地铁暗挖工艺和车站的PBA工法

地铁暗挖工艺和车站的PBA工法

王晓勇

王晓勇中铁十八局集团有限公司北京100067

[摘要]PBA法施工具有控制地表沉降、保证周边建筑物安全的同时实现地下大断面暗挖结构形成的优点,是城市地铁施工的新思路。本文简单介绍了地铁车站的PBA工法，并以实际工程为例探讨了其施工要点。

[关键词]PBA；土方开挖；小导洞；扣拱城市地铁车站开挖断面大,为了控制地表沉降、保证周边建筑物安全,施工时必须将开挖断面化大为小。虽然在暗挖区间隧道时常用的台阶法、侧壁导坑法、中洞法、CRD(CD)法等也能将开挖断面化大为小,但是在车站这种超大断面开挖时,施工安全及控制沉降等方面就无法保障,这样就衍生出了PBA法。

一、地铁车站PBA工法

PBA工法实际上是将盖挖法施工的桩、梁、柱等转入地下进行,构成一个桩、梁、拱支撑框架体系,共同承受施工过程中的外部荷载，属于浅埋暗挖法范畴。PBA工法有顺作法和逆作法之分。PBA顺作法,即利用小导洞施工钻孔围护桩及中柱,再建立起桩、梁、柱支撑体系,然后扣拱,在顶拱的保护下由上而下逐层开挖土方,按设计部位架设钢支撑至设计标高,再由下而上修筑内部主体结构。PBA逆作法,即在建立起桩、梁、柱支撑体系并扣拱后,在拱、桩、柱支护结构下逐层向下开挖土体,边开挖边自上而下施作内部结构。

工法原理：PBA工法即洞桩法。即地面不具备施工基坑围护结构条件时，先施工小导洞，然后在导洞内施工围护边桩、中柱、底梁和顶梁,梁柱完成后,再施工拱顶结构,形成类似传统框架结构的桩、梁、拱支撑体系,承受施工过程的外部荷载；然后在顶拱和边桩的保护下，逐层向下开挖（必要时设预加力横向支撑），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。

工法特点：（1）由于采用暗挖法施工,对地面和周边环境影响较小,适用于受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构筑物(桥桩、管线等)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。

二、PBA工法应用（一）工程概况北京地铁八号线三期工程六营门车站位于北京丰台区南大红门路与万源南路路交口，南北向布置于南大红门路下方，车站总长182.1m，标准段宽度为21.1m，车站底板埋深约23.97m，车站主体为地下两层直墙三联拱结构。车站采用PBA洞桩法施工，支护结构包含多次复杂工序的交叉转换，如导洞内边桩施工要求洞内绑扎钢筋笼；车站拱顶扣拱时格栅对接精度不易控制。

（二）施工步骤从竖井横通道进入上下两层导洞施工，导洞贯通后在下层中洞施做底纵梁，然后施做钢管混凝土柱，顶纵梁。边洞施作条形基础，然后施做挖孔桩、冠梁；以边洞导洞内施作主体结构拱边段，回填支护后背与导洞初期支护之间空间。在中洞钢管混凝土柱施工完毕后施工顶纵梁，以注浆小顶纵梁施工完毕后开挖导洞之间土体，施作车站主体上部初期支护(以下简称主拱)，并与两侧导洞及拱边段联成整体。

在主拱的保护下开挖土体并施作中板和上部拱墙二次衬砌结构。分层实施下部开挖，分层架设横撑和实施桩间初期支护，然后进行下部主体结构施作。具体做法如下：第1步：超前注浆小导管加固地层，先开挖边导洞，在开挖中导洞，导洞台阶法施工，格栅喷混凝土支护。

第2步：边导洞开挖支护完成后，在下层边导洞施做条形基础，上层边导洞人工挖孔由内向外跳孔施工边洞围护桩（桩径Φ1000mm、间距1.5m)，溜槽法灌注混凝土，清理桩头后，施作冠梁。中导洞开挖完成后，在下层中洞施做底纵梁，上层中洞施做钢管柱挖孔桩，完成后施做顶纵梁。

第3步：在导洞内施作主拱格栅钢架，与导洞格栅钢架预留接头相连。

第4步：浇筑拱边段后再进行背后回填。

第5步：超前注浆小导管加固地层后弧形导坑法开挖导洞间的拱部土体、施作初期支护，必要时设置临时竖撑。

第6步：拆除临时竖撑后向下开挖至中板下一定距离，拆除永久结构断面内导洞格栅钢架，拆除长度应根据监控量测严格控制。

第7步：依次施作拱墙部防水层、中板底模、中板浇筑、拱墙浇筑，预留边墙钢筋和防水层。

第8步：向下开挖至钢管撑标高下0.5m，桩间喷射50mm厚C20混凝土找平，必要时进行桩间注浆加固，架设腰梁及钢管撑。

第9步：继续下挖至基底标高，桩间喷混凝土，施作底板垫层。

第10步：铺设底板防水层及其保护层，浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接，施作站台板等车站内部结构，车站土建施工完成。

三、施工过程中的质量控制（一）导洞土方开挖导洞开挖时为避免群洞效应，相邻导洞进尺差应大于15m。横导洞土方采用全断面开挖法施工。主体导洞内土方采用两台阶预留核心土环形开挖法施工，人工开挖，三轮小拖车转运渣土至洞口放入竖井，由竖井提升装置出土。当遇见砂夹石，硬质粘土等紧密坚硬围岩时，可使用风镐等小型机具配合开挖，以加快施工进度。洞内台阶长度以3～5m长为宜，不可过长或过短，影响开挖安全，导致地面沉降。

车站导洞设有临时支撑，分上、下双层进行施工，每层均采用台阶法施工，每层导洞施工进尺错开距离不小于15m。

（二）小导洞施工采用PBA工法施工一般小导洞数量较多，为了控制地表沉降、严防坍塌，在导洞施工时，必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的浅埋暗挖十八字方针，根据“时空效应”理论合理组织导洞开挖顺序及步距，减小群洞效应，将地表沉降控制在允许范围以内。

结束语本站采用PBA工法,各施工工序转换得当，各环节施工有条不紊进行,能保证了工期要求,控制了地表沉降，应受到认可，并值得广泛推广。

参考文献[1]黄广锴.PBA工法在北京地铁10号线区间超大断面隧道施工中的应用[J].铁道标准设计,2008年12期.[2]韦京,杜林林,孙明志.地铁车站PBA工法小导洞施工方案优化研究[J].建筑技术,2014年9期.