PBA地鐵車站施工技術研究

宗建

(中鐵七局集團第二工程有限公司 遼寧 沈陽 110000)

隨著我國整體經濟實力的快速發展和城鎮化水平的不斷提高，出現了越來越多的人口上百萬乃至上千萬的超大城市，而伴隨著城市的不斷擴大，人口的不斷聚集，各個城市也同樣出現了不同的城市頑疾。對于公共交通出行方面來說，最直觀、最具體、最突出的就是公眾對于交通出行的需求越來越高，因此具有高運輸量的城市交通工具——地鐵進入了城市規劃建設者的視野。伴隨著地鐵建設迎來高速發展，關于地鐵建設的施工技術、施工工藝、施工質量等都受到了社會公眾和城市建設部門的高度重視。相較于常規地面道路建設工程，地下鐵路的建設相對來說比較復雜，對于施工技術工藝和質量也有更高的要求。尤其需要注意的是，建設地鐵工程項目中經常會遇到特別復雜的地形地質條件，增加了施工的難度。伴隨著暗挖洞樁（Pile Beam Arch，PBA）法技術的不斷推陳出新，在加入了邊樁和中柱的地下施工中，采取開工扣拱頂的方法來解決軟弱土層的開挖難題，地下結構的承受能力顯著增強，在拱頂和邊樁的共同作用下起到保護作用，車站主體的建設開挖工作的安全性能夠得到保證。暗挖洞樁法[1]是一種靈活多變的施工方法，可以建造具有不同結構層數和距離的車站。可以適用于具有復雜管道和大量建筑的環境，逐漸成為修建地鐵車站的常用方法。隗志遠[2]以烏魯木齊八樓站洞暗挖地鐵車站為依托，對導洞個數、導洞尺寸、圍護樁等參數進行了研究。提出了改進的適用于復雜環境上軟下硬的地鐵車站施工技術。

任晨[3]以北京地鐵東大橋車站為工程背景，對洞樁法施工技術進行了分析，研究了豎井及橫通、邊樁、導洞開挖等施工技術并進行了施工介紹。羅慶斐[4]以哈爾濱地鐵為工程依托，通過有限元模擬，并結合實測數據對比分析，對洞樁法車站施工力學轉換進行了研究。劉波等人[5]利用FLAC3D 有限元軟件對北京六號線廖公莊站進行施工模擬，在進行了幾次模擬分析后發現：導洞開挖時造成的沉降占總沉降的71%。秦建明[6]以沈陽地鐵一號線沈陽站暗挖車站為工程背景，闡述了PBA工法施工洞樁、扣拱等相關技術等。

1 工程概況

1.1 車站概況

三好街站為暗挖島式站臺車站，車站有效站臺寬度為14 m，車站主體為地下雙層三跨度結構，由柱、梁和拱等構件組成，采用豎向結構受力體系。設置3 個施工豎井，車站總長為220.7 m，標準段寬度為22.7 m，標準段高度為15.6 m，頂板覆土厚度約7.0 m，車站采用PBA工法施工。車站一共擁有4個出口和入口、4個地面出入口、1 個安全出口。三好街車站主體結構位于文化路下方，附屬結構主要位于道路兩側。在車站結構上方沿文化路與三好街交叉路口管線密集，主要管線包括一定數量的煤氣管鑄鐵、排水管砼、排水管砼、污水管砼、電信光纖、電信銅/光、給水鑄鐵等諸多管線。管線眾多是工程的主要難點。車站平面圖如圖1所示。

圖1 車站總平面布置示意圖

1.2 地質狀況

三好街站區域內第四紀地層相對較厚，其下基巖為前震旦系混合花崗巖。粉質粘土、砂礫石層構成渾河新扇或渾河高低漫灘相沉積。全新統沖積相地層上部為粉質粘土、中、粗砂，下部為礫砂、圓礫層，局部為卵石層；礫石、卵石磨圓度較好。在勘探范圍內，三好街站場地地層主要由第四系全新統和更新統黏性土、砂類土及碎石類土組成。地層剖面圖如圖2所示。

圖2 地層剖面圖

1.3 車站周邊環境

三好街站周邊環境復雜，建構筑物較多，文化路及三好街地面交通非常繁忙，站址位置管線較多且復雜。三好街站1號臨時豎井位于盛京醫院門口，2號臨時豎井位于南湖劇場人行道處，3 號臨時豎井位于南湖五金工具交易中心門前。車站A出入口位于盛京醫院地下停車場人行道處，距停車場邊線距離為3.43 m，車站B 出入口及消防水池邊線均位于南湖劇場前停車場前，車站C出入口位于南湖科技大廈前，結構邊線距離科技大廈9.45 m，車站D出入口與2號風亭位于南湖五金工具市前，結構邊線距離南湖五金工具市場6.91 m，車站1號風道及安全出入口，位于金科賓館門前，結構邊線距離金科賓館7.62 m。豎井位置圖如圖3、圖4所示。

圖3 1#及2#臨時豎井位置示意

圖4 3#臨時豎井位置示意

2 工藝原理與特點

2.1 工藝原理

PBA洞樁法的原理就是在不可以用基坑圍護的復雜工程建設時，構建樁、梁、拱結構體系，承受施工過程中的外部荷載，之后通過邊樁和扣拱的支撐下向豎方向進行開挖，最后建成包括邊樁、扣拱等完備的支護體系。

2.2 工藝特點

（1）在進行土方施工時，分別施工相對獨立的導洞，可以對沉降變形進行有效的調控，盡可能降低對周邊環境設施的影響。目前關于開挖小導洞的施工技術成熟安全。由于是采用暗挖法施工,能夠適應不同復雜環境地質條件下的大跨度暗挖車站的施工要求。

（2）在前期形成的拱柱梁樁體系構成了主要的受力系統，為后期的開挖作業提供了強有力的保護，可以大幅度提高施工過程的安全性。地面沉降變形相比較而言較小，對地下管線和高樓建筑物等產生的不良影響不大。

3 施工步驟

（1）首先進行豎井施工，在開挖到井底然后進行密封封閉，通過橫通道進行小導洞開挖。

（2）導洞貫通后，在下部邊導洞開工條形基礎，在下部中導洞開工底縱梁和相關的防水層。

（3）進行中柱和邊樁施工；上部兩側邊導洞開工挖孔邊樁和樁頂冠梁，上部中間導洞開工頂縱梁，在完成上導洞初支扣拱后，進行回填扣拱。

（4）在位于橫通道的位置進行施工馬頭門建設和開挖支護扣拱。

（5）初支扣拱達到強度要求后進行施工二襯扣拱并破除小導洞的初支鋼格柵。

（6）分層分倉開挖至中板下0.5 m，進行混凝土澆筑上部邊側墻和中板結構，完成站廳層結構。

（7）分層分倉開挖至底板標高，破除下導洞的初期支護并進行混凝土澆筑下部邊側墻和底板結構，完成站臺層結構。

（8）完成車站剩余結構施工，土建施工完畢。豎井及橫通道施工順序圖見圖5。

圖5 豎井及橫通道施工順序圖

小導洞開挖方法選擇臺階法，臺階長度為1D（D為導洞開挖寬度）。小導洞開挖時先進行導洞上臺階開挖，開挖同時預留長度為2.5 m 的核心土，開挖按照施工設計格柵間距單次開挖后及時采用初噴混凝土進行掌子面的封閉。在格柵外側安裝鋼筋網片，架設格柵鋼架，焊接縱向連接筋及鋼架節點幫焊筋，綁扎內側網片，及時噴射C20混凝土，完成上斷面初期支護。上臺階施工后及時施工下臺階，防止掌子面因下臺階不及時施工二過陡，下臺階人工清理土面，安裝格柵后噴射混凝土。

在小導洞施工中，每一段開挖前都要用洛陽鏟進行先期勘探，并及時記錄地質情況，確定前方的土質、水文等情況，并與設計圖、勘察報告進行比對，如有不符，則立即停止挖掘，并用網片噴出混凝土，將工作面封閉，并向現場負責人匯報。

在小導孔施工完畢后，要及時進行后部灌漿，而在小導洞的初期支座后面，則要在開挖工作面附近5 m處進行灌漿。

三好街車站8個導孔PBA工法導洞的施工次序（3個橫道在東西兩邊各有一個小的導洞），小導洞的開挖順序是先在下導洞，然后是上導洞，然后是邊導洞，再是中導洞。車站剖面圖如圖6所示。

三好街站共設置3個豎井橫道通，1、2號橫通道之間間距為93.2 m，共分為2段施工，每段46.6 m；2、3號橫通道之間間距為110.5 m，共分為2段，每段55.25 m；3號橫通道東側長19.72 m為一段。結構剖面圖如圖7所示。

圖7 車站主體結構剖面圖

4 結語

用于地下淺埋暗挖的PBA 施工技術，通過拱、樁和梁的綜合系統，增加了工程整體的性能，是工程建設方面近年來的極大進步。并且還形成了一個大空間，方便機械化施工，能有效提高和促進施工的效率和質量。此外，PBA 技術操作性較低屬于相對來說易于操作，其施工過程非常方便和安全，可以極大地降低工程施工過程中的人員安全投入，投資成本也比較經濟和合理，能夠滿足地鐵項目的施工時間和施工質量要求。該地下建筑施工技術方面我國處于絕對的領先地位，能夠有效緩解城市建設用地短缺和公眾對公共交通需求日益增長的矛盾。在開發和有效利用地下空間方面也是非常重要的。特別是在汛期，要確保建筑工程的安全和質量。