洞桩法( PBA)地铁暗挖车站施工技术
摘 要 结合北京地铁 10 号线二期莲花桥站洞桩逆筑法( PBA) 施工实例，介绍了 PBA 工法基本概念，分析总结了PBA 工法的施工技术。
关键词 地铁车站 洞桩法 施工技术
1 工程概况
1． 1 车站概况
莲花桥站位于西三环莲花桥北侧，三环路正下方。车站全长 184． 0 m，标准段宽 21． 9 m，为双柱三联拱双层岛式站台车站。车站共设 2 个风道、3 个出入口及 2 个安全疏散通道。车站平面布置见图 1。
1． 2 水文地质条件
根据地层沉积年代、成因类型，将本工程场地勘探范围内的地层划分为人工堆积层、第四纪新近沉积层、第四纪晚更新世冲洪积层、第三纪长辛店组碎屑岩，四大层。本站范围内的土层主要包括以下土层:粉土②层、粉细砂②3 层、圆砾②5 层及卵石圆砾⑤层、卵石⑦层以及砾岩
层，局部为泥岩
1层。
本站勘察钻孔中未发现上层滞水，但由于拟建场地现状有市政绿化地，且场地内地下布有上下水管道，存在绿地灌溉及管道局部破损渗漏情况发生，故施工时不排除多处存在上层滞水的可能。在勘察深度范围内，揭露一层地下水，地下水类型为层间潜水( 二) ，水位埋深为 12． 52 ～17． 90 m，水位标高为 32． 96 ～30． 36 m，含水层为卵石⑦层及强风化砾岩
层，水量不大，其水位变化主要受下伏隔水层基岩面起伏变化影响。
2 主要施工方法
车站采用洞桩逆筑法( PBA) 施工，PBA 工法( Pile-Beam-Arch，桩-梁-拱) 即先施工导洞，在导洞内施工围护边桩、中柱、底梁和顶梁，再施工拱顶结构，形成“桩、柱、梁”稳定的受力体系，再通过逆筑施工工法完成地铁车站主体结构施工。PBA 工法原理是在地面不具备施工基坑围护结构条件时，改在地下先行暗挖的导洞内施作围护结构来承受施工过程的外部荷载，从而进行开挖及结构施工，最终形成由外层边桩及拱顶初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
莲花桥站施工方法和步骤如下。
为了确保结构施工安全，必须尽快形成“桩、柱、梁”体系。首先从竖井进入 8 个导洞的施工，接着在导洞内完成承载结构和传力结构，包括条形基础、围护桩、桩顶冠梁、底纵梁、钢管柱、顶纵梁等，然后由上至下逆筑车站结构，包括三跨顶拱的初期支护和二次衬砌、站厅层、站台层等。具体施工步序见图 2。
3 施工关键技术
3． 1 主体交叉口马头门施工
交叉口处荷载转换复杂，结构易失稳，土体开挖前采用Ф108 大管棚进行超前支护加固地层，沿拱部马头门弧线布置。扣拱前在横通道内设置开口加强环梁，加强环梁侧向采用I 20 a@ 1 000 支撑在侧壁上。
3． 2 小导洞施工
PBA 工法一般小导洞数量较多，莲花桥站主体即有 8 个小导洞，上层小导洞处于砂卵层、粉细砂及圆砾层中，如此多的小导洞，必然存在较明显的群洞效应。为了控制开挖引起的地面沉降，确保地下管线及周边环境安全稳定，在软弱地层中，小导洞开挖应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则组织施工。根据“时空效应”理论，合理组织导洞开挖顺序及步距，减小群洞效应，本站先施工下导洞，后施工上导洞，上下导洞掌子面错开不小于 10 m，左右导洞掌子面错开不小于10 m，导洞开挖采用台阶法开挖，上台阶留核心土，台阶长度控制在 3 ～5 m，开挖步距控制在 50 cm。
超前支护采用Ф32 超前小导管，环向间距0． 3 m，长度 2． 0 m，每榀打设，砂卵层注水泥浆，砂层注改性水玻璃浆液，下穿管线及建筑应适当加密或采用双排小导管。支护采用格栅钢架，喷砼厚度30 cm。
3． 3 洞内围护桩施工
根据施工现场条件不同，PBA 工法一般采用机械成孔灌注桩或人工挖孔灌注桩，莲花桥站采用人工挖孔灌注桩，“隔二挖一”跳桩施工，成孔时做好孔内通风、孔口防护、孔内排水等措施。
在导洞内施工围护桩，最显著的特征是操作空间狭小，钢筋笼长度受到限制，采用钢筋笼分节吊装，现场孔内连接，节间采用操作简单、安装速度快的机械连接。
3． 4 底纵梁、钢管柱、顶纵梁施工
3． 4． 1 底纵梁施工
下层中导洞完工后，分段浇筑底纵梁，分段长度以12 ～20 m 为宜，分段位置取钢管柱纵向柱间距的 1/4 处。底纵梁既是钢管柱的扩大基础，也是车站底板的一部分，梁内需要准确预埋底板的两层横向主筋接驳器接头，防水层预留搭接并做好保护措施。
3． 4． 2 钢管柱施工
钢管柱作为 PBA 工法车站的核心承载结构之一，其受力因施工进展中存在的中柱与边桩的不均匀沉降、柱的偶然偏心等原因而经常变化，且由于导洞净空限制，钢管柱需分节，从而节点较多，因此对钢管柱的质量需要严格控制，主要包括: 钢管柱与顶纵梁的连接节点、钢管柱与底纵梁的连接节点、钢管柱各节间的连接节点、钢管柱的位置及垂直度控制。
钢管柱在上层导洞内分节吊装就位，各节之间采用高强螺栓连接。
钢管柱全部栓接完毕，将钢管柱落在柱脚钢板上，与柱脚板上的限位角钢密贴。柱脚就位后，调整柱顶位置。确认钢管柱位置及垂直度无误后，先焊接柱脚加劲板，然后在孔口上、下部 50 cm 范围内灌筑 C20 混凝土，填充孔桩护壁与钢管柱间空隙，中间部分填充砂子，防止钢管柱偏移。
柱内钢筋笼分两步完成，钢管柱吊装前，先人工绑扎至上层导洞底板以下约 30 cm，剩余钢筋笼分节吊装，现场孔内连接。
钢管柱内混凝土采用微膨胀混凝土，混凝土等级为 C50。在混凝土浇筑前应对钢管柱的垂直度进行复核。柱内混凝土灌筑高度应超过柱顶法兰约50 mm，浇筑柱顶纵梁时，凿除多余的混凝土。
3． 4． 3 顶纵梁施工
在导洞内灌注柱顶纵梁，操作空间小，顶纵梁形状特殊，呈倒“T”形，既是主要受力结构，也是三联拱二衬的一部分，顶纵梁施工因其断面大、钢筋密，操作空间狭小，保证砼的 1 次性的灌满密实、防止砼裂纹、防止钢管柱因顶梁施工发生偏移是顶梁施工的关键。
施工时支架从已作好的底纵梁开始向上作满堂脚手架支撑。为减少对中洞侧墙的扰动，满堂脚手架施工时分层搭设在工字钢，利用工字钢传力至基底的方法。分段长度除第一段外均取 6． 8 m，分段位置取钢管柱纵向柱间距的 1/4 处。在侧模两侧上按间距 1． 5 m 留 250 ×250 的方孔用于捣固。混凝土采用 C40 自流平防水混凝土，坍落度不小于220 mm。“拖管法”施工混凝土，在车站中心线上距20 cm 拱顶处埋设一根 6 m 的Ф150 钢管，丝扣平接，每节 2 m，泵送砼入模，分层浇筑，通过观察口，适时回拖管，插入或附着式捣固器捣固密实。二衬施工完毕及时对二衬背后及施工缝进行注浆施工，压注水泥浆( 添加适量膨胀剂) ，使顶纵梁顶部填充密实。
3． 5 三联拱扣拱施工
扣拱是 PBA 工法最关键的施工环节，分初期支护扣拱和二次衬砌扣拱，由于扣拱跨度较大，所以保证扣拱质量和降低风险尤其重要。
三联拱初支扣拱施工在导洞间进行，由于中导洞拱部初支为非约束结构，所以扣拱施工应特别注意力学平衡。本站采取“边拱先行，后中拱”的施工方法，初支拱完工再作二次衬砌。
PBA 工法扣拱施工时，由于拱跨度不同、拱顶周边土体开挖、工序转换时差等因素的影响必然在顶拱形成前后存在不同程度的水平推力不平衡现象，因此在顶拱形成前后要考虑水平推力不平衡问题。小导洞破除混凝土前，在小导洞与顶纵梁之间加设临时支撑，顶纵梁设钢拉杆( 拉压杆) ，使顶纵梁之间的约束力变拉力为压力，操作性更强，更容易控制，能有效平衡三联拱初支力上的平衡。
在三联拱施工中，需要控制的重点是节点的连接质量和导洞破除的时间效应。原则上两边拱初支虽不要求对称同步，但必须超前中拱至少 6 m。在三联拱初支未封闭、力学未平衡前，应保持中导洞初支的完整性，扣拱下台阶的土方也不应与掌子面紧跟，以约束导洞的变形，避免三联拱初支产生失稳性破坏。
三联拱二次衬砌，在小导洞破除后，以导洞底板为基础分段施工，分段长度为 6 ～ 9 m，除加高段外，分段位置与顶纵梁施工缝保持一致。三跨连续浇筑，先对称浇筑边拱，后浇筑中拱，使顶纵梁之间的约束力为压力，混凝土强度达到 70% 后方可拆除支撑杆件。
4 结束语
PBA 工法具有对环境影响小、结构安全、临时工程量少、作业条件好等特点。该方法不仅适用于大跨度双层暗挖地铁车站，也可适用于其他地下工程结构，其内部空间布置灵活，依靠较早形成的支撑体系可有效控制地面沉降。目前随着 PBA 工法的广泛应用，工艺得到了进一步改进和完善，施工方法逐渐成熟，已经成为城市地下工程建设的一项主要施工工法。
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