對地鐵PBA工法施工周邊環境沉降規律的幾點認識

李立功

北京市軌道交通建設管理有限公司 北京 100068

引言：PBA工法首先施工小導洞，在導洞內施作梁柱體系，然后再施作頂部結構，在其保護下進行后期的土方開挖及二襯施工。

一、工程概況

地鐵7號線虎坊橋車站位于珠市口西大街與南新華街的交叉口處，車站主體斷面為雙層三跨三連拱斷面，全暗挖島式車站，全長226.6m。采用PBA工法施工，車站范圍內環境復雜，地表對應位置為城市主干道，交通流量較大，故需對地表沉降嚴格控制。

二、沉降機理

PBA工法是淺埋暗挖法的一種延伸工法，其主要核心為將開挖斷面化大為小，在少擾動地層的前提下形成導洞、扣拱、圍護樁結構，形成豎向承載體系，在頂板保護作用下進行車站主體結構的開挖及施工。

1、地表沉降的原因

暗挖工程中，導致地表沉降的原因歸根結底是因為地層損失，即開挖了地下原有的土體，導致土體為達到新的平衡狀態進行重新分布，從而引起地表沉降，這個過程具有一定的滯后性，地表沉降的大小不是受單一因素影響，而是受降水、開挖面大小、支護時間及強度、施工工序銜接等多因素綜合影響的。

2、地表沉降發展過程

PBA工法施工過程可大致分為如下幾個階段：

1.導洞施工階段；2.圍護樁及中柱施工階段；3.扣拱施工階段；4.站廳層施工階段；5.站臺層施工階段

其沉降產生原因與機理如下所示：

導洞施工階段因其對地下土體開挖擾動，故對地表沉降產生一定影響，該階段施工對地表沉降影響較大，因其施工過程中開挖造成地層卸載，初期支護完成后，地層與初支結構共同受力過程中在達到應力平衡時會產生地層沉降，導致地表反映出沉降。

圍護樁及中柱施工階段對地表沉降影響較小，因該施工階段在已完成的導洞內部進行，多采用人工挖孔成樁或小型機械成樁進行作業，由于其在既有結構保護下進行作業，且開挖體量較小，對土體擾動小，所以此階段施工對地表沉降影響較小。

扣拱施工階段涉及超前小導管注漿，拆除部分導洞初支結構，開挖扣拱部分土體，進行扣拱位置初支，此部分若控制不當將對地表沉降造成相當大的影響。造成沉降的原因與導洞施工基本相同，均為在無保護條件下施工，支護與開挖無法同時完成所致。

站廳層及站臺層主體結構施工階段對地表沉降影響較小，因為此階段完全在已完成的扣拱保護下進行施工，頂部土體荷載被扣拱與圍護樁共同承擔，施工對周邊土體擾動被圍護樁隔絕，故對地表沉降影響較小。

三、周邊環境沉降總體情況

1、最大沉降值情況

虎坊橋站共布設建筑物沉降、管線及地表沉降、樁頂水平位移、樁體變形和支撐軸力監測點464個，此處僅對沉降類測點進行分析，各類型測點個數、測點最大變形值統計如下：建筑物沉降（41個測點，最大變形值-46.13mm），管線沉降（181個測點，最大變形值-127.98mm），地表沉降（207個測點，最大變形值-103.70mm）。

2、沉降值分布情況

虎坊橋站沉降測點沉降值分布情況為：＜-100mm為8個測點，-100mm～-80mm為50個測點，-80mm～-60mm為78個測點，-60mm～-20mm為126個測點，-20mm～-5mm為102個測點，-5mm～0為55個測點，＞0為10個測點。由此可知，建筑物、管線、地表及道路沉降測點一般累計沉降-80mm～-5mm（占總測點數的71%），平均累計沉降量為-39.50mm。存在136個測點沉降值超過-60mm，車站主體及附屬工程地面監測點一般累計沉降-5.0～-75.0mm。

四、地表沉降分析

1、主測斷面沉降分析

虎坊橋站選取兩個典型斷面進行分析，分別位于車站西端橫通道上方、中部。

從主測斷面1、主測斷面2的沉降曲線可以看出：

（1）車站整體沉降曲線在車站中部沉降最大，向南北車站兩側逐漸減小；

（2）主測斷面1北側沉降值較車站主體大，是因為3號豎井橫通道以及1號風道的施工影響；

（3）結合車站整體沉降曲線進行分析，可以看出超出1倍埋深范圍外的沉降值已經很小，說明暗挖車站施工沉降影響范圍基本在1倍埋深范圍內。

2、典型測點分析

車站主體中部正上方的測點WGXC-02-31及車站東段3號出入口與車站交接處的測點DB-28-06。

管線測點WGXC-02-31位于車站中部，主體結構正上方，污水管線測點，由于不受附屬結構及豎井橫通道的施工影響，測點沉降與車站小導洞、扣拱開挖和二襯拆撐相關。沉降主要集中在三個施工階段，分別為：下層小導洞開挖、上層小導洞開挖以及初支扣拱與二襯，沉降所占總沉降的比例分別為19.5%、28%和39%。

地表測點DB-28-06位于車站東段車站主體與3號出入口交接處，因此沉降受車站主體和出入口施工雙重影響，車站主體施工的影響更大，約占總沉降量的90%，其中上層小導洞的施工影響大于下層小導洞施工，待穩定之后附屬結構3號出入口施工影響較小。

綜合分析可知：

（1）車站主體的施工過程中，上下小導洞開挖、扣拱開挖及拆撐施工對沉降影響較大。

（2）在車站主體與附屬結構結合部位的測點，受車站主體施工的影響更大，可以達到總沉降量的80%～90%，主要原因是附屬結構施工時車站主體二襯已經完成。

（3）上層小導洞開挖較下層小導洞開挖所引起的地表沉降更大。

五、管線沉降分析

虎坊橋站施工影響的管線有燃氣管、熱力管溝、上水管、污水管、雨水管，共布設172個測點，各類型管線布設測點個數及平均沉降值如下：燃氣管（測點23個，平均沉降值-72.38mm）,熱力管溝（測點22個，平均沉降值-37.48mm）,上水管（測點35個，平均沉降值-51.55mm）,污水管（測點67個，平均沉降值-49.78mm）,雨水管（測點25個，平均沉降值-52.54mm）,合計測點172個，平均沉降值-50.13mm 。由此看出：虎坊橋站受施工影響的管線沉降值一般在-15mm～-70mm之間。

與車站主體結構垂直走向的管線，其沉降趨勢同地表沉降測點；與車站主體結構平行走向的管線，此處選取車站主體上方的Φ1200雨水管進行研究。

通過測點數據分析，Φ1200雨水管測點沉降量基本在-40mm～-80mm之間，個別測點沉降在-80mm～-100mm之間，均超出預警值，但各處沉降表現平緩，斜率在0.3%以內，無傾斜超標。從施工步序角度分析，典型測點沉降穩定后，在下層主體導洞施工期間測點沉降量約18mm，上層導洞施工期間沉降量約32mm，扣拱開挖期間沉降量約23mm，占總沉降量的80%以上，因此導洞開挖和扣拱施工是造成該管線沉降的主要因素。

結 論

（1）根據主測斷面測點沉降規律，虎坊橋站沉降槽影響區域基本在車站1倍埋深范圍內，各監測斷面沉降呈中間大、兩側小的槽形。

（2）根據對車站上方測點沉降值統計分析，各類測點時程曲線變形與施工階段相關，沉降主要集中在導洞開挖、扣拱施工及二襯拆撐階段。開挖面通過期間沉降速率較大，隨后穩定，二襯拆撐期間再次沉降直至收斂，因此開挖施工沉降量約占總沉降量的2/3。

（3）該車站PBA法暗挖施工沉降基本可控，對道路、管線等周邊環境無明顯影響。