險(xiǎn)源位置的距離差異，科學(xué)的選擇不同的地層超前預(yù)加固措施，既有效的保證了下導(dǎo)洞施工的快速推進(jìn)，又保證了上導(dǎo)洞施工的安全穩(wěn)定；總體上也有利于車站的投資控制。

（3）坍塌應(yīng)急處理措施，對(duì)開挖過程中的局部超挖進(jìn)行嚴(yán)格處理，步步為營(yíng)，有效避免了砂卵石地層中超挖的“積少成多”，成功預(yù)防了坍塌的發(fā)生，確保了暗挖施工的整體安全。

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