暗挖施工工艺交流(PBA)

沈阳地铁二号线一期土建工程第九合同段洞桩法（PBA）暗挖施工技术中国中铁一局一、PBA暗挖车站施工技术概述PBA（Pile柱、Beam梁、Arch拱）工法又称为“洞桩法”,工法的主要原理为利用小导洞和桩体支护技术在对底层不产生大的扰动的情况下，在地下形成梁、柱、拱的纵向支撑体系，支撑体系形成后，即可进行全面的纵横向框架空间支撑体系，在支撑体系的保护下可安全的分层、分段开挖，它的特点是把成熟的施工工法（小导洞、边桩、纵横梁、扣拱）进行有序组合，形成的一种新的工法。PBA暗挖法逆作法施工工艺特点：优点:（1）通过导洞、边桩、钢管柱、临时中隔壁将暗挖车站初支双连拱分割为约3m跨度的若干个小断面洞室（一般为6个以上），并加强支护，施工安全和沉降量控制大大提高。（2）初支扣拱完成后，进行二衬扣拱施工工序，拱部较早的形成了稳定受力体系，在结构安全提高的同时，沉降量也得到有效的控制。（3）较其他大跨度暗挖施工工艺（如中洞法、CRD法），拆除部分较少，结构受力转换更合理，安全性、经济性较高。（4）边桩采用挖孔灌注桩围护结构，增强了整体暗挖初期支护体系侧面和顶部的受力能力，从而提高对顶部管线、建筑物和周边建筑物的保护能力。缺点:（1）工序转换复杂，各个工序的衔接和组织要求较高，工期较长。（2）将大跨度结构分割为小断面的洞室是把“双刃剑”，如在暗挖施工过程中对各个过程的连接接控制不到位或方法不当会增加塌方的危险、二次或多次沉降较大的问题。（3）结构施工缝较多，防水及施工缝处理要求高，处理不当易形成渗漏。1、工程概况沈阳地铁二号线SG9标位于沈阳市青年大街与西滨河路交叉口处，工程包含一站一区间，青年公园车站采用明挖与PBA暗挖法施工，主体结构为双层双跨12m岛式站台车站，主体结构总长169.1m，设3个出入口、两处风亭、一部直升电梯、一个疏散通道。青年公园站～工业展览馆站区间长度为1122.7m，采用盾构法施工。合同总造价为18931.3万元,扣除预留金费用外，有效合同价为17284.47万元。2007年12月3日中标，2008年4月15日开工。二、项目概况车站暗挖段车站明挖段2号出入口1号风道3号出入口1号出入口2号风道疏散通道1号竖井DZ导洞青年公园车站平面图青—工盾构区间车站明挖段2号风道1号出入口车站暗挖段一号竖井竖井1#暗挖风道3#暗挖出入口3m车站暗挖主体2#出入口1#风道2、地质情况场地地基土主要由第四系全新统和更新统粘性土、砂类土及碎石类土组成。地层划分主要考虑成因、时代以及岩性，划分依据根据野外原始编录、土工试验结果，同时参照原位测试指标的变化。自上而下依次描述如下：主要为沙层、卵石层，内聚力为—0。层位岩性厚度（m）层底埋深（m）层底标高（m）①杂填土0.20～8.000.20～8.0037.34～42.05②-2粉细砂1.50～2.001.50～2.0036.51～36.81③-1粉质粘土1.301.8040.33③-3中粗砂0.60～4.503.00～6.4035.70～39.55③-4砾砂7.00～17.8012.50～20.8020.85～33.74③-4-1粉质粘土0.30～0.809.50～11.8030.70～33.04③-4-3中粗砂1.4012.0030.48③-4-5圆砾1.20～5.806.00～10.5030.11～36.35④-4砾砂2.7015.7026.32⑤-1粉质粘土0.30～2.0015.30～21.0020.55～33.44⑤-3中粗砂0.30～5.7015.00～21.5020.59～27.74⑤-4砾砂14.20～25.5034.00～42.50-0.80～8.71⑤-4-1粉质粘土0.602.7015.23⑤-4-3中粗砂1.00～2.1020.00～30.2012.03～18.51⑦-1泥砾4.60～12.0040.60～49.00-6.87～1.72⑦-2泥砾最大揭露厚度（m）层顶埋深（m）层顶标高（m）11.8040.60～49.00-6.87～1.723、水文地质情况车站明挖段处于南运河的青年湖内，水位标高约40.00，湖底岩性0～4.5m主要为淤泥混砂类土。湖水水位一年有两次突升，一次在5月初因大伙房水库大量放水；另一次出现在7月末至8月初的主汛期，此时达到最高水位；9月下旬至翌年4月末，水位最低。地下水位在勘察期间水位埋深5.50m～12.08m，因地上水位变化的影响，地下水位年变幅约2米。青年湖为南运河的中间一段，水域面积约0.5km2，经查地下水与湖水垂向不连通，但湖水有侧向渗漏。4、项目风险源管理车站暗挖段和1号风道位于青年大街正下方，地下管线复杂，需通过的压力管线共计8条，是项目的主要风险源控制点。项目针对管线安全防治措施，召开专家评审会议，按照专家意见落对风险源管线措施进行落实，已全部安全通过。管道类型管道名称管径(mm)距暗挖拱顶距离（m)材质修建年代流量备注1雨、污水HSDN175017503.16混凝土19990.5m3/s2雨、污水HSDN120012003.51混凝土19800.2m3/s3雨、污水HSDN7007004.95混凝土19604雨、污水HSDN120012004.71混凝土19556雨、污水HSDN7007003.1混凝土19600.25m3/s7燃气MQDN300(低压）3003.82铸铁19708燃气MQDN300(中压）3005.55铸铁19709自来水JSDN2002005.9铸铁1970沈阳地铁二号线青年公园站风险源管线雨污水、压力管线平面图1号DN1750雨、污水管线2号DN1200雨、污水管线3号DN700雨、污水管线4号DN1200雨、污水管线5号DN700雨、污水管线6号低压燃气7号中压燃气8号自来水车站暗挖段地下管线剖面图1.6米4.7米4号φ1200雨污管线5.9米8号φ200自来水1.5米车站暗挖段上导洞拱顶线7号φ300煤气5.5米1.4米5.3米4.7米青年大街站方向工业展览馆站方向1.5米1.6米3号Φ700雨污管线2米2号Φ1200雨污管线青年大街3米1号Φ1750雨污管线三、分部分项工程施工技术交流一）、降水施工沙砾层渗透系数达到85m/d(最大位置为120m/d)。现场观察情况：停水一小时，现场水位上升；抽水一小时，水位下降。深井点对沙砾层降水效果显著！1、原降水设计方案简介（4160延米）。沈阳地铁二号线青年公园车站原降水设计参考了沈阳地铁一号线的“小井深、小间距”降水设计理念，青年公园车站主体和附属降水共设计130眼降水井，降水井间距6～7米，平均井深32米2、实际降水设计方案简介（2394延米）沈阳地铁二号线青年公园车站由于地理位置和地质条件不同于沈阳地铁一号线，经过经济技术方案比选和专家论证，在实际降水设计中采用“大间距、深井井点降水”的设计理念，将降水井数量减少至57眼，降水井间距15～20米，平均井深42米。实际降水设计方案避免了占用青年大街主干道施工降水井和排水管线，减少了降水井数量和降水施工成本，达到了设计要求的降水水位控制在结构下1m的要求，保证了青年公园车站明挖和PBA暗挖施工的顺利实施。二）、导洞施工（暗挖施工）暗挖施工“十八字”施工原则：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测！遵守原则，不拘泥于原则！根据现场地质情况确定暗挖参数！1、浆液选择小导管注浆材料及配合比根据调查不同地质情况和要求主要采用以下几种：（1）改性水玻璃浆：配合比为硫酸：水玻璃=1∶1.8～1∶2.2，PH=3.1～3.5。主要适用于无水的粉细砂层。青年公园暗挖地层主要以中粗砂和砂砾为主，由于改性水玻璃浆液价格较高，虽然可以满足注浆效果，但性价比低。同时，改性水玻璃浆液操作要求高，有一定的安全风险。（2）纯水泥浆：原材料为掺入10%微膨胀剂的普通水泥，水灰比0.45～0.6。主要适用于中粗砂层和砂卵石层。经过试验后证明，水泥浆液在水灰比为1:0.5的配合比下，注浆半径能够满足要求，固结体强度满足超前支护要求，但由于其凝固时间较长，影响暗挖施工工序时间，可作为马头门施工双排小导管注浆浆液。（3）水泥-水玻璃双液浆：水泥采用Po32.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃为35°Be'。水泥浆液与水玻璃体积比为1∶1。主要适用于细砂、粉砂、粉土层及带水的砂层。经过试验后证明，水泥浆液在水灰比为1:0.8，水泥浆与水玻璃体积比为1：1的配合比下，水泥-水玻璃双液浆扩散半径为160mm，注浆半径能够满足要求，固结体强度满足超前支护要求，但由于凝固时间较短，施工中要注意注浆时间的控制，防止堵管，水泥-水玻璃双液浆能够在砂层含水的状态下施工，可做为超前小导管注浆浆液。（4）水泥-液体固砂剂双液浆：水泥采用Po32.5R普通硅酸盐水泥，水泥浆液与固沙液体积比为1∶1~3:1。主要适用于中粗砂层、砂砾层、砂卵石层及带水的砂层。

经过试验后证明，水泥浆液在水灰比为1:1，水泥浆与液体固砂剂体积比为3：1的配合比下，水泥-液体固砂剂双液浆扩散半径为165mm，注浆半径能够满足要求，固结体强度满足超前支护要求，使用牛角泵注浆操作方便、30秒即可完成注浆，且浆液能够在砂层含水的状态下施工，可做为超前小导管注浆浆液。

水泥-固沙液双液浆较水泥-水玻璃双液浆具有单价低，施工机具简单，操作方便、注浆时间短的优点，同时和水泥-水玻璃双液浆同样具备砂层含水的状态下施工的特点。因此选择水泥-液体固砂剂双液浆作为暗挖施工超前注浆浆液。4、青年公园车站主要施工工序该方法利用车站明挖段和1#竖井DZ横通道平行施工上下层小导洞，在上层小导洞内施工钻孔灌注桩和钢管柱，边桩作为车站围护结构临时挡土结构，然后施工初支扣拱和二衬扣拱，边桩、钢管柱初支、拱和二衬扣拱共同组成车站拱部的支撑体系，然后在拱桩柱支护结构下开挖车站主体空间，自上而下施作车站楼板、柱和侧墙等永久结构。附车站暗挖段施工顺序图：3、车站暗挖段PBA逆作法施工顺序第一步：施工导洞开挖、支护。导洞开挖时先开挖下部导洞一段距离后，再开挖上部导洞，先开挖边导洞再开挖中导洞。每个施工口施工到结构分界里程线就开始下导洞之间横通道施作。车站暗挖A型临时导洞开挖第三步：施工边导洞内主体拱部格栅钢架拱脚，纵向间距0.5m，并立模回填边导洞内拱架及其背后空隙。根据监测结果，当下导洞初支强度达到要求后，进行中导洞中人工挖孔。

第四步：施工钢管柱及回填灰土。上部中导洞内施作顶纵梁，回填中导洞内顶纵梁背后空隙。

第五步：主体①部分断面拱部超前小导管注浆加固地层，开挖并施作永久及临时支护；①部分土体开挖支护时，应相互拉开一定距离，间距不小于8-10m。

第七步：拆除永久结构断面范围内剩余导洞结构，向下开挖土体至中板下一定距离，铺设边墙防水层，及时施工站厅板及边墙，站厅层封闭成环，预留边墙钢筋。

第六步：待主拱初支达到设计强度后，拆除中隔壁，拆除永久结构断面范围内局部导洞格栅钢架，导洞格栅纵向拆除长度应根据监控量测严格控制,不应大于10m。铺设拱部防水层，浇筑拱部二衬。

第八步：继续开挖土体到基底标高,拆除永久结构断面范围内剩余下导洞结构，桩间喷混凝土，回填横条基与底板间空隙，施作底板垫层及底板、侧墙防水层。浇筑底板及部分边墙,预留边墙钢筋。

第九步：待底板达到设计强度，铺设侧墙防水层，浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接，结构封闭。施作车站内部结构，车站土建施工完成。

三、扣拱和主体结构施工方案总体部署

初支扣拱3个作业面同时进行，车站明挖段为一个作业面，由车站明挖段向北侧进行初衬扣拱施工。DZ横通道为两个作业面，分别向南北两侧进行初衬扣拱施工。DZ横通道车站明挖段四、初支扣拱施工方案

1、初支扣拱施工顺序初支扣拱分为三部分完成，边桩冠梁、顶纵梁施工完成后进行第一步扣拱施工，即上边导洞内和冠梁连接部分初支扣拱施工，完成后进行边导洞回填混凝土施工，然后进行第二步扣拱施工，当第二步临时中隔壁成型8—10m后，可进行第三步扣拱施工，直至扣拱施工完成。①②③560033002、初支扣拱马头门施工1）、车站明挖段初支扣拱马头门施工第一步初支扣拱完成后进行第二、三步扣拱马头门施工，按照设计图纸尺寸用红漆画出开挖轮廓线,凿除格栅和双排小导管位置车站明挖段横通道初支混凝土，然后打设双排φ32×3.25超前小导管，长度3米，外插角为2°,环向间距为300mm，喷射10cm混凝土封闭后注1:1水泥浆后割除格栅位置钢筋嵌入第二步第一榀钢格栅，安装临时中隔壁和临时仰拱，前三榀钢格栅按照设计进行密排，当第二步扣拱施工至8—10m后，按照同样方法进行第三步扣拱马头门施工。进行第二步扣拱施工时要保证在中导洞两侧同时进行，以保证扣拱时对整体暗挖段围护结构的稳定（第三步同第二步）。2）、1号竖井DZ横通道初支扣拱马头门施工DZ横通道初支扣拱马头门施工与车站明挖段横通道处施工工序相同，但在进行第二步扣拱时横通道南北两侧如图所示顺序进行。第二步初支扣拱施工各导洞施工步距保证在8—10m，，当第二步所有导洞完成8-10m后进行第三步初支扣拱马头门施工。1号风道①②③①②③①②③①②③顶纵梁马头门破除示意图五、初衬扣拱与出入口、1号风道接口施工方案出入口及1号风道位置与车站扣拱接口处设置临时附加暗梁，扣拱钢筋直接锚入其中，临时附加暗梁位于临时附加暗梁1上方，空隙区域采用C20混凝土填充，保证初衬扣拱的稳定性。

临时附加暗梁（1000*1500）加强梁1(1100*700)导洞边线导洞边线出入口2、北端墙扣拱接口施工方案六、主体结构施工方案1、顶板施工先施工中跨拱部二衬，再施工边跨。采取纵向分段施工，每段7.5m。拱部衬砌模板支撑系统如下：定制曲面模板（肋板宽5cm，面板厚4mm）+型钢（22号工字钢）拱架龙骨+钢管（Φ48×3.5）脚手架。为防止混凝土灌注对顶纵梁形成偏压，在顶纵梁下部侧面提前预埋钢板设置拉杆和加塞钢楔块。灌注口设在拱部，端头堵头板埋设回填注浆管兼作排气管，混凝土采用高性能免振商品混凝土，对称浇注以免偏压。型钢骨架定型钢模+脚手架支撑在施工二衬扣拱过程中，对初衬临时中隔壁进行跳段拆除，每段拆除距离为7.5米，拆除过程中加强监控量测工作，如监测数据超过境界值，则立即停止拆除工作，分析原因，采取加固措施后继续进行施工。②①③①②③④⑤⑥④④⑤⑥⑤⑥③②①2、土方施工土方开挖原则：“竖向分层、纵向分段、中间拉槽、随挖随喷”。a、根据本工程的特点及土质情况，土方开挖拟采用单斗反铲挖土机和人工结合的开挖方法。b、挖土时选用1台小型反铲挖掘机。c、基坑开挖程序及原则：测量放线→按线分层开挖→喷锚支护→修整边坡→基底整平→留足预留土层→人工清理预留土层（中板位置）。d、土方纵向约20米进行分段开挖，保证中板的分段施工距离。e、土方开挖工作面分为3个工作面，其中车站明挖段一个工作面，DZ导洞两个工作面。3、中板施工中板采用地模施工。中板及中纵梁采用土模，方法是先挖土至中板底下12cm左右，并控制挖土标高误差小于2cm，整平压实后浇注C10混凝土垫层，在找平层上放线，按中纵梁的位置挖出梁的土模，靠土侧砌12cm厚砖墙。在土模表面刷脱模剂1～2遍。土模示意图。侧墙位置按主筋连接接头要求长度尺寸局部挖深，一般多挖1m左右的深土然后用砂回填，侧墙的竖向主筋向下插入砂坑槽内，满足下层