地铁暗挖车站洞桩法

地铁暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术

摘要：介绍北京地铁10号线工体北路暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术，包括该方法的原理和特点、施工步序，分析总结了PBA法的关键技术。：PBA法在当前地铁施工中有一定的应用前景，可为今后类似工程施工提供借鉴和参考。

关键词：北京地铁暗挖车站洞桩法施工技术

中图分类号：U231+．3；U455．4 文献标识码：B

1 工程概况

1.1 车站概况

北京地铁10号线工体北路站位于工体北路和东三环交叉路口，车站纵轴与东三环路平行，呈南北走向，与规划的东西走向的M16线形成“十”字换乘关系。

工体北路站全长187 m，受三环路长虹高架立交桥的限制而采用分离岛式暗挖结构，左右线均为单拱单跨断面，净跨10 m，分别位于高架桥两侧的辅路下，线间距45．5 m；线间设联络通道、迂回风道各两条及4个出入口；预留与M16线换乘接口、通道接口及站厅预留接口。为满足工期要求，在车站东北、西南侧各设施工竖井1座。车站平面布置如图1。

1.2 地质状况

车站范围主要地层由上至下依次为：人工杂填土和粉土填土层、粉土层和粉质粘土层、粉细砂层和中粗砂层、圆砾卵石层、粉质粘土和粘土及粉土层、中粗砂层、卵石圆砾层。

车站顶部位于粉细砂层中，底部结构位于卵石圆砾层中。施工范围内存在上层滞水、潜水、承压水，顶板位于潜水位以下0．4 m，底板位于承压水位以下6 m。土层具中～低压缩性，地层透水性较好，施工时易发生涌水、涌砂，开挖后的稳定性差。

图1 车站平面布置示意图

1.3 周边环境

车站站体分置长虹高架桥两侧，桥桩距车站主体边墙仅5.0 m，距迂回风道、横通道边墙仅3.2m。路面交通繁忙；周边有中国文联、中信实业银行、外交公寓、兆龙饭店、交通部住宅楼等办公、商业及住宅高层建筑物；地下各种管线密布，雨水管、污水管、上水管、电力管沟、热力管沟、通信管线等地下管线33条，个别管线距车站结构仅0.7 m。

1.4 工程特点

周边环境复杂，地下水位高且补给性强，沉降量控制要求严，防渗漏要求高。

2 施工方法——PBA法

为控制地面沉降变形，确保长虹桥、周边高层建筑物和地下管线的安全稳定，通过比选，车站采用了对地层和周边

环境影响均较小的洞桩法(以下简称“PBA法”)施工。

2.1 原理

PBA法的原理就是将明挖框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合，即地面不具备施工基坑围护结构条件时，改在地下先行暗挖的导洞内施作围护边桩、桩顶纵梁，使围护桩、桩顶纵梁、顶拱共同构成桩(Pile)、梁(Beam)、拱(Arc)支撑框架体系(PBA即Pile、：Beam、如c三个英文单词的首位字母组合)，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。

2.2 特点

① 在非强透水地层中，将有水地层的施工变为无水、少水施工，避免因长期大量降水引起的地表沉降和费用增大，有利于保护地下水资源和降低施工措施费。

② 以桩作支护，稳妥、安全，也利于控制地层沉降，避免中洞法、CD、CRD、双侧壁导坑法多次开挖引起地面沉降量过大的缺陷和对初期支护的刚度弱化。

③ 与CRD、双侧壁导坑法等相比，拆除临时工程量相对较少；结构受力条件也好，相对经济合理。

④ 对结构层数限制少，对保护暗挖结构附近的地下构筑物和周边建筑物的安全有利。

⑤ 在桩、梁、拱承载体系形成后，有较大的施工空间，便于机械化作业，从而加快进度。

⑥ 在水位线以上的地层中开设的导}同内施工孔桩，利用其“排桩效应”对两侧土体起到了支挡作用，可减少因流沙、地下水带来的施工安全隐患。

3 工体北路站的施工方法和步骤

施工总原则是少分块、快封闭，尽量减少荷载转换次数和地层被扰动的次数。导洞掘进和主拱施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”及“先护后挖，及时支撑”的原则。

从竖井进入两侧导洞施工，导洞贯通后施作灌注桩。适时凿除桩头后施作桩顶钢筋混凝土纵梁。以此在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。以注浆小导管加固拱部地层，开挖上部土体，施作车站主体上部初期支护(以下简称主拱)，并与两侧拱边段联成整体。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。施工步序如图2。

图2 洞桩法施工步序图

具体做法如下：

第1步：超前注浆小导管加固地层，先开挖近桥桩侧导洞，导洞台阶法施工，格栅喷混凝土支护。

第2步：导洞开挖支护完成后，用特制和改进的钻机由内向外跳孔施工钻孔桩(桩径Φ800 mm、Φ1000mm，间距1.2m、1.5m)，导管法灌注水下混凝土，凿除桩头后，施作桩顶纵梁。

第3步：在导洞内施作主拱格栅钢架拱脚(即拱边段)，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0.5 m，桩间喷射50 mm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，浇筑底板及部分边墙，边墙水平施工缝应高出底板面1．5 m以上。

第11步：待底板达到设计强度。70％以上，跳拆横撑及腰梁，铺侧墙防水层，浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接。

第12步：施作站台板等车站内部结构，车站土建施工完成。

4 施工关键技术

4.1 导洞开挖

(1) 施工难点：控制开挖所引起的地面沉降，确保地下管线和周边环境安全稳定。

(2) 主要对策：1)确定合理的开挖顺序，先施作近桥桩侧导洞，超前另一侧导洞不小于10 m。2)坚持先护后挖的原则分台阶开挖，加强初期支护，早封闭成环，控制导洞的沉降和变形。3)根据监控量测反馈信息调整支护参数和施工方法，以此作为安全保证的主要手段。

4.2 孔桩施工

(1) 施工难点：导洞空间狭小、有效空间仅4.0m；大粒径(d≈20cm)卵石地层中成孔困难(桩长19～23 m)。

(2) 主要对策：1)根据洞内作业空间和地质情况定制或改进钻机，提高成孔效率和质量。先后使用多种改型钻机，其成孔时间分别为：GSD一50改型大口径液压钻机8～14 h(Φ800 mm)，XQZ一100型泵吸反循环机械钻机36～60 h(Φ800 mm)，GPS一Ⅱ型泵吸反循环机械钻机36～48h(Φ1 000mm)。2)确定合理的钻桩顺序，搞好水下混凝土施工。由于桩间距仅为1.2～1.5m，为防止对临近已成孔的扰动，采用由内向外的跳孔施工。钢筋笼分节吊装，现场连接。针对拆除钻杆与吊装钢筋笼的时间长，易造成坍孔、沉碴厚度控制难的问题，采用泵吸清孔和压举翻起沉碴的方式进行处理。加强对各操作环节协调指挥，避免因混凝土泵送距离长造成堵管，规避各种可能的断桩风险。3)导洞内场地狭窄，应分区域分段纵向布置钻机设备、泥浆箱、管路及道路，以砖墙把钻桩作业区和道路运输分开。孔桩施作完后及时清除积水、浮浆和剩余混凝土，确保高效和文明施工。

4.3 主拱施工

(1) 施工难点：解决好主拱在初期支护与二次衬砌形成过程中的体系转换和平衡，防止结构变形、失稳和破坏，避免出现地面及拱部的过量沉降和坍塌。

(2) 主要对策：1)遵循“先护后挖，及时支撑”的原则，少分部开挖、快封闭、早成环。2)做好超前地质预报，探明前方的水文地质情况。若存在滞水，通过探孔排出；接近管线位置时，实施超前管线探测，小导管加密注浆、加密格栅钢架、设双层钢筋网、掌子面注浆等支护措施进行保护。3)坚持信息化施工，根据信息反馈调整支护参数，如果变形量和变形速率超过管理值时，立即采取应急预案，包括加强超前支护、初期支护、增设临时支撑、改变开挖步骤、修改施工方案等。4)拆除临时支撑时，对相应部位加强监控量测。

4.4 交叉口施工

(1) 施工难点：交叉口处荷载转换复杂，结构易失稳；开口跨度大，操作空问小，对车站整体的施工组织和工期影