PBA工法车站施工扣拱技术研究

宗建

(中铁七局集团第二工程有限公司 辽宁沈阳 110000)

随着城市地铁的飞速发展，在已有的城市建设环境限制下，暗挖洞桩法（Pile-Beam-Arch-method，PBA）正逐渐成为建造城市地铁的首选方法。边桩和中柱由扣拱链接共同承担着土壤上方的土体荷载，作为车站结构中的重要受力结构。扣拱的施工工序多而繁杂，具有施工作业空间狭小、转换多，施工缝密集等特点；保证其中扣拱部分的施工完成质量，满足PBA 工法对于地面沉降变形的要求是PBA工法是否成功施工的极为关键的一环[1-2]。孙斌等人[3]以长安公园地铁车站为工程背景，对洞桩法施工原理、施工步序、小导洞及扣拱施工等施工工艺进行阐述。李铁生[4]以北京地铁车站为工程背景，对管幕法地铁车站管幕打设、扣拱等施工工艺进行阐述，并结合现场实测数据进行了分析。秦建明[5]以沈阳地铁一号线沈阳站暗挖车站为工程背景，阐述了PBA工法施工洞桩、扣拱等相关技术等。李涛等人[6]以北京地铁田村车站为工程依托，采用数值模拟与实测数据相结合的方法，对洞桩法地铁车站扣拱顺序进行了阐述，并研究了不同扣拱施工顺序对地表沉降的影响。

唐雄等人[7]以广州市流花路站为工程背景，对洞桩法超大断面隧道施工进行了有限元分析，阐述了洞桩法车站施工步序。李晓萌等人[8]以北京某地铁车站为工程依托，采用数值模拟结合实测数据的方法，对洞桩法车站施工引起的地表沉降与边桩进行研究。洞桩法车站施工与其施工地质条件、施工工序等条件有关，本文以沈阳三好街站为背景，对车站扣拱施工工艺进行阐述。以期为同类施工工程提供参考依据。

1 工程概况

沈阳地铁3号线当中的三好街车站主体结构位于文化路下方，附属结构主要位于道路两侧。该车站建设为岛式暗挖站台，车站主体为地下两层三跨框架结构，其中包括3个施工竖井，车站总长220.7 m。标准段宽度为22.7 m，标准段高度为15.6 m，顶板覆盖土平均厚度大概7 m。在车站结构上方沿文化路与三好街交叉路口管线密集，主要管线有煤气管铸铁排水管砼、煤气管铸铁、排水管砼、污水管砼、电信光纤、给水铸铁。道路上密布着管线，其中大部分是雨污水管线、自来水管线、燃气管线等对施工影响较大的管线，车站本身也被商业高层建筑和住宅区包围。工程建设受周边环境的影响特别大。在研究期间，地下水位的深度在10.10～12.30 m之间。车站主体结构处于富水砂层。车站平面图及管线位置如图1、图2所示。

图1 车站平面图

图2 车站上方管线布置图

2 扣拱技术

2.1 扣拱工序

车站初支扣拱施工分为三跨段，三跨段施工主要由2 号、3 号横通道向两侧进行初支扣拱施工，初支扣拱结构设计参数如表1所示。

表1 初支扣拱结构设计参数表

初支扣拱及二衬扣拱是PBA 工法扣拱技术中两个重要的组成部分,在施工现场的施工步骤具体可以分为：导洞施工→下部边桩、中部柱体、条形基础和底纵梁等相关组件施工→上部顶纵梁与边洞初支扣拱→分部开挖拱部土体、施工初支扣拱→分段拆除导洞临时支撑→分段浇筑二衬扣拱→完成扣拱工序。

2.2 边拱施工及导洞回填

边拱施工是在导洞内施作冠梁、边拱及导洞回填。在施工钻孔桩后，用水泥砂浆找平冠梁底面至设计标高，施作冠梁钢筋；安装初支边拱格栅钢架使各钢架顶端位于同一水平面上。将格栅钢架底端钢筋与冠梁钢筋点焊连接；安装边拱临时支撑；加固网格栅，安装冠梁侧模，浇筑冠梁混凝土；灌注边衬初支混凝土并拱背回填混凝土。

2.3 初支扣拱施工顺序

在完成中部导洞室的顶纵梁和边导洞室的边衬初支扣拱后，架设中央跨度的拱室初期支护，在错开两根柱跨后，必须同时对称施工边跨导洞拱室的初期支护。2号、3号横通道内车站初支扣拱施工顺序如下。（1）先施工横通道施工西侧两边跨（4 号、6 号边跨）的初支扣拱。

（2）待下台阶进洞10 m 后，施工横通道东侧两边跨（1号、3号边跨）初支扣拱。

（3）待东侧两边跨（1号、3号边跨）下台阶进洞10 m后，施工西侧中跨（5号中跨）。

（4）待西侧中跨（5号中跨）下台阶进洞10 m后，施工东侧中跨（2号中跨）。

横通道东西两侧的初支扣拱，边跨与中跨的掌子面拉开10 m步距。3号横通道向2号横通道初支扣拱对挖时，相同洞室掌子面之间距离为10 m时，封闭3号横通道向2 号横通道开挖方向的掌子面，则由东向西进行贯通。横通道东侧初支扣拱断面图如图3所示。

图3 横通道东侧初支扣拱断面图

三好街车站为二层三跨式，扣拱分中洞扣拱和边洞扣拱，采用阶梯法开挖，以保留芯土，超前支护采用DN32×3.25 mm 双排超前小导管，环向间距0.3 m，内侧采用L=2.0 m，倾角13°每品打设；内壁为L=2.5 m，斜度为20°的隔板。扣拱初支剖面图如图4所示。

图4 扣拱初支剖面图

扣拱施工其主要施工工艺与导洞开挖基本相同，关键控制点在于拱架格栅与导洞格栅的连接，扣拱与导洞之间拱顶形成三角区域的沉降控制。

在施工中，为确保扣拱与导向孔的衔接顺畅，对各导槽的长度进行严格的控制，使后行导槽格栅与先挖导洞的格栅保持同步，并对预留的接缝进行防护。按照设计图纸要求，在边导洞施工时要预留结点，其结点形式是在边导洞中预留边拱接头，在后期采用搭接焊接方式。根据现场实际，在节点预埋件上，将U形筋和边导孔的U 形筋在两侧焊接，U 形筋和边导洞扣拱采用单侧搭接焊接，焊接10 d，甩头钢筋30 cm，对小导孔的土方开挖不会有任何影响；预留U 形钢筋采用单侧搭接焊接和后期侧拱连接，减少了现场作业的难度，为确保后期接头的质量，预留U 形钢筋采用橡胶套进行防护。

2.4 二衬扣拱施工

进行二衬扣拱施工前，需要破除导洞初支结构，将被分隔的各作业面连通，形成大断面空间，便于台车模板施工。导洞间洞室全部施工完成后，沿纵向破除边导洞室内初支扣拱，每阶段破除距离长度在6 m和8 m之间。为防止二衬扣拱混凝土浇筑对顶纵梁因位移压力形成偏压，先进行施工中跨，后对称同一时间施工两侧边跨，必须严格按照分阶段设计进行施工步骤。

3 扣拱施工重难

（1）顶纵梁需要在小导洞内施工，并且受导洞内施工空间狭小的限制，而顶纵梁钢筋间距较大，振捣难度较大，如何防止钢管柱因顶纵梁施工发生偏移、保证混凝土浇筑的饱满度是施工的控制重点。在进行较大跨度开挖过程中的产生工程风险的可能性相对较大。中部顶纵梁建设空间较小，中上导洞上方的岩体土层受到扣拱的工程掘进影响较大，受外力干扰严重复杂。后面还需要进行破除出边洞内初期支护，作业时间会更加漫长，并且对地层的扰动较大，产生地层沉降变形。

（2）进行扣拱施工时，应重点检查规定的是初支扣拱钢格栅上预留连接板的工程质量和破除二衬扣拱的施工执行步骤步序。严格按照设计步序进行中跨与两边跨的暗挖及拆撑施工，防止对既有结构产生偏载，导致结构附加应力增大产生失稳性破坏，降低风险，保证施工安全。因为在加工车站初支格栅时需要考虑到二衬扣拱的尺寸要求，在进行导洞格栅制作时，格栅整体的尺寸要进行整体的放大，但扣拱格栅钢架没有进行相应的调整，在初支扣拱的初步开挖过程中，扣拱格栅钢的角度高度与预制钢板高度角度并不匹配，极有可能会导致在二者进行对接时出现空隙，从而造成扣拱格栅钢架和预埋钢板不能充分密接密贴。

（3）大跨对称开挖对管线安全影响大，工程车站结构所在位置地下水丰富、水位偏高、工程地质条件相对较差、局部位于富水软弱砂层中，具有相对较差的自稳定性，开挖后容易造成位移变形甚至是造成坍塌。PBA方法是一种结构形式，从一个小洞室到一个大断面分阶段进行挖掘和扩张，存在预留接缝数量多、防水措施施工困难等特点；同时拱顶存在数量密集的管线，可能会在施工过程中出现渗漏水等上层出水，拱部施工缝细部构造的加强施工监测处理是施工的重点。因此，扣拱施工期间中确保许多管线的正常运行也是项目的一大挑战。

4 结语

PBA 方法具有独特的优势，可以在地面上保证城市交通和地下管道的正常运行，在城市地下空间的建设中发挥重要作用。对于环境的影响也相对较小，消除了过去修建地铁所造成的环境污染。但PBA工法的主要技术和设计问题是扣拱施工的建造。在进行扣拱施工和临时支撑拆除时，必须严格按照设计顺序进行施工。为了确保结构安全，必须避免不平衡的上部纵梁造成损坏，以及由于未调整的水平压力造成上部纵梁的倾斜和位移。PBA 工法的复杂性、工程设计变更的数量、项目的规模和施工期的长度都使得改善整个车站的防水状况和避免漏水问题变得困难，要避免出现渗水漏水现象。