洞桩法施工工艺技术研究

肖男

西安建筑科技大学华清学院，陕西省西安市，710000

摘要：洞桩法（PBA法）是城市轨道交通浅埋暗挖车站广泛采用的施工方法。本文阐述其基本原理与工艺特点，梳理竖井及横通道、导洞开挖、边桩与钢管柱、顶纵梁与扣拱、土方开挖及二次衬砌等工艺流程，分析导洞开挖顺序、扣拱受力转换及施工监测等关键技术环节，提出质量控制与变形控制要点，供同类工程参考。

关键词：洞桩法；浅埋暗挖；施工工艺；变形控制

1 引言

随着城市轨道交通发展，地铁车站多位于城市中心区，周边建（构）筑物密集、管线复杂，对地表沉降和环境影响要求严格。浅埋暗挖法对地面交通干扰小、占地少，成为繁华城区车站常用方法。洞桩法将小导洞、挖孔桩、扣拱等技术有机结合，形成以桩、梁、拱支撑体系承受水土荷载、并逐层向下开挖施作二次衬砌的施工方法^[1]，已在北京、沈阳、石家庄等地车站应用^[2]。

洞桩法具有断面利用率高、沉降控制能力强、对周边环境影响小等优点，但工序繁多、受力转换复杂，施工组织与工艺控制要求高。本文结合工程实践与现行标准规范，对洞桩法施工工艺技术进行研究，以期为同类工程提供借鉴。

2 洞桩法施工原理与工艺特点

洞桩法实质上是将地面建筑的桩基础、柱、梁结构体系移植到地下导洞内施作：先开挖若干小导洞并施作初期支护，在导洞内施作围护边桩、中柱、底纵梁、冠梁和顶纵梁，形成桩-梁-拱组合支撑体系，承受上部水土荷载，随后开挖土方并施作二次衬砌，最终形成由边桩、支撑柱及二次衬砌结构共同组成的承载体系^[1]。

与其他暗挖工法相比，洞桩法结构受力体系明确，桩、柱、梁先期形成竖向传力骨架，扣拱后形成完整承载拱壳，安全度高；土方开挖在支撑体系保护下进行，沉降控制效果好；导洞断面小、跨度适中，开挖风险相对可控；断面利用率高，适应不同跨度需求。但导洞数量多、工序转换频繁、钢管柱定位精度要求高，对施工组织要求更高。

3 洞桩法施工工艺流程

洞桩法施工总体上遵循“先导洞、后桩柱、再扣拱、后开挖”的逆作思路，典型施工流程如下^[2]：

（1）竖井及横通道施工，形成作业面；

（2）按顺序开挖导洞，及时施作初期支护并做好超前支护与地层加固；

（3）在边导洞内施作围护桩及冠梁，在中导洞内施作底纵梁、钢管柱及顶纵梁；

（4）施作导洞间扣拱的初期支护，形成拱部承载结构；

（5）在扣拱保护下分层开挖车站上部土体；

（6）分层开挖下部土体，依次施作底板、边墙及中楼板等二次衬砌结构。

各工序间存在严格时序依赖，前一工序的质量直接决定后续工序的安全与受力状态。施工时应结合工程地质与水文地质条件确定导洞数量与布局，并根据监测数据调整施工参数。

4 关键施工工艺技术

4.1 导洞开挖与初期支护

导洞是后续工序的作业空间，开挖质量直接关系工程安全。导洞开挖一般采用台阶法，上台阶应预留核心土，核心土面积不应小于上台阶断面的50%；每循环开挖进尺宜为格栅间距，即开挖一榀、支护一榀，上下台阶间距宜控制在3～5m^[1]。当拱部围岩条件变化较大时，可适当调整台阶长度；上台阶使用钢架时，可采用扩大拱脚或施作锁脚锚管，防止拱部下沉变形。

导洞开挖顺序应按减小地面沉降的原则确定。车站断面通常设置多个导洞，群洞效应显著，应使各导洞开挖面保持合理错距。宜先开挖中导洞、后开挖两侧小导洞，相邻导洞进尺错距宜大于15m^[2]；两侧边导洞开挖应保持同步，开挖面间距宜小于5m，防止出现偏压^[1]。开挖后应及时施作初期支护并闭合成环，及时背后回填注浆、加强局部注浆^[1]。

4.2 边桩、中柱与钢管柱施工

边桩和中柱是洞桩法主要竖向承载构件。边桩位于两侧边导洞内，可采用人工挖孔或机械成孔；中柱多采用钢管混凝土柱，施作于中导洞内。钢管柱施工包括桩孔成孔、孔底处理、吊装定位、混凝土灌注及柱顶处理等工序，其定位精度和垂直度直接影响上部顶纵梁与拱结构的受力传递。

某暗挖车站工程中，围护桩直径为1200mm，钢管柱直径为800mm，桩孔成孔后在导洞内完成安装与浇筑^[2]。人工挖孔时应做好护壁方案，护壁厚度不应小于100mm，并严格控制进尺、随挖随护；机械成孔和人工挖孔应符合《建筑桩基技术规范》JGJ 94的规定^[1]。钢管柱安装完成后应及时浇筑混凝土，确保桩柱与顶纵梁、底纵梁连接节点的整体性。

4.3 顶纵梁与扣拱施工

顶纵梁施作于中导洞顶部，是连接钢管柱与上部拱结构的关键构件。扣拱分为初支扣拱与二衬扣拱：初支扣拱在导洞内施作，将相邻导洞的初期支护连接成整体拱壳；二衬扣拱在导洞初支拆除后浇筑，为永久性拱部结构。

初支扣拱随拱顶土方开挖及时跟进，为防止坍塌，应对作业面前方地层进行超前加固，根据地层情况选择超前小导管、超前大管棚单一或组合方式^[1]。二衬扣拱的关键在于扣拱施作顺序、导洞初支拆除方式及拆除长度。对于三跨结构，二衬扣拱宜先中后边，先施作中跨顶拱二衬，再对称施作边跨顶拱二衬，消除中、边跨拱脚推力差对中柱的不利影响；拆除长度宜为18～24榀，具体根据量测结果确定^[1]。拱部二衬封闭后，应通过预埋注浆管压注高强无收缩水泥浆液，保证拱背密实。

4.4 土方开挖与二次衬砌

扣拱结构达到设计强度后，即可在其保护下进行主体土方开挖。站厅层土方宜采用人工配合机械开挖，按竖向分层、横向分块、纵向分段的方式进行^[1]。开挖应沿钢管柱四周平衡进行，严禁紧挨钢管柱单边开挖，减少不平衡侧压力影响；开挖下一层土方时，应对边桩桩间土体挂网喷混凝土，确保桩间土体稳定^[1]。

下部土体开挖至设计标高后，依次施作底板、边墙及中楼板等二次衬砌结构，施工应遵循先底板、后边墙、再中楼板的顺序，并做好结构防水与施工缝处理。

5 施工变形控制与监测

洞桩法地表沉降由导洞开挖、桩孔开挖、扣拱受力转换及土方开挖等阶段叠加产生，其中扣拱阶段的结构受力转换影响尤为显著。控制变形的总体思路是：合理安排导洞开挖顺序与错距，控制台阶长度与循环进尺，及时封闭初支并回填注浆，减少地层暴露时间。

施工监测是洞桩法动态施工的核心手段。监测项目包括地表沉降、拱顶下沉、净空收敛、桩顶位移、钢管柱倾斜及周边建（构）筑物变形等。监测控制值应根据工程地质条件、结构设计参数、监测等级及当地工程经验综合确定，并按规定设置预警值；监测数据超过预警值时应及时处置，超过控制值时应查明原因、制定措施后方可继续施工。

应建立以监测数据为依据的动态施工管理机制，将监测结果及时反馈至施工组织，动态调整开挖进尺、台阶间距、拆除长度等参数，实现信息化施工，确保工程与周边环境安全。

6 结语

洞桩法将桩基、梁柱结构与暗挖技术有机结合，具有地层沉降控制能力强、结构受力体系明确、对周边环境影响小等优势，是城市中心区地铁车站建设的有效施工方法。其施工工艺的核心在于合理组织导洞开挖、严格控制钢管柱与扣拱施工质量、科学安排受力转换工序，并依托信息化监测实现动态施工控制。随着城市轨道交通向复杂地质与高密度城区的拓展，洞桩法施工工艺仍需在导洞断面优化、机械化配套、智能化监测等方面持续改进。

参考文献

^[1] 河北省住房和城乡建设厅. 城市轨道交通工程洞桩法施工安全风险检查标准：DB13(J)/T 8397-2021[S]. 石家庄：河北省住房和城乡建设厅，2021.

^[2] 周稳弟，梁庆国，张晋东. 某地铁车站洞桩法施工变形和结构受力分析[J]. 现代隧道技术，2023.

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