北京地鐵16號線馬連洼車站 PBA法施工地表沉降控制關鍵技術

陳廷濤

（中鐵二局集團有限公司，成都 610031）

1 工程概況

北京地鐵16號線工程馬連洼站為地下2層三跨連拱直墻結構，總長 282.1m，寬 21.6m，站臺寬度 12m。車站主體采用洞樁法（PBA）施工，頂板覆土厚 9.87m。車站主體主體小導洞開挖支護標準段采用6導洞開挖施工，設備區段采用8導洞開挖施工。

車站開挖范圍內地層分別為：①1 雜填土、①素填土、②2黏土、②1 粉質黏土、③1 粉質黏土、③粉土、⑤2 細砂、⑤卵石、⑥粉質黏土。地下水的類型分別是潛水（二）：含水層主要為⑤卵石層，穩定水位深度 18.0～20.5m，層間水～層間～承壓水（三）：含水層主要為⑥3 細中砂層、⑦卵石層和⑦2 粉細砂層，穩定水位深度 21.0～23.3m。

2 車站施工數值模擬

根據馬連洼站 PBA 法施工設計情況，對8導洞開挖過程施工采用 ANSYS 有限元軟件進行模擬，導洞位置如圖1所示。為此本次計算將工況分為：（1）開挖順序為（1）、（4）→（2）、（3）→A、D→B、C；（2）開挖順序為（2）、（3）→（1）、（4）→B、C→A、D；（3）挖順序為 A、D→B、C→（1）、（4）→（2）、（3）。最終計算得出沉降曲線如圖 2～圖4所示。

圖1 導洞位置圖

圖2 工況 1( z=0m處) 地表沉降曲線圖

圖3 工況 2( z=0m處) 地表沉降曲線圖

圖4 工況 3( z=0m處) 地表沉降曲線圖

通過對工況1和工況2的對比可以看出，先開挖外側導洞在上部導洞開挖過程中有利于降低地表沉降，而對比工況1 和工況3發現，雖然先開挖下部導洞，初期沉降較小，但隨著后續上部導洞的開挖，由群洞效應引起地表沉降疊加使地表沉降迅速增大，不利于沉降控制措施的實施，同時，在施工開挖完成后，工況1的最終位移值最小，所以，建議采用工況 1：（1）、（4）→（2）、（3）→A、D→B、C 的順序進行導洞開挖。

3 馬連洼車站 PBA法施工關鍵技術

3.1 馬頭門施工

PBA 工法馬頭門施工是結構受力轉換的重要環節，是控制沉降的重要工序。關鍵技術措施為：

1）導洞馬頭門鋼筋混凝土破除時，應提前對臨時仰拱采取換撐措施。換撐采用雙拼 I22a 門式架型鋼支撐臨時仰拱，另增設一道 I22a 橫撐于導洞洞口處，與臨時仰拱焊接相連，用于平衡導洞開洞處橫通道側壁土體造成的偏壓[1]。

2）馬頭門開洞前，在起拱線上沿開挖輪廓線外打設雙排超前小導管，水平打設，管長 4m。

3）破除導洞洞門格柵，安裝首榀格柵鋼架上半部分，在拱腳處迅速焊接一根 I22“a 卡口撐”將拱架迅速臨時封閉成環，并打設鎖腳錨桿與拱架牢固焊接。導洞洞口格柵采用雙主筋3 榀連立加強支護。

4）主體小導洞上半斷面鋼筋混凝土破除完畢之后，繼續向前開挖掘進 3～5m，方可破除下半部分鋼筋混凝土[2]。

3.2 導洞施工

導洞施工順序采用前述模擬計算比選的推薦方案。關鍵技術措施如下：

1）導 洞 開 挖時 為 避 免 群 洞 效 應 ，同 層 前 后 錯 開 不 小 于10m，上下層導洞錯開不小于 15m，橫通道相對導洞錯開不小于 15m。

2）主體導洞內土方采用兩臺階預留核心土環形開挖法施工，人工開挖，遇到砂夾石，硬質黏土等緊密堅硬圍巖時，可使用風鎬等小型機具配合開挖。洞內臺階長度以 4.5～5m 為宜。開挖后及時架設格柵掛網噴射混凝土，完成初支封閉[3]。

3）導洞開挖過程中采用 φ42mm×3.25mm 小導管超前注漿加固地層，小導管長 2m，縱向每榀鋼架打設一環，環向間距0.3m，與垂直線夾角為 10°～15°，采用單液水泥漿。若遇到細砂層，間距可適當加密，漿液選用雙液漿[4]。

4）在進行小導洞開挖支護施工時，嚴格控制上層導洞格柵間距和安裝精度，減少誤差，保證兩側邊導洞、中導洞橫向同排格柵在同一斷面上，以確保后續施工的扣拱格柵和小導洞格柵能良好連接。

3.3 初支扣拱施工

車站主體邊樁頂冠梁施工時，進行邊導洞內扣拱；拱頂間扣拱隨車站大斷面土方開挖進行，每 0.5m 為一個循環，同時嚴格按照“管超前，嚴注漿；短進尺，強支護；早封閉，勤量測”的施工原則做好支護工作。關鍵施工技術措施如下：

1）邊導洞內扣拱由導洞里側向導洞外，在邊導洞開挖、初支完成后，隨邊樁頂冠梁施工進度進行。扣拱時，在樁頂冠梁處預埋鋼筋?？酃皶r，若出現螺栓孔眼對接困難的現象，可將格柵連接鋼板滿焊。

2）導洞間格柵扣拱采用的大拱格柵端頭一端為螺栓連接，一端采用角鋼與預埋鋼板焊接，做到格柵可調，保證在因施工誤差導致導洞格柵出現錯位的情況下扣拱成功。

3）導洞邊樁及洞內扣拱施工完畢后，邊樁、扣拱與導洞之間的初支間隙應填充密實，以保證初支所收的土壓力能順利的傳到車站的整個支撐體系[5]。

3.4 二襯扣拱施工

二次襯砌扣拱施工需拆除初期支護，完成結構受力轉換，是 PBA 工法中最為關鍵的工序，也是風險較高的工序。施工關鍵工序及相關措施如下：

1）施工前，首先完成邊導洞內側拱和側拱背后回填。

2）初支拆除前需提前測取拱頂沉降初始數據，破除首段9m 初支混凝土，測取拱頂沉降監測數據（不小于1次/d），后續其余段初支每次拆除不大于一個柱跨（6m），破除時監測數據按1次/d 測取。

3）中跨先扣，邊跨初支扣拱滯后 12m 對稱施工；初支扣拱完成后進行邊跨二襯扣拱。

4）頂縱梁及二襯扣拱施工時應預埋鋼拉桿，待二襯扣拱混凝土澆筑完成后，即時將鋼拉桿通過套筒或焊接連成整體。頂縱梁與二襯扣拱整體澆注。

4 實際監測數據分析

選取車站一典型橫斷面（8 導洞處），選取該斷面在8個小導洞同時施工時，各點的累計沉降數據統計，地表累計沉降曲線如圖5和表1所示。

圖5 典型斷面測點沉降圖

表1 典型斷面測點沉降值

選取上述斷面中地表特征監測點位（ML1）DB30-04 全過程累計沉降數據整理分析，得出該點歷時沉降曲線（見圖 6）。

圖6 （ML1）DB30-04點沉降時程曲線

通過圖5和圖6的分析可以看出：

1）圖5顯示，車站在8個導洞同時開挖時，沉降槽曲線與前述模擬計算沉降規律、形狀相似，數值結果接近，說明本次模擬選型合理，效果較好。

2）實測數據與模擬計算結果有偏差，且實測數據較模擬計算結果偏大。主要原因是在模擬計算過程中未考慮降水因素，以及實際過程中注漿因素的影響。

3）圖6顯示，PBA 工法在車站施工過程中，不同工序對地表沉降的貢獻各有不同，其中，小導洞施工對地表沉降影響最大，依次是初支扣拱、二襯扣拱，樁梁體系施工對地表沉降影響最小。二襯扣拱完成后，基本趨于平穩，在后續車站內土方大開挖對地表沉降幾乎沒有影響。

4）在群洞效應的影響下，測點受到的小導洞影響越多，沉降越大，距離越近，影響越大。在下層小導洞的施工過程中，對測點的沉降影響尤為明顯。

5 結論

通過本文的分析，得到以下結論：

1）通過建模和數值分析以及實踐證明，PBA 工法在車站小導洞施工順序上選用先上后下，先邊后中對沉降的控制的是合理的。

2）PBA 工法施工過程中，對沉降貢獻較大的工序分別為小導洞施工、初支扣拱施工、二襯扣拱施工。小導洞施工過程中，馬頭門的破除順序、臨時仰拱的換撐、施工步序以及導洞施工格柵的安裝精度是控制沉降的關鍵；初支扣拱中格柵的安裝精度是控制沉降的關鍵；二襯扣拱中，格柵的拆除順序和長度是控制沉降的關鍵。

3）本文以馬連洼車站為例，進行施工技術分析總結，提出的技術方法有針對性，但無普適性，僅對類似工程有借鑒意義。