城市地鐵車站PBA洞樁法施工及地表沉降研究

王 亮，袁 東

（1.遼寧省交通高等?？茖W校，遼寧 沈陽 110122；2.江蘇盛華工程監理咨詢有限公司，江蘇 徐州 221006）

城市地鐵車站PBA洞樁法施工及地表沉降研究

王 亮1，袁 東2

（1.遼寧省交通高等?？茖W校，遼寧 沈陽 110122；2.江蘇盛華工程監理咨詢有限公司，江蘇 徐州 221006）

本文以沈陽某地鐵車站PBA洞樁法施工實例為背景，論述了PBA洞樁法的施工工藝；通過現場實測數據分析，研究PBA洞樁法施工時地表沉降的規律和特點；提出了PBA洞樁法施工建議，供施工技術人員參考.

地鐵車站；PBA洞樁法；地表沉降；施工建議

近年來，PBA洞樁法在眾多的暗挖工法中以其特殊的優勢為人們所關注，在北京、沈陽等城市復雜工程環境中的地鐵車站及區間段修建中得到了廣泛的應用[1].國內研究者已對該工法展開了大量的研究，但目前對PBA洞樁法施工時地表沉降規律和特點的研究比較少，不利于該工法的應用和推廣.本文依據沈陽某地鐵車站的PBA洞樁法施工實例，對PBA洞樁法施工地表沉降進行研究分析.

1 工程概況

1.1 車站概況

地鐵車站采用PBA洞柱法逆作施工，為二層二跨二連拱結構.頂拱由鋼格柵＋噴射混凝土的初期支護和模筑鋼筋混凝土的二次襯砌構成，初支與二襯之間設柔性防水層.基坑采用鉆孔灌注樁（φ800＠1200）加鋼支撐（φ609×14）支護，此樁兼做承載力樁基，承受暗挖逆筑法頂拱腳豎向壓力；導洞及主體頂拱初期支護采用大管棚及小導管注漿超前加固地層等施工輔助措施.

1.2 工程地質概況

擬建場地地形變化平緩，地面標高介于43.70～45.68m之間，最大地面高差1.98m.根據地質勘察報告，擬建場地范圍內的地層結構為第四系全新統人工填土層、第四系全新統渾河高漫灘及古河道沖積層、第四系全新統渾河新扇沖洪積層.

2 施工工藝

車站主體結構PBA洞樁法逆作施工工藝如下圖1所示.

具體做法如下：

圖1 地鐵車站PBA逆作工法施工工藝

第一步：施工（1）、（3）小導洞拱部超前小導管，并注漿加固地層，臺階法開挖小導洞（1）、（3）并施工初期支護（臺階長度不大于3m），洞通后在小導洞（1）、（3）內施工鉆孔灌注樁、樁頂冠梁及洞口初期支護加強環梁.

第二步：鉆孔灌注樁施工完后，施工（2）、（4）小導洞拱部超前小導管，并注漿加固地層，臺階法開挖小導洞（2）、（4），并施工初期支護（臺階長度不大于3m）.先施工下導洞，后施工上導洞，上導洞（2）落后下導洞（4）不小于8m.洞通后施工上下導洞間鋼護管.

在下導洞（4）內施工底板梁防水層及底板梁后，施工鋼管混凝土柱（鋼護筒與鋼管混凝土間空隙用砂填實），然后在導洞（2）內施工頂拱梁防水層及頂縱梁，并在頂縱梁中預埋鋼拉桿.

第三步：從車站兩端相對施工頂拱（5）、（6）超前大管棚及小導管，并注漿加固地層.施工開挖導洞（5）、（6）土體，并施工頂拱初期支護，頂拱土體開挖采用臺階法，留核心土，開挖步距不大于1m，并加強監控量測.導洞（5）、（6）貫通，且初期支護變形穩定后，沿車站縱向分段（每段不大于一個柱跨）鑿除小導洞（1）、（2）、（3）部分初期支護結構，施工頂拱防水層及結構二襯，并及時施工鋼拉桿.二襯沒施工部分不得拆除小導洞初期支護.

第四步：頂拱二襯施工完成后，沿車站縱向分為若干個施工段（不大于兩個柱跨）：在每個施工段分層開挖土體至樓板下1.5m處（邊開挖邊施工樁間網噴混凝土及切割掉鋼護管），分段施工樓板梁及中樓板，并施工側墻防水層、保護層及側墻.

第五步：沿車站縱向分為若干個施工段（不大于兩個柱跨）：在每個施工段分層開挖主體至鋼支撐下0.5m處（邊開挖邊施工樁間網噴混凝土及切割掉鋼護管），并架設鋼支撐，繼續開挖基坑至基底，施工底板防水層及底板.

第六步：施工結構底板及混凝土結構柱.拆除鋼支撐，施工側墻防水層及側墻，完成車站結構主體.

3 地表沉降分析

3.1 測點布置

測點布設沿線路前進方向，縱向每10m布設一個監測斷面，橫向每個斷面布設2～9個監測點.測點布置如圖2、圖3所示.

圖2 地表沉降監測點布置平面圖

圖3 C、G斷面地表沉降監測點布置圖

3.2 地表沉降分析

整個施工過程中，各主要施工階段引起的典型橫斷面主測點地表沉降量如表1所示.

表1 主要施工工序引起的地表沉降量分析表（mm）

根據表中數據可知，主要施工工序引起的地表沉降量有以下特征：

（1）每個測點在其對應的開挖工序上的沉降量最大，而其他開挖工序對其影響是測點及開挖工序的不同，影響也不盡相同.

（2）a工序的單純導洞開挖階段引起的地表沉降量除了對應的測點3、4外，對于其余測點的影響較小，均在10％以下.因導洞斷面相對較小，而且兩個導洞間的距離又相對較大，所以引起的隧道中線處地表沉降量不大，只占總地表沉降量的3.33％（C斷面）和6.56％（G斷面）.

（3）邊樁施工過程中，對應的測點3、4在兩個斷面處的沉降值均較大，分別占總沉降量的33.33％、37.50％（C斷面）和32.47％、24.85％（G斷面），對于隧道中線及兩隧洞中線的影響介于12％～27％之間，相對于對邊測點3、4的影響較小，但相對于a工序的影響要大.

（4）隧道中線小導洞和鋼管砼柱施工，對于隧道中線地表沉降影響較大，沉降量占比分別為35.00％（C斷面）和30.60％（G斷面）.從表中可知，該施工過程對于兩側隧洞中線處沉降影響相對較小，對于邊測點的影響就更小了.

（5）扣拱開挖與支護施工過程中，對于各個測點的影響均較大，沉降量占比均在20％以上，對于對應測點1、2的影響更加明顯，占比分別達到了49.07％、35.64％（C斷面）和61.49％、42.28％（G斷面）.這說明在采用PBA洞樁法進行施工時，對拱頂下沉影響最大的工序是拱部開挖，必須采取有效措施對拱部地層進行預加固或預支護處理，尤其是地層條件較差時更應加以重視，從而有效地控制住拱部開挖對洞周地層穩定的不利影響.

（6）進入e工序后，地表沉降逐漸減小，這是因為在形成整體支護體系以后再進行洞室主體的開挖對洞周地層的擾動是很小的，不會引起明顯的地層沉降，從而有利于施工現場的環境控制.但對于邊測點3、4的影響偏大，占比在20％左右.說明進行土體開挖后，降低了土體對于邊樁的約束，增加了邊樁處的地表沉降.

4 施工建議

（1）加強扣拱和結構施作階段的支護與量測，嚴格遵守“管超前、嚴注漿、短進尺、快封閉、強支護、勤量測”的淺埋暗挖十八字方針[2]，并遵守“先替代、后轉換”的暗挖結構轉換要領.

（2）小導洞開挖時應做好超前支護，盡快封閉導洞，降低在導洞開挖時所引起的地表沉降.

（3）邊樁施工要嚴格按照要求施工，保證邊樁承載力要求，降低洞室主體開挖過程中邊樁處地表沉降.

（4）必須采取有效措施對拱部地層進行預加固或預支護處理，尤其是地層條件較差時更應加以重視，從而有效地控制住拱部開挖對洞周地層穩定的不利影響.

（5）對于兩跨及以上隧洞施工，連接各跨處的導洞和鋼管砼柱的施工要做好預加固和預支護，降低施工過程中所引起的地表沉降.

（6）主體隧道開挖應及時架設鋼支撐和仰拱，降低拱底隆起，控制地表沉降.

（7）復雜地質條件下采用PBA洞樁法施工，提高施工質量，減少對土體的擾動，能夠有效減小地表沉降.

（8）施工過程應嚴格進行監控量測，并對監控數據進行分析和反饋，動態指導施工和設計參數的調整.

〔1〕高成雷，羅書學，朱永全.淺埋暗挖洞樁法的三維有限元模擬分析[J].石家莊鐵道學院學報，2002（9）.

〔2〕王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術[M].北京：人民交通出版社，2010.

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1673-260X（2011）10-0128-03