城市地铁车站PBA洞桩法施工及地表沉降研究

2011-10-20王亮，袁东

赤峰学院学报·自然科学版 2011年10期

关键词：导洞防水层测点

王亮，袁东

（1.辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳 110122；2.江苏盛华工程监理咨询有限公司，江苏徐州 221006）

城市地铁车站PBA洞桩法施工及地表沉降研究

王亮1，袁东2

（1.辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳 110122；2.江苏盛华工程监理咨询有限公司，江苏徐州 221006）

本文以沈阳某地铁车站PBA洞桩法施工实例为背景，论述了PBA洞桩法的施工工艺；通过现场实测数据分析，研究PBA洞桩法施工时地表沉降的规律和特点；提出了PBA洞桩法施工建议，供施工技术人员参考.

地铁车站；PBA洞桩法；地表沉降；施工建议

近年来，PBA洞桩法在众多的暗挖工法中以其特殊的优势为人们所关注，在北京、沈阳等城市复杂工程环境中的地铁车站及区间段修建中得到了广泛的应用[1].国内研究者已对该工法展开了大量的研究，但目前对PBA洞桩法施工时地表沉降规律和特点的研究比较少，不利于该工法的应用和推广.本文依据沈阳某地铁车站的PBA洞桩法施工实例，对PBA洞桩法施工地表沉降进行研究分析.

1 工程概况

1.1 车站概况

地铁车站采用PBA洞柱法逆作施工，为二层二跨二连拱结构.顶拱由钢格栅＋喷射混凝土的初期支护和模筑钢筋混凝土的二次衬砌构成，初支与二衬之间设柔性防水层.基坑采用钻孔灌注桩（φ800＠1200）加钢支撑（φ609×14）支护，此桩兼做承载力桩基，承受暗挖逆筑法顶拱脚竖向压力；导洞及主体顶拱初期支护采用大管棚及小导管注浆超前加固地层等施工辅助措施.

1.2 工程地质概况

拟建场地地形变化平缓，地面标高介于43.70～45.68m之间，最大地面高差1.98m.根据地质勘察报告，拟建场地范围内的地层结构为第四系全新统人工填土层、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层、第四系全新统浑河新扇冲洪积层.

2 施工工艺

车站主体结构PBA洞桩法逆作施工工艺如下图1所示.

具体做法如下：

图1 地铁车站PBA逆作工法施工工艺

第一步：施工（1）、（3）小导洞拱部超前小导管，并注浆加固地层，台阶法开挖小导洞（1）、（3）并施工初期支护（台阶长度不大于3m），洞通后在小导洞（1）、（3）内施工钻孔灌注桩、桩顶冠梁及洞口初期支护加强环梁.

第二步：钻孔灌注桩施工完后，施工（2）、（4）小导洞拱部超前小导管，并注浆加固地层，台阶法开挖小导洞（2）、（4），并施工初期支护（台阶长度不大于3m）.先施工下导洞，后施工上导洞，上导洞（2）落后下导洞（4）不小于8m.洞通后施工上下导洞间钢护管.

在下导洞（4）内施工底板梁防水层及底板梁后，施工钢管混凝土柱（钢护筒与钢管混凝土间空隙用砂填实），然后在导洞（2）内施工顶拱梁防水层及顶纵梁，并在顶纵梁中预埋钢拉杆.

第三步：从车站两端相对施工顶拱（5）、（6）超前大管棚及小导管，并注浆加固地层.施工开挖导洞（5）、（6）土体，并施工顶拱初期支护，顶拱土体开挖采用台阶法，留核心土，开挖步距不大于1m，并加强监控量测.导洞（5）、（6）贯通，且初期支护变形稳定后，沿车站纵向分段（每段不大于一个柱跨）凿除小导洞（1）、（2）、（3）部分初期支护结构，施工顶拱防水层及结构二衬，并及时施工钢拉杆.二衬没施工部分不得拆除小导洞初期支护.

第四步：顶拱二衬施工完成后，沿车站纵向分为若干个施工段（不大于两个柱跨）：在每个施工段分层开挖土体至楼板下1.5m处（边开挖边施工桩间网喷混凝土及切割掉钢护管），分段施工楼板梁及中楼板，并施工侧墙防水层、保护层及侧墙.

第五步：沿车站纵向分为若干个施工段（不大于两个柱跨）：在每个施工段分层开挖主体至钢支撑下0.5m处（边开挖边施工桩间网喷混凝土及切割掉钢护管），并架设钢支撑，继续开挖基坑至基底，施工底板防水层及底板.

第六步：施工结构底板及混凝土结构柱.拆除钢支撑，施工侧墙防水层及侧墙，完成车站结构主体.

3 地表沉降分析

3.1 测点布置

测点布设沿线路前进方向，纵向每10m布设一个监测断面，横向每个断面布设2～9个监测点.测点布置如图2、图3所示.

图2 地表沉降监测点布置平面图

图3 C、G断面地表沉降监测点布置图

3.2 地表沉降分析

整个施工过程中，各主要施工阶段引起的典型横断面主测点地表沉降量如表1所示.

表1 主要施工工序引起的地表沉降量分析表（mm）

根据表中数据可知，主要施工工序引起的地表沉降量有以下特征：

（1）每个测点在其对应的开挖工序上的沉降量最大，而其他开挖工序对其影响是测点及开挖工序的不同，影响也不尽相同.

（2）a工序的单纯导洞开挖阶段引起的地表沉降量除了对应的测点3、4外，对于其余测点的影响较小，均在10％以下.因导洞断面相对较小，而且两个导洞间的距离又相对较大，所以引起的隧道中线处地表沉降量不大，只占总地表沉降量的3.33％（C断面）和6.56％（G断面）.

（3）边桩施工过程中，对应的测点3、4在两个断面处的沉降值均较大，分别占总沉降量的33.33％、37.50％（C断面）和32.47％、24.85％（G断面），对于隧道中线及两隧洞中线的影响介于12％～27％之间，相对于对边测点3、4的影响较小，但相对于a工序的影响要大.

（4）隧道中线小导洞和钢管砼柱施工，对于隧道中线地表沉降影响较大，沉降量占比分别为35.00％（C断面）和30.60％（G断面）.从表中可知，该施工过程对于两侧隧洞中线处沉降影响相对较小，对于边测点的影响就更小了.

（5）扣拱开挖与支护施工过程中，对于各个测点的影响均较大，沉降量占比均在20％以上，对于对应测点1、2的影响更加明显，占比分别达到了49.07％、35.64％（C断面）和61.49％、42.28％（G断面）.这说明在采用PBA洞桩法进行施工时，对拱顶下沉影响最大的工序是拱部开挖，必须采取有效措施对拱部地层进行预加固或预支护处理，尤其是地层条件较差时更应加以重视，从而有效地控制住拱部开挖对洞周地层稳定的不利影响.

（6）进入e工序后，地表沉降逐渐减小，这是因为在形成整体支护体系以后再进行洞室主体的开挖对洞周地层的扰动是很小的，不会引起明显的地层沉降，从而有利于施工现场的环境控制.但对于边测点3、4的影响偏大，占比在20％左右.说明进行土体开挖后，降低了土体对于边桩的约束，增加了边桩处的地表沉降.