摘要：昔格达组泥岩夹砂岩遇水成泥状，洞口开挖极易开裂滑塌，甚至大变形。而如何“早进晚出”科学选择开挖工法进洞尤其重要。PBA工法因其不受跨度影响，工艺引起的沉降变形相对较小，安全性高，适用范围较广，主要运用于城市轨道交通。本文结合成昆铁路前家山隧道进口的设计及现场施工情况，介绍在昔格达地层浅埋段中洞口明洞灵活运用PBA工法以及洞口段加固防护措施安全进洞施工的实例。
关键词：PBA工法；昔格达地层；浅埋段；进洞技术
1 引言
“PBA”工法的原理就是将传统的地面框架结构施工方法在地面上不具备施工基坑围护结构条件时，改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱，共同构成桩、梁、拱支撑框架体系，承受施工过程的外部荷载，然后在顶拱和边桩的保护下，逐层向下开挖土体，施工内部结构，最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
2 工程概况
前家山隧道地处攀西裂谷中南段，属中山地貌，山高谷深、盆地交错分布，地势起伏较大，沟谷下沉较深，相对高差200~500米，地势由西北向东南倾斜，山脉走向近于南北，是大雪山的南延部分，地貌类型复杂多样。设计为单洞双线特长隧道，全长5115m，线路纵坡为4‰/2475m，3‰/2640m的人字坡，设计时速160km/h。洞身主要通过玄武岩、泥岩夹砂岩、角砾岩、灰岩地层，2条断层。隧道最大埋身275m。
前家山隧道进口里程为D3K520+425，路隧分界里程D3K520+415，采用挡墙式洞门，洞口段永久防护采用锚杆框架梁。隧道进口位于稳定性较差的第三系上统昔格达组泥夹砂岩全风化层和强风化层，覆盖层为粉质粘土，属弱膨胀土。洞口两侧设锚固桩防护，桩间设置挡土墙。前家山隧道进口洞口平面图如图1所示。
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图1 前家山隧道进口洞口平面图
3 明洞PBA工法进洞理念的提出
3.1 传统方法进洞情况
前家山隧道进口开挖揭示覆盖土层为硬塑状具弱膨胀性粉质粘土，下伏地层为昔格达组泥夹砂岩全风化层、局部为强风化层，隧道进口开挖边仰坡并喷射混凝土防护，在施工管棚过程中发现，地表位移观测点有多处数据发生变化，最大变化值约6cm，仰坡顶外坡面出现三条张拉裂缝，裂缝长20~45m、宽3~6cm、深80~120cm。洞口开挖直立面和已喷护砼仰坡及导向墙出现不规则挤压变形裂缝，同时在左侧陡立开挖面见粉质粘土与昔格达地层接触面有较小的蠕动变形位移现象，其最大位移累计值约15cm。现场照片及位移曲线如图2、3、4及表1、表2所示。
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图2 直立面出现蠕动 图3 大管棚导向墙出现裂缝
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图4 开挖陡立面上土体与昔格达地层接触面出现的蠕动现象
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表1 前家山隧道进口洞口变形初期1号、2号测点平面高程位移曲线（单位mm）
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表2 前家山隧道进口洞口变形初期3号、4号测点平面高程位移曲线（单位mm）
3.2 变形位移原因分析
前家山隧道进口洞口坡面上具膨胀性的土体和昔格达泥岩全风化层完整性差，土体透水性强，极易松动，而下部昔格达泥岩强风化层透水性较弱，为相对隔水层，在排水不畅的情况下易引起层间界面形成饱水带，受地下水渗透影响，使具膨胀性土体和全风化泥岩被水浸泡后，饱和自重增加，其抗剪强度等物理力学指标急剧下降，沿开挖临空面产生变形位移，形成张拉裂缝，牵引后缘土体及局部全风化泥岩沿开挖临空面蠕动，引起表土位移变形。导致已喷护仰坡砼变形开裂，同时牵引左侧边坡土体与昔格达地层接触面发生局部土体开裂和位移，在开挖的临空面见明显的剪出面，其最大位移累计约15cm。受其影响洞口开挖直立面及大管棚导向墙出现不规则挤压裂缝和蠕动变形现象。如图5、6、7所示。
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图5 地表出现裂缝 图6 最大裂缝
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图7 左侧山体出现滑移
3.3 明洞PBA工法进洞理念
受环境条件限制无法进行明挖施工，改在明洞位置采用PBA工法施工，提前施作边桩、托梁、护拱，护拱完成后进行拱顶回填，接着施作明洞，最后进行暗洞施工，在明暗交界处与暗洞大管棚共同构成桩、梁、拱支撑框架体系，所引起的地面沉降变形相对较小，避免对土体的过大扰动，对保护地面和周边环境安全有利。PBA工法支撑框架体系图如图8所示。
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图8 PBA工法支撑框架体系图
4 施工工艺
4.1 主要施工流程
施作洞口排水系统→洞口段反压回填及地表旋喷桩处理→施作托梁桩基并灌注5#～12#桩至设计高程→待桩基达到设计强度后，施作托梁→施作护拱衬砌混凝土→护拱衬砌达到设计强度后，回填C20砼及土石至设计回填线→护拱内明洞开挖，并施作临时防护→施作明洞衬砌→施作隧道洞门及洞口相关附属设施→暗洞段施工前家山隧道进口洞口段纵断面图如图9所示。
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图9 前家山隧道进口洞口段纵断面图
4.2 具体做法
4.2.1 施作洞口排水系统
在边仰坡开挖边缘线外5～10m开挖截水天沟，将地表水截流至坡脚，与地方排水系统衔接。截水沟采用C25钢筋混凝土结构，呈倒梯形，沟底、沟邦的厚度均为30cm，沟深60cm，沟底宽40cm，坡比为1：1。
4.2.2 洞口段反压回填及地表旋喷桩处理
洞口仰坡开挖滑动体前方位置用洞碴片石反压回填分层碾压密实，减缓坡面沿软弱节理面滑动卸载。在滑动体表面进行喷射混凝封闭，防止雨水渗入，地表D3K520+430～D3K520+445段及隧道洞身两侧5m范围内地表增加直径500mm高压旋喷桩加固，桩间距为1m×1m矩形布置，深度深入至仰拱顶面，防止洞口段发生局部牵引式滑塌。高压旋喷桩正面布置图如图10所示。
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图10 高压旋喷桩正面布置图
4.2.3 施作托梁桩基并灌注5#～12#桩至设计高程
在D3K520+410～D3K520+426段用旋挖钻机由外向内跳孔施工钻孔桩，桩截面尺寸为直径1.5m，间距3m，桩长均为20m，导管法灌注水下混凝土至设计标高。并施工明暗交界处洞身两侧锚固桩，桩长均为12m，桩截面尺寸为200cm×150cm。
4.2.4 施作托梁
待桩基达到设计强度后，凿除桩头后，施作桩顶托梁，钻孔桩伸入托梁的锚固长度为1m，使钻孔桩与桩顶托梁连成一个整体，托梁断面结构尺寸为1.5m×1.5m的钢筋混凝土结构。桩间施工土钉墙防护，土钉墙墙面现浇C35钢筋混凝土，墙高5～6m，桩间横向3列，横竖向间距均为1.0m，土钉钻孔直径32mm，土钉墙墙面坡率1：0.2，土钉与水平面夹角11.31°，土钉长度10m。
4.2.5 施作护拱衬砌混凝土
纵向托梁施工完成后，立护拱底模并绑扎钢筋，并在四周立外模浇筑混凝土，护拱厚度80cm，采用钢筋混凝土结构。
4.2.6 回填C20砼及土石至设计回填线
护拱衬砌达到设计强度后，用C20砼及洞渣土石回填至设计回填线，在洞渣土石顶回填50cm不透水的黏土层。
4.2.7 护拱内明洞开挖
分三台阶开挖明洞内土体，逐渐卸载释压。
4.2.8 施作明洞衬砌
按6m一模施工明洞仰拱，仰拱浇筑C35钢筋混凝土，仰拱填充为C20混凝土。施作明洞拱墙防水层并绑扎二衬钢筋，采用轨道自行式二衬台车施作明洞衬砌，衬砌厚度50cm，采用C35钢筋混凝土。
4.2.9 施作隧道洞门及洞口相关附属设施
（1）施工洞口至路隧分界里程范围路基面基底用C25混凝土换填，厚2m。
（2）明暗分界处直立开挖面喷锚网防护：喷C25砼厚12cm，打设直径φ22砂浆锚杆，4m/根，按间距1m×1m梅花型布置，φ8钢筋网网格间距25cm×25cm。
（3）洞口永久边仰坡施工锚杆框架梁，洞口至路隧分界里程范围防护及水沟顺接路基。
4.2.10 暗洞段施工
施工导向墙，为确保洞口大管棚导向墙稳定性，于进口导向墙两侧基础与锚固桩植筋连接。并施工超前大管棚。
5 施工难点与对策
5.1 桩基施工
（1）施工难点：施工现场地面软弱，桩间出水，桩孔易出现内倾、缩颈、塌孔等现象。
（2）主要对策：场地必须夯实平整，适当埋深护筒，用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。采用自重大、钻杆刚度大的钻机，钻速慢档，在发生不均匀沉降时随时调整钻机。由于桩间距仅为3m，为防止桩间成孔对滑动层的扰动，采用由外向内的跳孔施工。
5.2 护拱施工
（1）施工难点：护拱与明暗交界处施工沉降不均，易出现裂缝。
（2）主要对策：遵循“先护后挖，及时支撑”的原则，少分部开挖、快封闭、早成环。做好超前地质预报，探明前方的水文地质情况。对相应部位加强监控量测。因明洞与暗洞沉降不均，导致明暗分界处初支出现环向裂缝，最大裂缝宽度约1cm。在隧道明暗洞分界处设置2cm宽变形缝，待暗洞沉降稳定后再施做衬砌。
6 结论
（1）结合PBA工法对地面和周边环境影响较小，工艺引起的沉降变形相对较小特点，本工程明洞采用PBA施工方法解决了洞口土体易滑塌的风险，顺利进洞。
（2）PBA工法与其他大跨度暗挖工艺（如中洞法、CRD 法等）相比，废弃工程量相对较少，结构受力条件也好，桩基护拱可起到隔离土体抗滑的作用，从而达到保护主体结构安全的目的。
（3）科学的选择施工工法进洞，是安全进洞的前提。合理的组织工序和质量管控是顺利进洞的保障。前家山隧道进口在昔格达地层浅埋段施工顺利进洞，为攀西地区特殊岩土昔格达地层的进洞提供了宝贵的经验。
参考文献：
[1]王梦恕，中国隧道及地下工程修建技术.北京：人民交通出版社，2010.
[2]铁道部第二工程局主编，铁路工程施工技术手册.北京：中国铁道出版社，2010.
[3]关宝树编著，隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2013.
[4]TZ 204-2008，铁路隧道工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社，2008.
[5]王秉勇，罗龙，赵世全.论黄土隧道进洞关键技术[J].铁道建筑技术，2016（2）：22-26.
[6]张卫业.地铁车站穿越市政管线PBA工法施工沉降控制关键技术[J].铁道建筑技术，2016（2）：41-45.
[7]刘文军.客运专线大断面隧道洞桩法施工技术[J].铁道建筑技术，2015（3）：5-7.
[8]秦晓英.城市地铁车站PBA工法施工力学效应的数值模拟研究[D].重庆：重庆大学，2008.
[9]靳兆豪.暗挖地铁车站顶纵梁施工技术[J].铁道建筑技术，2005（z1）：062.
[10]王亮.地铁车站PBA洞桩法施工数值模拟研究[J].湖北民族学院学报（自科版）.2012（3）：346-350.
[11]刘军，荀桂富，王刚等.地铁车站洞桩法施工方案对比研究[J].施工技术，2015（19）：91-93.
[12]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.
作者简介：白志涛（1986~），男，工程师，河南新郑人，研究方向为桥梁、路基、隧道专业施工方案、工程质量管理等。
论文作者:白志涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
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