淺埋暗挖法在地鐵施工中的應用

摘要：以某地鐵車站主體為研究背景，對其施工時所產生的地表沉降進行分析。針對“PBA”工法施工時小導洞開挖所引起的地表沉降最大問題，決定對“PBA”工法進行優化。應錯開施工同層同側導洞，并采用對角的方式施工同層對側導洞，各導洞掌子面應錯開約10m。研究表明，采用“先上后下、交錯施工”的方案對地層影響較小，所導致的沉降量較小。所得數值模擬和實測數據，可供后續類似項目參考。

關鍵詞：淺埋暗挖；PBA工法；地表沉降；數值模擬

0" "引言

隨著城市化進程不斷推進，地面空間越發擁擠，人們逐漸將目光投入地下空間，地鐵逐漸成為解決地面交通擁擠的首選方式[1]。在地鐵建設時，因不斷開挖地下土體，導致其周邊土體出現應力重分布現象，從而引發地面沉降。若地表沉降值大于限值，將會引起地面塌陷，對周邊建筑的安全造成一定影響，并造成較大經濟損失[2]。本文以某地鐵車站主體為研究對象，對其施工時所產生的地表沉降進行分析。針對“PBA”工法施工時小導洞開挖所引起的地表沉降最大問題，決定對“PBA”工法進行優化處理。

1" "工程概況

本文以某地鐵車站主體作為研究對象。該車站主體長度約為275m，所用施工方法為淺埋暗挖“PBA”工法。從地質勘探結果上看，該車站主體下部有上層滯水、潛水和承壓水，所處土層為粉質黏土、中粗砂和圓礫卵石。施工區域內的圍巖等級為VI級，施工對土體有較大的擾動，土體自穩性能較差。施工時要減小開挖步距，提高施工速度，確保掌子面封閉成環。

2" "地表沉降分析

車站主體所布設的監測點如圖1所示。本文以圖1中所示較為典型的6個測點作為研究對象。

2.1" " 分部小導洞開挖導致的地表沉降

一至三號導洞開挖引起的地表沉降曲線如圖2所示。從圖2可知，在施工一至三號小導洞時，因一號和三號導洞有較遠距離，導致地表出現“雙峰”沉降。在施工一號導洞時出現最大的地表累計沉降量，約為7mm。分析認為，施工三號導洞擾動了一號導洞的土體，破壞了土體原有的結構，因而產生一定的沉降。

二至四號導洞開挖引起的地表沉降曲線如圖3所示。從圖3可知，在施工二至四號導洞時，沉降曲線不斷偏移至車站主體結構。因為導洞間距離較短，在“洞群效應”的作用下，地表沉降不斷疊加，沉降槽從“雙峰”不斷過渡到“單峰”。產生最多地表沉降的位置是與主體結構中線距離為-5.5m的位置，其值約為22.3mm。

施工下部導洞時，車站主體結構中線上方地表出現最大沉降。先進行開挖的上部小導洞對沉降槽有較大的影響。后施工的下層導洞所導致的沉降槽，受到先施工導洞所引起的沉降槽的影響較大。背景項目在施工完8個臨時小導洞的支護之后，地表呈現出U形的沉降槽，左右邊導洞間的地層出現最大沉降量。車站主體結構中線位置的地表豎向沉降最多，約為64.40mm。在四導洞施工后所產生的群洞效應，使得沉降不斷增加，導致洞室結構中線上方出現最大的地表沉降。

2.2" " 梁柱體系施工與初期支護扣拱沉降

背景項目采用的是先進行中間拱頂施工，再進行左右兩邊拱頂施工的初支扣拱施工方式，在具體施工時產生了較大地表沉降。初支扣拱期間地表沉降曲線如圖4所示。從圖4可以看出，小導洞施工時出現最大的地表累計沉降量，其次則為初支扣拱。

在施工扣拱時，車站主體結構中線位置出現較為集中的地表沉降，影響最多的是地表點DB-14-08的周邊位置，其累計沉降多達110mm。同時施工出現了U型沉降槽，隨著施工的不斷推進，沉降槽的形狀基本沒有出現改變，但累計沉降量不斷增大。

進一步分析圖4可知，在封閉車站主體的初期支護之后，其上方還出現可持續約30d的地表沉降。在車站主體結構的中線上方出現最大累計沉降，約為110.30mm。地表沉降槽表現為U型分布。由此看出，“PBA”工法所導致的地表沉降槽形狀，主要受到先期小導洞施工的影響。以累計沉降量的角度進行分析可知，對土體擾動最大的是小導洞開挖施工。

3" "施工工藝優化

從上述分析可知，在淺埋暗挖“PBA”工法中，小導洞施工時有較大的沉降量。若可以合理優化小導洞的施工，使其所導致的地表沉降有所減小，就可以使地表沉降有效減小。

3.1" " 數值模擬

所建立模型尺寸為如下：高度為60m，上部設置到地表，模型下部有2倍車站跨徑的尺寸；計算跨度為120m，約為車站跨徑的5倍；深度為60m，模型左右對稱[3]。建模時，限制模型側面的水平位移和底部豎直位移，上部為自由邊界。模型共有單元118310個，節點124485個。模型網格劃分如圖5所示。

3.2" " 施工方案

3.2.1" "總體施工方案

先通過超前小導管注漿以超前加固施工地層，以正臺階法施工小導洞，再對其開展初期支護。通過交錯開挖的方式開挖小導洞，之后再進行鋼管樁的施工。進行下條基施工，再進行橫通道內條基的施工，在確保混凝土強度達到標準后，即可進行底縱梁的施工。在完成鋼管柱的施工后，初支扣拱以正臺階的方法進行開挖，待拱部貫通之后，使整個連接成框架結構，共同分擔圍巖壓力[4]。最后再施工后續各項步驟，再逐步朝下施工剩余車站的結構，直到完成。

3.2.2" "小導洞施工方案

在小導洞施工時，共設計四種方案，并在相應位置設置監測點[5-6]，具體如圖6所示。

方案一：先施工上層一號和三號導洞，在臨時掌子面施工到10m之后，再進行二號和四號臨時小導洞的施工。在貫通上層導洞之后，進行六號和八號臨時導洞的施工。在施工到10m之后，進行五號和七號導洞的施工，循環進尺1m。

方案二：先進行上層二號和三號導洞的施工，在掌子面掘進10m之后，進行一號和四號臨時導洞的施工。在貫通上層導洞之后，進行下層五號和八號臨時導洞的施工。在掌子面掘進10m之后，進行六號和七號臨時導洞的施工，循環進尺1m；

方案三：先進行下層五號和七號臨時導洞的施工，在掌子面掘進10m之后，進行六號和八號臨時導洞的施工。在貫通下層導洞之后，進行二號和四號臨時導洞的施工。在掌子面掘進10m之后，進行一號和三號導洞的施工，循環進尺1m；

方案四：先進行下層五號和八號導洞的施工，在掌子面掘進10m之后，進行六號和七號導洞的施工。在貫通下層導洞之后，進行上層二號和三號導洞的施工。在掌子面掘進10m之后，進行一號和四號導洞的施工，循環進尺1m。

3.3" " 數值模擬結果

各地表關鍵點在4種方案下的最終沉降如表1所示。從表1可以看出，方案一在完成各導洞的施工后，其拱頂和地表位置的豎向沉降均比其他方案小。在二號導洞結構中線上方出現最大地表沉降，原因在于先行施工了一號和三號導洞擾動了周圍土體，而二號導洞又位于松動效應區中。

方案二在施工二號和三號導洞時，因為兩個導洞距離較短，產生“群洞效應”，在全部導洞施工完后，地表沉降的最大值出現在二號和三號導洞上，總體沉降值大于方案1。方案三和方案四有最大的地表沉降量，原因在于“群洞效應”在一定程度上擾動了上層土體，導致上層土體的施工引起較大地表沉降。

綜合上述分析可知，方案1導致的地表沉降值最小，最優的施工方案為“先上后下、交錯開挖”的方案1，而方案4所導致的沉降量最大。從現場監測數據上看，采用方案1進行施工，數值模擬結果與其較為吻合，表明此次模擬有一定的可靠性。

對實測數據開展進一步的分析可知：當小導洞施工的監測斷面和掌子面距離約1～1.5倍時，出現較大的地表沉降速率，該階段所出現的沉降量占比較大。當掌子面和監測斷面距離約為洞徑的2倍時，出現平穩的地表和拱頂沉降。采用方案1施工時地表沉降量平穩增長，地表沉降控制力較強，可開展相關控制措施控制地表沉降。

4" "結語

綜上所述，在通過淺埋暗挖“PBA”工法進行小導洞的施工時，通過“先上后下、交錯開挖”進行施工對地層僅產生較小的擾動。應錯開施工同層同側導洞，并采用對角的方式施工同層對側導洞，各導洞掌子面應錯開約10m。從暗挖施工時的監測數據上看，有必要通過注漿的方式加固小導洞側壁，以使地表沉降有所減緩。

參考文獻

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[3] 邱明明，楊果林，魏賽賽，等.大跨度公路隧道施工力學響應數值試驗研究[J].西南大學學報（自然科學版），2017，39（12）：170-178.

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[5] 王仁杰，劉志強，楊錦程.擠壓性圍巖大跨隧道施工工法優化[J].鐵道建筑，2018，58（5）：62-65.

[6] 邵珠山，熊陽陽.大跨軟巖隧道施工動態監測試驗研究[J].地下空間與工程學報，2017，13（3）：779-787.