1.1 車站概況
北京地鐵10號(hào)線工體北路站位于工體北路和東三環(huán)交叉路口，車站縱軸與東三環(huán)路平行，呈南北走向，與規(guī)劃的東西走向的M16線形成“十”字換乘關(guān)系。
工體北路站全長(zhǎng)187 m，受三環(huán)路長(zhǎng)虹高架立交橋的限制而采用分離島式暗挖結(jié)構(gòu)，左右線均為單拱單跨斷面，凈跨10 m，分別位于高架橋兩側(cè)的輔路下，線間距45．5 m；線間設(shè)聯(lián)絡(luò)通道、迂回風(fēng)道各兩條及4個(gè)出入口；預(yù)留與M16線換乘接口、通道接口及站廳預(yù)留接口。為滿足工期要求，在車站東北、西南側(cè)各設(shè)施工豎井1座。車站平面布置如圖1。
1.2 地質(zhì)狀況
車站范圍主要地層由上至下依次為：人工雜填土和粉土填土層、粉土層和粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂層和中粗砂層、圓礫卵石層、粉質(zhì)粘土和粘土及粉土層、中粗砂層、卵石圓礫層。
車站頂部位于粉細(xì)砂層中，底部結(jié)構(gòu)位于卵石圓礫層中。施工范圍內(nèi)存在上層滯水、潛水、承壓水，頂板位于潛水位以下0．4 m，底板位于承壓水位以下6 m。土層具中～低壓縮性，地層透水性較好，施工時(shí)易發(fā)生涌水、涌砂，開挖后的穩(wěn)定性差。
圖1 車站平面布置示意圖
1.3 周邊環(huán)境
車站站體分置長(zhǎng)虹高架橋兩側(cè)，橋樁距車站主體邊墻僅5.0 m，距迂回風(fēng)道、橫通道邊墻僅3.2m。路面交通繁忙；周邊有中國(guó)文聯(lián)、中信實(shí)業(yè)銀行、外交公寓、兆龍飯店、交通部住宅樓等辦公、商業(yè)及住宅高層建筑物；地下各種管線密布，雨水管、污水管、上水管、電力管溝、熱力管溝、通信管線等地下管線33條，個(gè)別管線距車站結(jié)構(gòu)僅0.7 m。
1.4 工程特點(diǎn)
周邊環(huán)境復(fù)雜，地下水位高且補(bǔ)給性強(qiáng)，沉降量控制要求嚴(yán)，防滲漏要求高。
2 施工方法--PBA法
為控制地面沉降變形，確保長(zhǎng)虹橋、周邊高層建筑物和地下管線的安全穩(wěn)定，通過比選，車站采用了對(duì)地層和周邊環(huán)境影響均較小的洞樁法(以下簡(jiǎn)稱“PBA法”)施工。
2.1 原理
PBA法的原理就是將明挖框架結(jié)構(gòu)施工方法和暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，即地面不具備施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)條件時(shí)，改在地下先行暗挖的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、樁頂縱梁，使圍護(hù)樁、樁頂縱梁、頂拱共同構(gòu)成樁(Pile)、梁(Beam)、拱(Arc)支撐框架體系(PBA即Pile、：Beam、如c三個(gè)英文單詞的首位字母組合)，承受施工過程的外部荷載；然后在頂拱和邊樁的保護(hù)下，逐層向下開挖(必要時(shí)設(shè)預(yù)加力橫向支撐)，施工內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。
2.2 特點(diǎn)
�、� 在非強(qiáng)透水地層中，將有水地層的施工變?yōu)闊o水、少水施工，避免因長(zhǎng)期大量降水引起的地表沉降和費(fèi)用增大，有利于保護(hù)地下水資源和降低施工措施費(fèi)。
② 以樁作支護(hù)，穩(wěn)妥、安全，也利于控制地層沉降，避免中洞法、CD、CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法多次開挖引起地面沉降量過大的缺陷和對(duì)初期支護(hù)的剛度弱化。
�、� 與CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等相比，拆除臨時(shí)工程量相對(duì)較少；結(jié)構(gòu)受力條件也好，相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理。
�、� 對(duì)結(jié)構(gòu)層數(shù)限制少，對(duì)保護(hù)暗挖結(jié)構(gòu)附近的地下構(gòu)筑物和周邊建筑物的安全有利。
⑤ 在樁、梁、拱承載體系形成后，有較大的施工空間，便于機(jī)械化作業(yè)，從而加快進(jìn)度。
�、� 在水位線以上的地層中開設(shè)的導(dǎo)}同內(nèi)施工孔樁，利用其“排樁效應(yīng)”對(duì)兩側(cè)土體起到了支擋作用，可減少因流沙、地下水帶來的施工安全隱患。
3 工體北路站的施工方法和步驟
施工總原則是少分塊、快封閉，盡量減少荷載轉(zhuǎn)換次數(shù)和地層被擾動(dòng)的次數(shù)。導(dǎo)洞掘進(jìn)和主拱施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”及“先護(hù)后挖，及時(shí)支撐”的原則。
從豎井進(jìn)入兩側(cè)導(dǎo)洞施工，導(dǎo)洞貫通后施作灌注樁。適時(shí)鑿除樁頭后施作樁頂鋼筋混凝土縱梁。以此在導(dǎo)洞內(nèi)施作主體結(jié)構(gòu)拱邊段，回填支護(hù)后背與導(dǎo)洞初期支護(hù)之間空間。以注漿小導(dǎo)管加固拱部地層，開挖上部土體，施作車站主體上部初期支護(hù)(以下簡(jiǎn)稱主拱)，并與兩側(cè)拱邊段聯(lián)成整體。在主拱的保護(hù)下開挖土體并施作中板和上部拱墻二次襯砌結(jié)構(gòu)。分層實(shí)施下部開挖，分層架設(shè)橫撐和實(shí)施樁間初期支護(hù)，然后進(jìn)行下部主體結(jié)構(gòu)施作。施工步序如圖2。
圖2 洞樁法施工步序圖
具體做法如下：
第1步：超前注漿小導(dǎo)管加固地層，先開挖近橋樁側(cè)導(dǎo)洞，導(dǎo)洞臺(tái)階法施工，格柵噴混凝土支護(hù)。
第2步：導(dǎo)洞開挖支護(hù)完成后，用特制和改進(jìn)的鉆機(jī)由內(nèi)向外跳孔施工鉆孔樁(樁徑Φ800 mm、Φ1000mm，間距1.2m、1.5m)，導(dǎo)管法灌注水下混凝土，鑿除樁頭后，施作樁頂縱梁。
第3步：在導(dǎo)洞內(nèi)施作主拱格柵鋼架拱腳(即拱邊段)，與導(dǎo)洞格柵鋼架預(yù)留接頭相連。
第4步：澆筑拱邊段后再進(jìn)行背后回填。
第5步：超前注漿小導(dǎo)管加固地層后弧形導(dǎo)坑法開挖導(dǎo)洞間的拱部土體、施作初期支護(hù)，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)豎撐。
第6步：拆除臨時(shí)豎撐后向下開挖至中板下一定距離，拆除永久結(jié)構(gòu)斷面內(nèi)導(dǎo)洞格柵鋼架，拆除長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)嚴(yán)格控制。
第7步：依次施作拱墻部防水層、中板底模、中板澆筑、拱墻澆筑，預(yù)留邊墻鋼筋和防水層。
第8步：向下開挖至鋼管撐標(biāo)高下0.5 m，樁間噴射50 mm厚C20混凝土找平，必要時(shí)進(jìn)行樁間注漿加固，架設(shè)腰梁及鋼管撐。
第9步：繼續(xù)下挖至基底標(biāo)高，樁間噴混凝土，施作底板墊層。
第10步：鋪設(shè)底板防水層及其保護(hù)層，澆筑底板及部分邊墻，邊墻水平施工縫應(yīng)高出底板面1．5 m以上。
第11步：待底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。70％以上，跳拆橫撐及腰梁，鋪側(cè)墻防水層，澆筑側(cè)墻混凝土與上層邊墻相接。
第12步：施作站臺(tái)板等車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)，車站土建施工完成。
4 施工關(guān)鍵技術(shù)
4.1 導(dǎo)洞開挖
(1) 施工難點(diǎn)：控制開挖所引起的地面沉降，確保地下管線和周邊環(huán)境安全穩(wěn)定。
(2) 主要對(duì)策：1)確定合理的開挖順序，先施作近橋樁側(cè)導(dǎo)洞，超前另一側(cè)導(dǎo)洞不小于10 m。2)堅(jiān)持先護(hù)后挖的原則分臺(tái)階開挖，加強(qiáng)初期支護(hù)，早封閉成環(huán)，控制導(dǎo)洞的沉降和變形。3)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)反饋信息調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方法，以此作為安全保證的主要手段。
4.2 孔樁施工
(1) 施工難點(diǎn)：導(dǎo)洞空間狹小、有效空間僅4.0m；大粒徑(d≈20cm)卵石地層中成孔困難(樁長(zhǎng)19～23 m)。
(2) 主要對(duì)策：1)根據(jù)洞內(nèi)作業(yè)空間和地質(zhì)情況定制或改進(jìn)鉆機(jī)，提高成孔效率和質(zhì)量。先后使用多種改型鉆機(jī)，其成孔時(shí)間分別為：GSD一50改型大口徑液壓鉆機(jī)8～14 h(Φ800 mm)，XQZ一100型泵吸反循環(huán)機(jī)械鉆機(jī)36～60 h(Φ800 mm)，GPS一Ⅱ型泵吸反循環(huán)機(jī)械鉆機(jī)36～48h(Φ1 000mm)。2)確定合理的鉆樁順序，搞好水下混凝土施工。由于樁間距僅為1.2～1.5m，為防止對(duì)臨近已成孔的擾動(dòng)，采用由內(nèi)向外的跳孔施工。鋼筋籠分節(jié)吊裝，現(xiàn)場(chǎng)連接。針對(duì)拆除鉆桿與吊裝鋼筋籠的時(shí)間長(zhǎng)，易造成坍孔、沉碴厚度控制難的問題，采用泵吸清孔和壓舉翻起沉碴的方式進(jìn)行處理。加強(qiáng)對(duì)各操作環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)指揮，避免因混凝土泵送距離長(zhǎng)造成堵管，規(guī)避各種可能的斷樁風(fēng)險(xiǎn)。3)導(dǎo)洞內(nèi)場(chǎng)地狹窄，應(yīng)分區(qū)域分段縱向布置鉆機(jī)設(shè)備、泥漿箱、管路及道路，以磚墻把鉆樁作業(yè)區(qū)和道路運(yùn)輸分開�？讟妒┳魍旰蠹皶r(shí)清除積水、浮漿和剩余混凝土，確保高效和文明施工。
4.3 主拱施工
(1) 施工難點(diǎn)：解決好主拱在初期支護(hù)與二次襯砌形成過程中的體系轉(zhuǎn)換和平衡，防止結(jié)構(gòu)變形、失穩(wěn)和破壞，避免出現(xiàn)地面及拱部的過量沉降和坍塌。
(2) 主要對(duì)策：1)遵循“先護(hù)后挖，及時(shí)支撐”的原則，少分部開挖、快封閉、早成環(huán)。2)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，探明前方的水文地質(zhì)情況。若存在滯水，通過探孔排出；接近管線位置時(shí)，實(shí)施超前管線探測(cè)，小導(dǎo)管加密注漿、加密格柵鋼架、設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)、掌子面注漿等支護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)。3)堅(jiān)持信息化施工，根據(jù)信息反饋調(diào)整支護(hù)參數(shù)，如果變形量和變形速率超過管理值時(shí)，立即采取應(yīng)急預(yù)案，包括加強(qiáng)超前支護(hù)、初期支護(hù)、增設(shè)臨時(shí)支撐、改變開挖步驟、修改施工方案等。4)拆除臨時(shí)支撐時(shí)，對(duì)相應(yīng)部位加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。
4.4 交叉口施工
(1) 施工難點(diǎn)：交叉口處荷載轉(zhuǎn)換復(fù)雜，結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)；開口跨度大，操作空問小，對(duì)車站整體的施工組織和工期影響大。
(2) 主要對(duì)策：1)交叉口采用組合拱梁結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土拱腳支承在縱梁上，水平梁連接初期支護(hù)格柵并分配荷載；主拱開挖設(shè)置側(cè)向開口加強(qiáng)環(huán)與臨時(shí)豎撐，側(cè)向開口加強(qiáng)環(huán)拱腳支承在縱梁上。2)側(cè)向開口采用6 m管棚加固與注漿，環(huán)向破除混凝土設(shè)置開口加強(qiáng)環(huán)，主拱開挖時(shí)設(shè)置兩排臨時(shí)豎撐，豎撐置于導(dǎo)洞壁上，主拱開挖支護(hù)10～20m后施工交叉口組合拱梁；圈梁站廳層成環(huán)后破除立體交叉拱梁侵人二襯斷面部分，拆除臨時(shí)豎撐，開挖核心土，施作通道二襯。3)早開聯(lián)絡(luò)通道，在左右線間創(chuàng)造平行作業(yè)條件以便加快施工進(jìn)度。
4.5 站臺(tái)層結(jié)構(gòu)防水和混凝土澆灌
(1) 施工難點(diǎn)：在逆作施工縫處受空間限制，施工中防水板的預(yù)留和保護(hù)困難、施工縫處的防水質(zhì)量不容易保證等。由于混凝土收縮，在上、下部施工縫處很難澆灌密實(shí)而出現(xiàn)空隙，從而造成質(zhì)量缺陷和安全隱患。
(2) 主要對(duì)策：1)施工縫設(shè)在受剪力較小且便于施工的部位，便于邊墻混凝土的施工。逆作施工縫留成臺(tái)階形式或斜縫。2)施工縫處設(shè)雙道遇水膨脹嵌縫膠或止水條和預(yù)埋回填注漿管等方法進(jìn)行防水處理。
5 工程實(shí)施簡(jiǎn)況
5.1 工期與進(jìn)度
本工程合同工期880 d，2004年5月開工后，165 d施工導(dǎo)洞1100 m，每個(gè)工作面日均進(jìn)度1.5～2.0 m；180 d施工鉆孔樁762根，1根/(天·臺(tái))；180d施工主拱503m，每個(gè)工作面日均進(jìn)度1.2m。目前站廳層已全部完工，站臺(tái)層已完成90％，2007年一季度竣工。
5.2 防水效果
由于周邊降水，近乎為無水施工。根據(jù)施工記錄和質(zhì)量檢驗(yàn)記錄，預(yù)計(jì)可達(dá)防水質(zhì)量要求。站臺(tái)層邊墻與站廳層有較明顯的施工縫痕跡，但無實(shí)體縫。
5.3 監(jiān)控量測(cè)
在施工降水、導(dǎo)洞開挖、主體拱部開挖、拆除臨時(shí)支撐、主拱施工各階段，分別進(jìn)行了地表下沉、拱頂下沉、橋樁沉降、管線沉降、水平收斂等項(xiàng)目的監(jiān)控量測(cè)。累計(jì)地表沉降35～72 mm，拱頂下沉30～60mm，橋樁下沉6～15 mm，管線沉降7～19 mm，水平收斂10～25 mm；其中沉降量較大的為施工降水、導(dǎo)洞施工和主體拱部施工階段，沉降值最大的部位為交叉口。經(jīng)與本項(xiàng)目風(fēng)道CRD法施工比較，PBA法施工的沉降值小于CRD法。與北京地鐵10號(hào)線和5號(hào)線暗挖車站CRD法施工(地表下沉多在100mm以上，最大沉降值超過200mm)比較，本站洞樁法施工沉降量小，沉降控制效果良好。
6 疑議、不足和建議
(1) PBA法在宣武門車站和工體北路站均為無水施工，部分專家、同仁對(duì)其在有水地層中的施工心存疑慮。筆者認(rèn)為，以目前的工藝和技術(shù)水平完全可以有效解決樁間止水問題；樁孔內(nèi)傾問題也可通過提高成孔質(zhì)量并設(shè)置適量外放予以解決。
(2) 站廳層先行施工策應(yīng)了安全，但必然引起站臺(tái)層邊墻上部施工縫和防水層預(yù)留的困難和不足，可以考慮現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)全部順作，只需加強(qiáng)臨時(shí)支撐便可。
(3) 從工體北路站施工情況看，由于我司首次運(yùn)用此法且有部分環(huán)節(jié)(如鉆機(jī)選型改造)未進(jìn)行較全面的預(yù)研究引起一定程度的延誤，其工期進(jìn)度方面的優(yōu)勢(shì)未顯現(xiàn)，但該法對(duì)沉降控制和相鄰構(gòu)(建)筑物的保護(hù)作用是顯而易見的。
(4) 對(duì)今后類似工程的設(shè)計(jì)、施工有如下建議：
�、� 充分考慮立體交叉結(jié)構(gòu)尺寸、格柵連接的操作空間、防水層搭接長(zhǎng)度、交叉口處圈梁尺寸和鉆機(jī)就位的空間，加大交叉口處導(dǎo)洞斷面；
�、� 做好地質(zhì)調(diào)查工作，結(jié)合導(dǎo)洞斷面提前做好鉆機(jī)的選型；非巖質(zhì)地層宜采用反循環(huán)鉆機(jī)。
7 結(jié)語(yǔ)
盡管存在臨時(shí)工程量和含水地層能否成功的爭(zhēng)議，北京地鐵10號(hào)線工體北路站應(yīng)用PBA法，成功地解決了受工程水文地質(zhì)條件、環(huán)境條件、車站埋深等多種因素的制約，攻克了施工中的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到了較為滿意的工程效果，為今后類似工程的施工提供了借鑒和參考。
