PBA 法地鐵車站平頂頂板施工技術研究

吳 志，王瑞賢

（中鐵一局集團第四工程有限公司，陜西 咸陽 712000）

在城市地鐵施工中，因為暗挖法施工基本上不受外界道路和管線的影響，不存在交通疏解的難題，受到施工干擾影響也較小，因而成為了目前地鐵車站比較常用的施工方法，而暗挖洞樁法（PBA 法）就是很有代表性的一種。該方法在傳統淺埋暗挖法的基礎上吸收了蓋挖法的特點，將明挖框架結構施工方法和暗挖法進行有機結合，適用范圍較廣。文獻[1]對北京地鐵10 號線勁松站的洞樁法頂縱梁技術進行了介紹，總結出了一些頂縱梁施工的方法。文獻[2]對沈陽地鐵青年大街站二次襯砌扣拱技術進行了系統闡述以及施工中需要卡控的重點。文獻[3]以北京地鐵10 號線工體北路站洞樁法（PBA）扣拱施工實體工程為實例，詳細說明了洞樁法（PBA）施工技術的優(yōu)點，并對洞樁法（PBA）施工存在的邊拱施工、初支扣拱，二襯等具體技術進行了詳盡研究。文獻[4－6]為解決混凝土澆筑不密實的問題，提出在地鐵工程中使用自密實混凝土。以上所有的文獻均未對洞樁法（PBA）地鐵車站頂板設計為平頂直墻的工況下，如何解決鋼筋綁扎安全性、準確性和如何采用輔助措施保證自密實混凝土密實性等問題進行研究。本文以鄭州地鐵10 號線醫(yī)學院站P 暗挖施工為實例，詳細介紹在洞樁法（PBA）地鐵車站頂板為平頂直墻情況下，通過設計鋼筋桁架解決頂板鋼筋幫扎安全性、準確性問題，以及通過控制原材料、配合比以及改變施工工藝等輔助措施來保證混凝土密實性。

1 工程概況

鄭州地鐵10 號線醫(yī)學院站為7 號線和10 號線換乘車站。10 號線為地下兩層雙柱三跨島式車站，主體結構跨大學路為暗挖段。暗挖段長48.26 m，寬25.1 m，頂部覆土約5～5.3 m，底板埋深約19.5 m；平頂PBA 法施工+管幕超前支護，上部設置4 個小導洞，中柱采用鋼管混凝土柱，逆筑法施工。車站暗挖結構橫斷面示意如圖1 所示。

圖1 暗挖結構橫斷面圖

主要施工順序：首先施工暗挖段的主要支撐體系——鋼管管幕，待管幕施工完畢且達到設計強度后，施工上層4 個暗挖導洞，并在暗挖導洞內施工兩側圍護樁和中樁鋼管柱，然后施做頂縱梁防水層及頂縱梁，至此，形成4 個樁基支撐體系。開挖導洞之間土體，并車站縱向分段（每段不大于6 m）施工頂板防水層及結構二襯，實現頂板封閉。

2 頂板施工難點分析及解決措施

2.1 頂板鋼筋綁扎

2.1.1 頂板鋼筋綁扎施工時，存在以下難點問題

（1）頂板鋼筋綁扎時，若首先施做模板支架，操作空間小，人員無法操作；在模板支架沒有安裝到位的情況下，鋼筋網無支撐點，無法綁扎鋼筋。

（2）成品鋼筋網綁扎完成后，重量大，若無有效支撐，有塌落風險。

（3）鋼筋定位難，鋼筋保護層厚度控制難。

2.1.2 具體解決措施

在鋼筋綁扎前，預先制作鋼筋桁架，作為鋼筋網的支撐及定位體系。將制作好的鋼筋桁架，在所需鋼筋施工段按2 m 每榀進行安裝固定，鋼筋桁架作為定位結構，安裝時按鋼筋保護層厚度進行控制豎向定位。根據頂板施工順序，鋼筋桁架對中縱梁段及邊跨段分別設計。頂板中縱梁段鋼筋桁架設計如圖2 所示，頂板邊跨段鋼筋桁架設計如圖3 所示。

圖2 頂板中縱梁鋼筋桁架設計圖

圖3 頂板邊跨段鋼筋桁架設計圖

2.1.3 鋼筋桁架設計參數

（1）頂板中縱梁段鋼筋桁架設計具體參數如下。

a. 主弦桿：HRB400 E，Φ25；腹桿及立柱，HRB400 E，Φ25。

b. 橫向設置間距0.45 m/道，共3 道；鋼筋桁架之間橫向采用鋼筋焊接連接，兩端放置于兩柱頂上，與柱頂鋼筋焊接固定牢固。

（2）頂板邊跨段鋼筋桁架設計具體參如下。

a. 桁架主弦桿：HRB400 E，Φ32；腹桿：HRB400 E，Φ20；立柱HRB400 E，Φ32；

b. 設置間距2 m/道；兩端分別與頂縱梁鋼筋桁架及冠梁固定牢固。

2.1.4 鋼筋桁架安全及變形分板

（1）對中縱梁段鋼筋桁架安全及變形進行分析

使用Midas civil 有限元軟件建立模型，鋼筋桁架尺寸按1∶1 同尺寸建模，各構件材料特性按實際進行賦值，約束條件按實際施工情況約束水平及豎向位移。依據設計，將所有鋼筋荷載折算為節(jié)點荷載，加載到模型之上。

計算結果如圖4 所示，變形最大發(fā)生于梁段跨中位置，最大變形量為4.67 mm，小于施工控制允許變形值L/1000 即8 mm，實際施工可考慮10 mm 預拱。

圖4 中縱梁段鋼筋桁架變形結果

內力分析結果顯示如圖5 所示，鋼筋桁架最大拉應力值為77.4 MPa，小于構件允許應力360 MPa，受力安全。

圖5 中縱梁段鋼筋桁架應力結果

（2）對邊跨梁段鋼筋桁架安全及變形分析

使用Midas civil 有限元軟件建立模型，對邊跨鋼筋桁架進行受力及變形分析，如圖6、圖7 所示。

圖6 邊跨段鋼筋桁架變形結果

圖7 邊跨段鋼筋桁架應力結果

根據計算結果，變形最大發(fā)生于跨中位置，最大變形量為1.4 mm，小于施工控制允許變形值L/1000 即7 mm，實際桁架加工時，可適當考慮3 mm 左右預拱度。

內力分析結果顯示，鋼筋桁架最大拉應力值為102.4 MPa，小于構件允許應力360 MPa，受力安全。

2.2 頂板及頂縱梁混凝土澆注

2.2.1 難點分析

頂板施工時，混凝土澆筑不同于順做法結構，頂板結構與初支結構是否密實無法直接觀察，而且不便于探測。而保證頂板結構與初支結構密貼，是地下暗挖車站控制變形及地面構筑物安全的重要環(huán)節(jié)，同時也是地鐵車站結構質量的基本要求。暗挖車站頂板施工過程完全依靠混凝土擠壓及自密實，如何確保施工質量達到設計及實際受力要求，是頂板混凝土施工重點及難點。

2.2.2 具體解決措施

針對以上所提問題，本工程在頂板施工過程中，主要從材料施工方法以及輔助探測儀器等幾方面，來保障施工質量。

（1）材料方面，選用自密實微膨脹混凝土作為頂板混凝土用料，通過試驗室及商品砼拌合站進行配合比實驗，保證混凝土強度；同時控制骨料規(guī)格、外加劑、水灰比等參數，保證強度的同時，也保證了混凝土的和易性，使其在運輸及澆筑過程中不至于質量降低。

（2）施工工藝方面，在鋼筋綁扎同時，預埋鋼制混凝土澆筑管，依據施工段長度及澆筑方量，合理設置預埋混凝土管的數量及位置。以本工程為例，在頂板縱梁施工時，分段長度為8 m 及16 m 兩個長度。8 m 施工段預埋澆筑管數量為2 根，其中一根為主管，一根為備用管；主管出漿口位于施工段中部，豎向距結構頂面30 cm 左右位置；備用管略高于主管設置，出漿口同樣設置于施工段中部。16 m 施工段設3 根灌注管，出漿口分別距兩端頭4 m，備用管出漿口設于施工段中部位置，豎向位置同8 m 施工段，確?；炷翝仓鶆?。

（3）在頂板頂部貼近防水層，預先安裝壓力感應裝置，進行混凝土澆筑過程中壓應力監(jiān)測；具體布置：每斷面設置3 個，分別為中間和兩側設置；沿施工段縱向每隔2 m 設置一組。

3 現場施工過程中應注意的事項

3.1 鋼筋桁架應用及鋼筋綁扎施工

（1）鋼筋桁架制作嚴格按設計圖紙，應計算鋼筋保護層厚度、鋼筋層距、鋼筋直徑、分布筋布置位置及直徑等尺寸，確定好桁架尺寸，加工完成安裝前應測量核準。制作時可根據計算，適當考慮預拱度，但不宜過大。

（2）鋼筋桁架工作面固定時，需保證支點牢固、定位準確，可利用現場既有結構作為支點。對于臨時增設支點，應計算驗證，保證受力狀態(tài)安全。鋼筋桁架安裝完成后主體結構鋼筋綁扎過程中，均應進行測量，如有變形、下垂、傾斜等情況發(fā)生，及時進行加固及調整，并重新核算荷載。

3.2 混凝土澆筑施工

（1）混凝土材料，按照試驗確定的配合比由商品混凝土拌合站供應，控制運輸時間，從運輸到輸送入模的延續(xù)時間不大于2 h，并避開高溫時段及城市交通擁堵時段?；炷恋綀鲈跐仓跋葘|量進行檢測，包括其坍落度、流動性、擴展度和填充性。

（2）模板及支架，模板安裝完成后，應拼裝緊密，在澆筑過程中不得出現漏漿現象，并保證構件的尺寸及形狀；本項目中，因頂板及頂板縱梁施工時，構件尺寸復雜，且模板空間封閉，在安裝好的模板適當位置開設排氣孔兼觀察孔。模板支架應牢固可靠，在澆筑過程中不得出現變形或翹曲現象，本項目有關頂板施工時模板支架的研究另文詳述。

（3）混凝土澆筑，本項目混凝土澆筑采用固定式混凝土泵車進行澆注，澆注時段避開高溫時段。布料點布置詳見上文所述，最大水平流動距離基本控制在5 m 以下。泵管施工時注意，泵管安裝應盡量順直，減少彎折點，可避免堵管。一旦出現堵管情況，盡快進行疏通作業(yè)，并及時更換至備用灌注管。混凝土澆筑至設計方量，且壓力感應器各斷面測點指示燈亮起，觀測孔顯示澆注密實后，即可停止?jié)仓┕ぁ?/p>

4 現場施工實際效果

頂板鋼筋綁扎過程中通過引入鋼筋桁架，保證了成品鋼筋的整體穩(wěn)定性，施工過程中安全受控；通過對鋼筋桁架提前驗算和預拱度設計，保證了鋼筋綁扎位置精確，鋼筋保護層厚度滿足設計要求。

頂板混凝土澆筑過程中通過對混凝土原材、配合比，施工工藝改性和輔助探測儀器的檢測等方面控制，本項目已澆筑施工完成段結構，拆模后外觀無明顯孔洞、蜂窩麻面、少漿漏漿等質量缺陷。結構C35P10 自密實混凝土，7 d 齡期現場回彈結果42.1～43.4 MPa，達到設計值的120%～124%，施工效果滿足設計要求。

5 結論

國內軌道交通土建施工時，PBA 工法以其獨特的優(yōu)勢，在市內繁華區(qū)域地鐵車站施工時被越來越多地采用。永久結構施工完成后，其結構質量及周邊土體的密貼效果成為工程質量控制及安全控制的關鍵。通過本項目的研究及實踐經驗，可以得出以下結論：

（1）鋼筋網的綁扎可通過引入鋼筋桁架作為支撐及定位體系，有定位準確、受力安全、現場操作方便的優(yōu)點，此方法可應用到其他結構施工中。

（2）混凝土澆筑的密實性，可通過材料、施工工藝、施工過程控制等措施來實現，并借助預埋的測量儀器（壓應力計）作為監(jiān)測混凝土澆筑效果的保證措施。

（3）以上措施均應進行理論計算、試驗室及現場試驗后實施，以滿足預設的施工效果及安全。