PBA工法車站施工扣拱技術研究

宗建

(中鐵七局集團第二工程有限公司 遼寧沈陽 110000)

隨著城市地鐵的飛速發展，在已有的城市建設環境限制下，暗挖洞樁法（Pile-Beam-Arch-method，PBA）正逐漸成為建造城市地鐵的首選方法。邊樁和中柱由扣拱鏈接共同承擔著土壤上方的土體荷載，作為車站結構中的重要受力結構。扣拱的施工工序多而繁雜，具有施工作業空間狹小、轉換多，施工縫密集等特點；保證其中扣拱部分的施工完成質量，滿足PBA 工法對于地面沉降變形的要求是PBA工法是否成功施工的極為關鍵的一環[1-2]。孫斌等人[3]以長安公園地鐵車站為工程背景，對洞樁法施工原理、施工步序、小導洞及扣拱施工等施工工藝進行闡述。李鐵生[4]以北京地鐵車站為工程背景，對管幕法地鐵車站管幕打設、扣拱等施工工藝進行闡述，并結合現場實測數據進行了分析。秦建明[5]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。李濤等人[6]以北京地鐵田村車站為工程依托，采用數值模擬與實測數據相結合的方法，對洞樁法地鐵車站扣拱順序進行了闡述，并研究了不同扣拱施工順序對地表沉降的影響。

唐雄等人[7]以廣州市流花路站為工程背景，對洞樁法超大斷面隧道施工進行了有限元分析，闡述了洞樁法車站施工步序。李曉萌等人[8]以北京某地鐵車站為工程依托，采用數值模擬結合實測數據的方法，對洞樁法車站施工引起的地表沉降與邊樁進行研究。洞樁法車站施工與其施工地質條件、施工工序等條件有關，本文以沈陽三好街站為背景，對車站扣拱施工工藝進行闡述。以期為同類施工工程提供參考依據。

1 工程概況

沈陽地鐵3號線當中的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。該車站建設為島式暗挖站臺，車站主體為地下兩層三跨框架結構，其中包括3個施工豎井，車站總長220.7 m。標準段寬度為22.7 m，標準段高度為15.6 m，頂板覆蓋土平均厚度大概7 m。在車站結構上方沿文化路與三好街交叉路口管線密集，主要管線有煤氣管鑄鐵排水管砼、煤氣管鑄鐵、排水管砼、污水管砼、電信光纖、給水鑄鐵。道路上密布著管線，其中大部分是雨污水管線、自來水管線、燃氣管線等對施工影響較大的管線，車站本身也被商業高層建筑和住宅區包圍。工程建設受周邊環境的影響特別大。在研究期間，地下水位的深度在10.10～12.30 m之間。車站主體結構處于富水砂層。車站平面圖及管線位置如圖1、圖2所示。

圖1 車站平面圖

圖2 車站上方管線布置圖

2 扣拱技術

2.1 扣拱工序

車站初支扣拱施工分為三跨段，三跨段施工主要由2 號、3 號橫通道向兩側進行初支扣拱施工，初支扣拱結構設計參數如表1所示。

表1 初支扣拱結構設計參數表

初支扣拱及二襯扣拱是PBA 工法扣拱技術中兩個重要的組成部分,在施工現場的施工步驟具體可以分為：導洞施工→下部邊樁、中部柱體、條形基礎和底縱梁等相關組件施工→上部頂縱梁與邊洞初支扣拱→分部開挖拱部土體、施工初支扣拱→分段拆除導洞臨時支撐→分段澆筑二襯扣拱→完成扣拱工序。

2.2 邊拱施工及導洞回填

邊拱施工是在導洞內施作冠梁、邊拱及導洞回填。在施工鉆孔樁后，用水泥砂漿找平冠梁底面至設計標高，施作冠梁鋼筋；安裝初支邊拱格柵鋼架使各鋼架頂端位于同一水平面上。將格柵鋼架底端鋼筋與冠梁鋼筋點焊連接；安裝邊拱臨時支撐；加固網格柵，安裝冠梁側模，澆筑冠梁混凝土；灌注邊襯初支混凝土并拱背回填混凝土。

2.3 初支扣拱施工順序

在完成中部導洞室的頂縱梁和邊導洞室的邊襯初支扣拱后，架設中央跨度的拱室初期支護，在錯開兩根柱跨后，必須同時對稱施工邊跨導洞拱室的初期支護。2號、3號橫通道內車站初支扣拱施工順序如下。（1）先施工橫通道施工西側兩邊跨（4 號、6 號邊跨）的初支扣拱。

（2）待下臺階進洞10 m 后，施工橫通道東側兩邊跨（1號、3號邊跨）初支扣拱。

（3）待東側兩邊跨（1號、3號邊跨）下臺階進洞10 m后，施工西側中跨（5號中跨）。

（4）待西側中跨（5號中跨）下臺階進洞10 m后，施工東側中跨（2號中跨）。

橫通道東西兩側的初支扣拱，邊跨與中跨的掌子面拉開10 m步距。3號橫通道向2號橫通道初支扣拱對挖時，相同洞室掌子面之間距離為10 m時，封閉3號橫通道向2 號橫通道開挖方向的掌子面，則由東向西進行貫通。橫通道東側初支扣拱斷面圖如圖3所示。

圖3 橫通道東側初支扣拱斷面圖

三好街車站為二層三跨式，扣拱分中洞扣拱和邊洞扣拱，采用階梯法開挖，以保留芯土，超前支護采用DN32×3.25 mm 雙排超前小導管，環向間距0.3 m，內側采用L=2.0 m，傾角13°每品打設；內壁為L=2.5 m，斜度為20°的隔板。扣拱初支剖面圖如圖4所示。

圖4 扣拱初支剖面圖

扣拱施工其主要施工工藝與導洞開挖基本相同，關鍵控制點在于拱架格柵與導洞格柵的連接，扣拱與導洞之間拱頂形成三角區域的沉降控制。

在施工中，為確保扣拱與導向孔的銜接順暢，對各導槽的長度進行嚴格的控制，使后行導槽格柵與先挖導洞的格柵保持同步，并對預留的接縫進行防護。按照設計圖紙要求，在邊導洞施工時要預留結點，其結點形式是在邊導洞中預留邊拱接頭，在后期采用搭接焊接方式。根據現場實際，在節點預埋件上，將U形筋和邊導孔的U 形筋在兩側焊接，U 形筋和邊導洞扣拱采用單側搭接焊接，焊接10 d，甩頭鋼筋30 cm，對小導孔的土方開挖不會有任何影響；預留U 形鋼筋采用單側搭接焊接和后期側拱連接，減少了現場作業的難度，為確保后期接頭的質量，預留U 形鋼筋采用橡膠套進行防護。

2.4 二襯扣拱施工

進行二襯扣拱施工前，需要破除導洞初支結構，將被分隔的各作業面連通，形成大斷面空間，便于臺車模板施工。導洞間洞室全部施工完成后，沿縱向破除邊導洞室內初支扣拱，每階段破除距離長度在6 m和8 m之間。為防止二襯扣拱混凝土澆筑對頂縱梁因位移壓力形成偏壓，先進行施工中跨，后對稱同一時間施工兩側邊跨，必須嚴格按照分階段設計進行施工步驟。

3 扣拱施工重難

（1）頂縱梁需要在小導洞內施工，并且受導洞內施工空間狹小的限制，而頂縱梁鋼筋間距較大，振搗難度較大，如何防止鋼管柱因頂縱梁施工發生偏移、保證混凝土澆筑的飽滿度是施工的控制重點。在進行較大跨度開挖過程中的產生工程風險的可能性相對較大。中部頂縱梁建設空間較小，中上導洞上方的巖體土層受到扣拱的工程掘進影響較大，受外力干擾嚴重復雜。后面還需要進行破除出邊洞內初期支護，作業時間會更加漫長，并且對地層的擾動較大，產生地層沉降變形。

（2）進行扣拱施工時，應重點檢查規定的是初支扣拱鋼格柵上預留連接板的工程質量和破除二襯扣拱的施工執行步驟步序。嚴格按照設計步序進行中跨與兩邊跨的暗挖及拆撐施工，防止對既有結構產生偏載，導致結構附加應力增大產生失穩性破壞，降低風險，保證施工安全。因為在加工車站初支格柵時需要考慮到二襯扣拱的尺寸要求，在進行導洞格柵制作時，格柵整體的尺寸要進行整體的放大，但扣拱格柵鋼架沒有進行相應的調整，在初支扣拱的初步開挖過程中，扣拱格柵鋼的角度高度與預制鋼板高度角度并不匹配，極有可能會導致在二者進行對接時出現空隙，從而造成扣拱格柵鋼架和預埋鋼板不能充分密接密貼。

（3）大跨對稱開挖對管線安全影響大，工程車站結構所在位置地下水豐富、水位偏高、工程地質條件相對較差、局部位于富水軟弱砂層中，具有相對較差的自穩定性，開挖后容易造成位移變形甚至是造成坍塌。PBA方法是一種結構形式，從一個小洞室到一個大斷面分階段進行挖掘和擴張，存在預留接縫數量多、防水措施施工困難等特點；同時拱頂存在數量密集的管線，可能會在施工過程中出現滲漏水等上層出水，拱部施工縫細部構造的加強施工監測處理是施工的重點。因此，扣拱施工期間中確保許多管線的正常運行也是項目的一大挑戰。

4 結語

PBA 方法具有獨特的優勢，可以在地面上保證城市交通和地下管道的正常運行，在城市地下空間的建設中發揮重要作用。對于環境的影響也相對較小，消除了過去修建地鐵所造成的環境污染。但PBA工法的主要技術和設計問題是扣拱施工的建造。在進行扣拱施工和臨時支撐拆除時，必須嚴格按照設計順序進行施工。為了確保結構安全，必須避免不平衡的上部縱梁造成損壞，以及由于未調整的水平壓力造成上部縱梁的傾斜和位移。PBA 工法的復雜性、工程設計變更的數量、項目的規模和施工期的長度都使得改善整個車站的防水狀況和避免漏水問題變得困難，要避免出現滲水漏水現象。