地铁车站PBA工法小导洞施工方案改进措施

地铁车站PBA工法小导洞施工方案改进措施

李斌

中铁十七局集团第一工程有限公司山东青岛266555

摘要：在地铁车站的施工中，当前常用PBA公法进行导洞施工，达到提高建设质量和施工效率的目的。基于对该种方法应用原理的了解和研究，本文指出了这种方法的应用方法，并在此基础上通过对同一工程施工方案的对比工作提出PBA法施工方案的改进措施，从而让这种方法能够在施工过程中发挥更为有效的作用。

关键词：地铁车站；PBA公法；小导洞施工

引言：

PBA公法为浅埋暗挖法，这种方法的原理为，根据工程特点进行挖掘导洞，在完成该项操作后在导洞内容施加桩拱梁设施，这些构件发挥承力功能，在完成该段导洞的施工工作后，沿导洞方向进行进一步挖掘，最终完成对整个工程的施工工作。但是这种方法在应用中，由于要开挖多个导洞，容易引发地面沉降问题，所以方案改进工作的重点为规避这一问题。

1.地铁车站PBA公法小导洞施工方案确定

在PBA公法的应用过程中，在技术应用中包括多种方案，本文以某地铁车站的设计和施工为例，探究具体的施工方案，施工方案的确定和实施方法如下：

1.1地质勘探工作开展

在地质勘探工作的开展中，主要的探究内容为地铁车站建设区域地质条件，尤其是对于低层中的砂石层区域来说，由于这种地质环境稳定性较差，建设多个小型导洞更容易产生地质沉降问题。另外在地铁车站的设计中，会在工程图纸上标注地铁车站的相关参数，在小导洞施工方案的设计和确定过程中，要完全按照施工图纸上相关参数的进行合理规划[1]。例如在三教堂地铁站的施工中，车站的建设区域垂直剖面上，自上至下的土层为人工填土、粘性土、砂土和卵砾石土，不同土层的渗透性不同，具体数值如下：

表一三教堂车站施工区域各土层渗透率

岩土名称建议值（m/d）透水性

黄土状粉质粘土0.1弱透水

粉土

细砂5中等透水

中粗砂35强透水

在完成土质分析工作后，开展周边区域环境勘测工作，地面交通系统勘测发现，周边车流量很大，临近建筑中，东端伸入钢结构厂区，车站的1号风亭、D出口占用交警总队1层砖结构。该区域的地下管线复杂，包括热力管道、电信管道。电力管道等，管道示意图如下：

图2三教堂车站平面图

在确定了地层参数后，需要却定小导洞的相关模型参数，该过程中需要按照整体施工方案进行确定，在完成该项操作后，选择最佳的施工方案。

1.3施工方案探究分析

在本文的研究过程中，最终确定的施工方案有4种，这四种施工方案按照导洞的建设顺序和方向进行合理选择，可供选择的施工方案第一种为先进行下部导洞施工，后进行上部导洞施工，同时施工方向为从边缘区域向中间区域进行施工。第二种方案为从下至上，从中间向边缘的施工方式[2]。第三种为从上至下，从边缘区域向中间区域的施工方式。第四种为从上至下，从中间区域向边缘区域的施工方式。为方便论述，本文将这四种施工方案命名为方案A、B、C和D，在方案优化的过程中，主要分析这四种方案对地质沉降的影响效果，从中选择对地质影响最小的施工方案，深度保障地铁车站的施工质量。

2.地铁车站PBA公法小导洞施工方案改进措施

在PBA公法的小导洞施工方案改进中，需要应用建成的数学模型对以上4个方案的作用效果进行分析，探究各个方案对地层的影响情况，具体的分析和改进工作如下：

2.1仿真模型结果分析

在上文的研究过程中，已经建成了针对整个系统的3D模型，并向建成的模型时间了载荷，在后续的研究中，只需在此基础上对地质的沉降情况进行模拟和分析即可，当发现某个方案能够引起较大的地质沉降问题时，则该方案不可被使用。在本文建设的最终模型中，不同方案的沉降结果如下：

图1小导洞施工方案引发的沉降效果图

从该图中可以发现，方案A引发的整体沉降效果最小，为5.84mm，方案D引发的整体沉降效果最大，为6.42mm，从模拟结果的角度分析，在具体的施工过程中选择方案A能够取得更好的施工质量。但是从地铁车站的运行稳定性方面分析，还需要对桩体的沉降情况进行探讨，原因在于当产生非对称性沉降时，整个系统的稳定性必将大幅下降，所以在具体的分析过程中，还需要探究桩体的自身变化情况。

2.2PBA公法小导洞施工方案综合分析

施工方案的综合分析工作中，需要在建模仿真工作开展的基础上确定各个方案的科学性，最终确定最佳的施工方案。具体的分析工作如下：

2.2.1桩体变化情况

桩体变化情况需要从桩体的水平位移、垂直沉降和桩体倾斜三个角度进行分析，该过程中应用建成的3D模型完成工作，分析过程如下：（1）整体沉降情况。整体沉降情况的分析和研究内容为沉降现象的发生区域，方案A的沉降情况发生在地铁车站的正上方，并且沉降效果均匀，而其余方案的沉降发生情况都存在不均匀性，这说明桩体的沉降效果也存在不均匀问题，对整个系统的稳定性造成了负面影响[3]。（2）桩体的水平位移。通过对方案A和方案B的对比，发现方案A施工方案中的桩体水平位移更小，两者差异为2.9%，方案C和方案D中，方案C的桩体水平位移量更小，水平位移量的差值为12.2%，通过这种横向对比可以确定，从下至上和从边缘区域向中心区域的施工方式都能够达到降低水平位移的效果。（3）桩体垂直沉降。桩体的垂直沉降分析过程与水平位移分析方法相似，并且最终结果基本相同。（4）桩体倾斜率。桩体倾斜率方面的最终变化参数与桩体水平位移的参数变化情况相似，所以从模型建设角度分析，应用方案A能够全面保障系统的安全稳定性。

2.2.2目标分层结构建设

在施工方案的选择过程中，为了能够更好探究方案本身的科学性与合理性，需要能够最大限度消除施工过程中产生的无关变量。在分层结构建设过程中，需要对整个施工效果的影响情况进行分析和探究，该项工作需要从整个系统的质量评价因素角度分析，本文认为系统中产生的相关影响因素为地表最大沉降情况、桩体水平位移情况、桩体垂直沉降情况和桩体的倾斜情况，在层次结构建设工作的开展中，各个施工方案的完善性都需要对这些评价指标进行研究和分析，事实上，在上文的分析过程中，已经对这些评价指标进行了整合与分析，最终确定的最佳方案为方案A。

2.2.3评判矩阵建设

评价矩阵的建设方法为对全体施工方案中的质量影响因素进行分析，并对这些施工方案进行两两比较，该过程中需要对整个系统进行全面分析，将这些因素定义为bij，例如对于方案A和B中的某个质量评价因素来说，当两个评价指标引发的后果相同时，则对应的b值为1，当A方案略优于B方案时，b值赋值为3，当A方案中的相关方法整体由于B方案时，赋值为b=5，当该方法全面优于B方案时，赋值为b=7。当A方案施工中的施工方法劣于B方案时，则b的赋值取相应的倒数，在确定了矩阵后，可以通过计算矩阵最大特征值的方式确定各个方案的优劣性，从中选择最佳方案。

在经过以上所有分析工作中，本文以三教堂车站为例，最终制定的施工方案如下：

图4洞内钻机、泥浆池分布图

（3）钢管柱施工。钢管柱施工中，需要保证挖孔桩能够被垂直运输，可借助简易门式提升架达成目的。施工流程如下：

图5钢管柱施工流程图

结论：

综上所述，在地铁车站PBA工法施工技术的应用中，需要应用3D软件对整个工程进行建模仿真，探究整个工程施工和运行中的地质沉降情况，并开展针对施工方案的整体性检验工作，最终分析结果表明，在小导洞的施工过程中，采用的施工方案为自下而上，从周边区域向中心区域的施工方法能够全面提升施工质量。

参考文献：

[1]史玉鹏；；地铁沈阳站站位PBA工法施工技术[J]；价值工程；2011年16期

[2]姚君华；宋文杰；董军；；PBA工法导洞不同开挖顺序对地表沉降的影响[J]；公路；2013年01期

[3]夏炜洋；；盾构施工穿越PBA工法车站站台层的数值模拟研究[J]；国防交通工程与技术；2014年03期