摘要：文中以广州市轨道交通十一号线流花路站超大断面隧道施工为研究背景，对超大断面隧道洞桩法施工进行了工程实践和探讨，总结出了一套超大断面隧道洞桩法施工技术，供类似工程参考。
关键词：超大断面隧道；洞桩法施工；隧道工程；城市地铁
1研究背景
广州市轨道交通十一号线呈环形线路，经由天河区、白云区、越秀区、荔湾区和海珠区，线路全长44.2km，全部采用地下敷设方式，全线共设32座车站。流花路站为地下两层（高19.6m、宽30m）双柱岛式车站，车站全长696.55m，标准段宽为26.15m，总建筑面积41674m2。车站由主体隧道和配线段组成。主体隧道主要位于中/微风化泥质砂岩层，开挖跨度达30.399m，最大开挖断面面积达554.9m2，采用洞桩法施工。配线段隧道主要位于微风化层，由多个超大差异断面组成，采用中洞法、CD法、台阶法和半盖挖法（89m）施工。洞桩法又称PBA（PileBeamArch）工法，以对地层不产生大的扰动为目标，通过多个分离小导洞和桩、梁相结合在地下形成桩、柱和梁联合受力的框架支护体系，并其支护体系的保护下开挖站厅层和站台层与后续的城市地铁车站结构施工［1-5］。PBA法首次应用于北京地铁1号线天安门西站的施工中，随后在北京地铁复八线天安门西站，北京地铁10号线，北京地铁4号线海淀黄庄站、沈阳地铁1号线的青年大街站得到推广应用。地铁车站主要有三拱双柱双层式，双拱单柱双层式和单拱无柱双层式三种结构型式。流花路站主体段采用三拱双柱双层式结构。本文以广州市轨道交通十一号线流花路站超大断面隧道施工为研究背景，对超大断面隧道洞桩法施工进行了工程实践和探讨，总结出了一套超大断面隧道洞桩法施工技术，可供类似工程参考。
2车站主体洞桩法施工
流花路站主体段有A、BV、B1、C、D五种类型断面，各种断面尺寸车站底部结构有所不同，但车站中上部结构基本相同，如图1所示。车站主体部分洞桩法施工步骤主要包括：（1）施工小导洞，先在车站大断面上部沿纵向开挖小导洞（4个），然后在洞内人工及机械成孔施作桩基（边桩及中柱），并施作边桩冠梁，架立边导洞内主拱的格栅钢架支护；（2）在顶部施作纵梁结构，预留主拱二衬钢筋接头，敷设防水层，回填纵梁上方多余空间；（3）开挖主拱部分，施作主拱初期支护；（4）拆除小导洞边墙，敷设防水层，立模浇筑主拱衬砌；（5）向下开挖至负一层中板下1.5m位置，及时支护，敷设侧墙防水层，施作负一层中板和边桩冠梁等；（6）向下开挖至基底，施作侧墙锚杆、喷混凝土、铺设防水层，浇筑边桩冠梁、下层侧墙和底板等；（7）施作下一层侧墙和内部结构，施工步序如图2所示。
2.1小导洞施工。小导洞开洞前，在起拱线上沿开挖轮廓线外打设超前小导管施工，导洞开挖时为避免群洞效应，相邻导洞进尺差应＞8m。主体导洞采用两台阶（台阶长度4.5~5m）环形开挖法施工，开挖进尺为一榀钢架间距，然后初喷砼，挂钢筋网，架立格栅钢架，喷砼。小导洞施工的注意事项包括：（1）开挖完成后立即架立格栅钢架，按要求焊接格栅及连接钢筋（内外交错布置）。格栅钢架挂钢筋网，施做锚杆，喷射混凝土封闭；（2）拱部通道应打设超前小导管注浆加固前方土层。根据地层情况，注浆浆液选用浆液采用水泥或水玻璃双液浆；（3）格栅钢架安装后应及时打设锁脚锚管，这是控制开挖初期沉降的关键工序之一；（4）安装钢架及挂钢筋网过程中注意预埋初支背后注浆钢管，间距符合设计要求。待喷砼达到强度的75%之后，及时进行初支背后注浆，浆液可采用水泥单液浆，注浆压力0.2~0.5MPa，以保证初支背后与围岩密贴，从而有效控制因开挖引起的地面沉降；（5）施工过程中应加强监控量测，及时反馈信息，保证支护参数安全、合理；（6）洞内施工应保持无水环境，尤其是小导管成孔作业时必须在无水条件下进行。若地面降水不能满足洞内施工要求，或遇紧急情况应及时喷射5cm厚砼（必要时挂网）封闭掌子面。流花路站主体结构为二层三联拱结构，边桩为钢筋砼挖孔桩，中柱为钢管砼挖孔柱。钢筋混凝土挖孔边桩施工流程包括：（1）挖孔。成孔由设备和人工两种方式完成。机械成孔采用日本Kouwa公司全回转套管钻机、上海约堡研发的反循环旋铣钻机及水磨钻配合成孔。人工挖孔由人工自上而下逐层开挖，使用轱辘吊土，遇坚硬土层用锤、钎破碎，护壁采用10cm厚C20混凝土+钢筋笼，成孔后进行钢筋笼的安装；（2）钢筋笼制安。钢筋笼采用现场分段安装的形式施工。边桩钢筋笼制作于地面钢筋加工厂内将钢筋用料加工成型，其主筋每根长度3m，经提升井吊入井内，由运碴车运至安装孔口处，孔口采用手动葫芦逐节安装。主筋接头采用机械连接，注意接头面积率≯50%。钢筋笼焊接完成后，外侧应加砼块保证混凝土保护层，砼块环向间距纵向间距1m一个，成120°螺旋布置。围护桩顶部主筋锚固于桩顶冠梁之中，边桩冠梁采用C30混凝土，受力主筋锚固长度为35d；（3）灌注砼。灌注前仔细清理孔底松散物，排除积水。检验合格后挂串筒浇筑砼。混凝土采用C30商品混凝土，于提升井内由混凝土输送泵泵入孔。采用插入式捣固器捣固。钢管砼挖孔柱分别与顶纵梁连接。钢管柱是车站结构的主要承力和传力结构，其施工质量直接关系到车站施工和主体结构的安全稳定，施工过程中必须控制好钢管柱的加工、安装、混凝土浇注和与梁板的连接等。主体上层小导洞挖孔柱施工的同时，施工基础。基础顶准确预埋钢管柱的连接法兰，法兰内预埋钢管柱的锚入筋。钢管柱与柱内钢筋笼采用串笼法安装，垂直度满足要求后，钢管柱与护壁间填砂固定，并用混凝土封闭上下孔口，浇注钢管柱混凝土。钢管柱在基础施工完后，混凝土强度达到设计强度的75%，开始钢管柱的安装。
2.2纵梁施工。纵梁为钢筋混凝土结构，纵梁分为边纵梁及顶纵梁。纵梁使用立架及定型钢膜结合施工，拱顶纵向预留注浆孔，间距3~5m，采用分段灌注(计划每段长12m，根据现场实际情况，可一次性浇筑2~3段，连续浇注，采用C40商品混凝土（抗渗等级P10），混凝土由搅拌运输车运输至现场，混凝土输送泵泵送入模）。梁钢筋制作加工时，应注意：（1）钢筋调整。采用冷拉方法，HPB235的冷拉率≯4%；（2）钢筋切断。分别统计同规格（同级别、同直径）钢筋，按不同长度搭配，通常可考虑先断长料后断短料；（3）钢筋弯曲成形。按照配料单上要求将各段分割划线，确认每次弯曲形成第一根钢筋的长度和角度用于继续成型调整尺寸；（4）受力钢筋的弯钩和弯折。钢筋末端应做弯钩（180°），弯弧内直径≮钢筋直径的2.5倍，弯后直线部分长度≮钢筋直径的3倍。钢筋弯钩角度≯90°时，弯弧内直径≮钢筋直径的5倍，除焊接封闭环式箍筋外，箍筋的外端应作弯钩，弯钩形式应符合设计要求。梁钢筋绑扎时，应注意：（1）工艺流程：弹钢筋线→绑扎底筋→搭设支架→绑扎面筋→绑扎箍筋→绑扎腰筋→绑扎钩筋→拆除支架；（2）钢筋需全部满扎，采用“八”字扣绑扎，基础底板钢筋绑扎时先长向后短向钢筋，钢筋弯钩朝上，钢筋绑扎牢固，避免松扣现象；（3）底板钢筋下每平米应垫≮1个40厚水泥砂浆垫块以保证底板钢筋保护层厚度；（4）主筋和构造钢筋在边桩基础梁端部采用直角弯折方式锚固，锚固长度≮35d；（5）主筋接头采用机械连接，确保钢筋接头位置错开50%，浇筑砼前用定位筋点焊固定，确保柱、墙筋不位移；（6）梁内应预埋边桩插筋，插筋采用与边桩主筋相同规格的Φ28螺纹钢，锚入梁内部分长度为2.4m，插筋的钢筋接头面积在35d范围内≯50%。
2.3扣拱施工。拱顶初支扣拱是保证拱顶结构稳固连接，提供拱顶机构稳定性的重要一环，分两阶段进行：边导洞内和导洞间扣拱。边导洞内扣拱，需要严格按照“管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测”的施工原则，进行超前支护与初期支护工作。在上层边导洞格栅中预埋格栅主筋，并与车站大拱格栅主筋焊接，焊接长度10d。格栅端头预埋如。其中冠梁中预埋小段格栅，长40cm，格栅端头采用边导洞格栅中预埋。导洞间格栅扣拱需采用大拱格栅链接，端头一端为螺栓连接，另一端采用“U”型筋与预埋钢板焊接，格栅可调。扣拱由导洞里向导洞外，将扣拱格栅一端埋入桩顶冠梁内1m以上，格栅端头需加焊U形筋收口。导洞间扣拱导洞间扣拱随车站拱顶开挖由导洞外向洞内的纵深进行。导洞间格栅扣拱采用大拱格栅连接，端头一端为螺栓连接，另一端采用“U”型筋与预埋钢板焊接，格栅可调，使因施工误差导致导洞格栅出现错位时扣拱成功。二衬扣拱模架设计在PBA工法地铁暗挖车站二衬扣拱施工中，由于原上层导洞初期支护分段拆除，施工作业空间狭窄，常采用散拼模架加脚手架支撑体系施工二衬扣拱砼，也有利用简易台车施工，由于空间限制，“落地式”台车较重，移动困难，使用不便。本车站二衬扣拱施工中，结合本工程实际施工情况及现场施工环境，设计制作简易二衬扣拱台车——“滑轨式”二衬扣拱台车。台车利用导洞未破除初支形成立模和移动平台。台车工字钢轨道利用导洞未破除初支作为支撑平台。台车采用工字钢模架+可调模板组成，台车长度为7.5m，工字钢模架分为上弦拱、中间腹杆和下弦拉杆，工字钢模架沿模板长边每0.75m设置一跨，纵向采用48钢管连接固定成整体；模板采用1500mm×750mm×5mm的可调钢模板，长边沿扣拱纵向设置，模板直接采用螺栓固定，模板拼装完成后与拱架焊接固定。利用25t螺旋式千斤顶实现台车高度方向调整，螺旋式千斤顶设置间距1.0m，每组台车共计14个千斤顶；台车设置四个定向轮，利用工20导向工字钢作为台车纵向移动轨道，实现台车纵向移动。
2.4站厅层开挖。站厅层开挖采用人工配合劈裂机+挖机进行开挖，从一处横通道向相邻横通道进行开挖，每段开挖12m，并施工中板及侧墙，完成中板后进行下段开挖。
2.5站台层开挖。站台层开挖分三步进行开挖：（1）首先采用放坡开挖至设计标高；（2）破除主体导洞初支，人工破除靠底纵梁一侧初支混凝土结构；（3）人工配合机械进行基底平整并随开挖逐步清理基底。然后浇筑底板混凝土垫层，完成该区段站台层开挖。
3结论
通过本项工作，可以得出如下结论：（1）洞桩法通过多个分离小导洞和桩、梁相结合在地下形成桩、柱和梁联合受力的框架支护体系，并其支护体系的保护下开挖站厅层和站台层与后续的城市地铁车站结构施工，对大断面城市地铁施工非常有效；（2）边桩及中柱是洞桩法支护体系的主要承载单元，对提供其稳定性非常重要，必须保证其施工质量；（3）拱顶初支扣拱（边导洞内扣拱和导洞间扣拱）是保证拱顶结构稳固连接，提供拱顶结构稳定性的重要一环。
作者:李静 唐雄 张飞 陈寿根 单位:广州地铁集团有限公司 中铁二局第四工程有限公司 西南交通大学土木工程学院