浅谈地铁暗挖工艺和车站的PBA工法

摘要: 随着现代城市不断的发展及建设，我国的城市轨道交通建设事业同样也得到了快速的发展，为了缓和城市交通拥挤的状况，国内很多大城市相继修建了地铁。地铁作为城市的地下工程，具有工程量大、建设工期紧、参建单位多，地层以及周边构筑物复杂、技术要求高、施工工序多等一些特点。本文主要对地铁暗挖工艺和车站的PBA工法进行分析。

关键词：地铁；暗挖工艺；PBA工法

中图分类号：U231文献标识码： A

一、暗挖法的施工特点

目前，国内外地铁施工方法主要有：明挖法、盖挖法、暗挖法。暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括：钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛。目前北京地区的隧道施工当中以该两种方法居多。浅埋暗挖法又称矿山法，起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程，是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

二、浅埋暗挖法的主要技术特点

浅埋暗挖法的主要技术特点为：动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面的作用；研究、创新了劈裂注浆方法加固地层；发展了复合式衬砌技术；并开创性的设计应用了钢筋网构拱架支护进行隧道的设计和施工。是以改造地质条件为前提，控制地表沉降为重点，以格栅和砼作为初支。浅埋暗挖法的优点：拆迁少，污染少，对地面建筑影响小。缺点：速度慢，砼粉尘多，劳动强度大，机械化程度低，高水位地层结构防水困难。浅埋暗挖法的施工步骤：施工准备――超前小导管布设――注浆――土方开挖――格栅架设――钢筋网片、连接筋――喷射混凝土――防水施工――二次衬砌。

三、浅埋暗挖法的施工技术原则

暗挖法施工技术原则：浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测。”

管超前：采用超前管棚或超前导管注浆加固地层，作用是约束土体变形，减少坍塌。

严注浆：在管棚法超前支护后，立即进行压注水泥浆填充砂层孔隙，凝固后砂土胶结成具有一定强度的“结石体”，使周围地层形成一个壳体，增强其自稳能力。每次注浆前对掌子面进行喷射混凝土封闭，以防浆液在压力作用下溢出。

短进尺：每次开挖先进行环状开挖，预留核心土，保证每次开挖的榀距不得大于设计标准，当遇到地质突然变差或含水量加大时甚至要加密榀距，必要时停止开挖。

强支护：按照初喷混凝土――架网构格栅――挂钢筋网――再喷混凝土的次序进行初期支护施工，使初期支护具有足够的强度和刚度，尽量减少其变形量，采取加大拱脚办法以减小地基承受的压力。

早封闭：初期支护从上到下及早形成环状结构，是减小地层扰动的重要措施。“随开挖，随支护”，缩短土体开挖后暴露的时间，使初期支护尽早封闭成环，有效的利用土体有限的自立能力。

勤量测：坚持以量测资料进行反馈指导施工，是浅埋暗挖法的基点。地面、地中及地下量测每日输入电脑进行信息分析反馈，用以指导施工。

四、车站PBA工法

地铁车站的施工受到地质条件、地面交通、地下管线及建（构）筑物、工期等多方面条件的影响。暗挖车站由于具有不影响交通、无管线改移等优势，在国内外地铁车站建设中得到了越来越广泛的应用。由于车站结构断面形式复杂、断面尺寸较大、地表沉降要求严格，因而在实际的暗挖工法选取以及施工过程中出现了非常多的问题。

PBA工法（也称洞桩法）是近年来在地铁车站施工中新出现的暗挖工法，该工法综合了暗挖、明挖和盖挖法的优势，以结构受力明确，工序转换少，控制地表沉降好等优点，得到了广泛认可和推广。

PBA洞桩法的原理：就是传统的地面框架结构施工方法（即在地面先做基坑围护桩，然后从上向下进行基坑土方开挖，必要时加撑防止基坑变形，开挖到底后，从下向上施工框架结构）和暗挖法进行有机结合，在地面上不具备施工基坑围护结构条件时，改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩，中柱、底梁和顶梁、顶拱，共同构成桩、梁、拱支撑框架体系，承受施工过程的外部荷载，然后再顶拱和边桩的保护下，逐层向下开挖土体，施工内部结构，最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。

PBA工法的工艺特点：

（1）由于采用暗挖法施工，对地面和周边环境影响较小，适用于收环境条件限制无法进行明挖施工的地下结构工程。

（2）本工艺所引起的地面沉降变形相对较小，对保护暗挖结构附近的地下管线和周边建筑物的安全有利。

（3）与其他大跨度暗挖工艺（如中洞法、CRD法等）相比，废弃工程量相对较少，结构受力条件也好，因此本工艺也相对经济。

（4）不受结构跨度和层数限制，适用范围较广，特别适合距桥梁桩基和高层建筑物很近的地下工程的施工。因为边桩本身可起到隔离桩的作用，从而达到保护建构物安全的目的。

下面结合工程实际案列来对PBA工法进行介绍：

工程概况：北京地铁六号线一期14号线甜水园站位于南北向甜水园街与东西向朝阳北路交叉路口以北，沿甜水园街路下南北向布置，平面上与朝阳北路下的6号线车站呈倒T型布置，两站采用通道换乘。车站为双岛式地下车站，总长236.0m，主体标准段结构宽度为23.3m，有效中心里程K33+465.430，车站有效站台中心处轨面高程12.944m，轨面埋深约23.20m。受站位处地下管线、建(构)筑物以及地面交通的影响，车站主体结构采用PBA工法暗挖实施。

车站主体标准段采用双层三联拱结构。为保证车站结构施工安全，车站结构必须尽快形成框架。首先施工8个导洞（上4个、下4个）接着在导洞内施工承载结构和传力结构，包括条形基础、边桩、底纵梁、钢管柱、顶纵梁等，然后由下至下逆作车站主体结构，包括拱顶的二次衬砌、站厅层、站台层等，最后进行建筑装修和设备安装的施工。具体施工步骤如下：

施工上下8个小导洞超前支护；按“先下后上、跳挖错距”原则进行导洞开挖；导洞采取上下台阶法开挖并预留核心土，台阶长度46m，核心土长度不小于2m,核心土面积为掌子面的三分之一；上层导洞超前下层导洞的1015m，左右相邻导洞掌子面错开818m以上。下导洞贯通后，施工下导洞横通道；下导洞内施工条形基础，施作中间底纵梁，施作挖孔桩、边桩（跳孔施工）及桩顶冠梁；施工下部横通道部分底板；边桩外侧与导洞间采取C20砼回填。上层边导洞内架设主体侧洞钢架，下部与冠梁上预留钢筋焊接，上部与导洞预埋钢筋焊接，确保焊接质量，回填钢架后砼；中间导洞施作钢管柱、顶纵梁，预留钢筋及防水接头。施作主体中洞超前支护，开挖、支护并施作二衬，设置钢拉杆。施工主体侧洞初期支护，对称开挖并施工初期支护；中洞开挖先行，侧洞同步紧跟，两掌子面相距8―10m。根据监控量测结果，6―8m分段，跳段施作防水层及二衬扣拱；边跨二衬扣拱应分段对称施工。二衬扣拱达到设计强度100%后，向下开挖土方至站厅中板底设计标高；施作底模，铺设侧墙防水层，浇筑站厅层中板结构和侧墙结构；中板采用底模施工，预留预埋各种孔洞构件、钢筋接头、防水板搭接长度；钢管柱处中纵梁及中板钢筋与钢管柱连接件焊接。 待中板砼达到设计强度100%后，在车站中间开挖“V”型槽至底板设计标高，凿除下导洞砼；施作底纵梁中间部分车站底板；土方开挖时，应沿钢管柱四周平衡开挖，以减少土方对中间钢管柱的压力，避免产生不必要的变形。 待中跨结构底板施工完成并达到设计强度的75%后，根据监控量测结果，10-12m分段、跳段开挖边跨范围内的土方至底板下方，施作边跨范围内的垫层、防水层，施工边跨结构底板。 结构底板砼强度达到设计强度75%后，施工剩余防水层及地下二层结构侧墙；施作内部构件，并拆除顶纵梁间拉杆；施工车站内部结构，完成土建施工。

五、PBA逆作法施工优缺点：

优点：(1)步步为营，拱部二衬形成较早，防范了因拱部初支不足造成的拱部塌方。

（2）上部二衬结构施工较早，且二衬结构支撑在两侧围护桩结构上，加强了对初支的支撑作用，减短了上部初支暴露时间，可大大减小地面沉降。

（3）拱部二衬紧跟，先施工了站厅板结构，增加了两侧围护桩的支撑作用，下部开挖施工减少两道临时横撑，减少了工程量，节约了工期。

（4）站厅板结构采用地膜施工，可以大量减少模板和支撑，极大地减少了工作量并节约了材料。

缺点：(1)工序转换复杂，各个工序的衔接和组织要求较高，工期较长。

（2）将大跨度结构分割为小断面的洞室是把“双刃剑”，如在暗挖施工过程中对各个过程的连接控制不到位或方法不当会增加塌方的危险和二次或多次沉降较大的问题。

（3）结构施工缝较多，防水及施工缝处理要求高，处理不当易形成渗漏

六、结语：

北京地铁六号线一期14号线甜水园站由于受地质和水文条件、周边地面建筑物及地下构筑物、埋深及大跨度开挖等因素制约，采用了PBA工法进行施工，有效地控制地表沉降，保证了周边建筑物及地下管线的安全，为今后类似工程和工法的施工提供借鉴和参考。

参考文献：

[1]. DBJ01-87-2005北京市市政基础设施工程暗挖施工安全技术规程.【S】.2005.

[2]. GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范.【S】.北京：中国计划出版社，2004.

[3]. 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.【M】.合肥：安徽教育出版社.2004.

[4].朱泽民.地铁暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术【J】.隧道建设，2006年05期.