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摘要：轨道交通在建设过程中PBA法车站作为一种成熟的地铁车站修建技术，在暗挖法车站中，得到了广泛应用。PBA法车站修建过程中，涉及受力体系转换工序较多，对地面道路扰动较大。在不同地层修建PBA法车站过程中，因不同地层受施工扰动后，地层应力重分布规律不同，造成不同地层中同一工法施工时呈现出不同的变形规律。在北京地铁6号线西延工程修建过程中，对其线路所含的多个PBA车站修建过程的变形规律进行研究分析，总结出砂卵石地层PBA法车站各工序施工过程上方道路的变形规律，为后续相似工程施工过程中变形控制提供一定的参考依据。
关键词：砂卵石地层 PBA车站 沉降变形 规律研究
1 引言
PBA法车站因其成熟的工艺及技术，在城市地铁暗挖车站修建过程中，得到了人们的依赖。但其施工过程中，施工工序多，受力转换多，施工周期长，对地层及地表扰动较大。地层所含土颗粒粒径的不同，其在地层受扰动后，呈现出的地层应力重分布规律也不尽相同。本文通过对北京地铁6号线西延修建过程中，多个工法相同、工序相近、埋深相似（6~10m）的PBA法车站施工过程地面变形规律进行分析，总结出砂卵石地层PBA车站施工过程上方地表沉降规律，并针对沉降规律提出不同阶段的变形控制措施及要点。
2 工程概况
2.1工程概况
北京地铁6号线西延工程位于北京市西郊，全线基本以浅埋暗挖法[1]为主，车站主要采用PBA法施工，以两柱三跨[2]断面为主。本次主要结合前期率先完成主体结构的田村站、廖公庄站及苹果园南路站PBA车站施工过程上覆地表变形规律进行分析研究。
2.2工程地质与水文地质概况
6号线西延工程地质条件较为单一，地层自上而下依次为杂填土①1层、卵石素填土①3层、卵石②5层、卵石⑤层、卵石⑦层、卵石⑨层。车站施工影响范围内地下水位标高位于结构底板以下，施工过程不受地下水影响。
2.3 PBA车站主要施工方法
PBA车站施工过程中，小导洞采取先下后上方式开挖，初支扣拱采取先中间后两边，二衬扣拱采取先中间后两边方式对称施工。施工过程中，逐榀开挖，先进行超前支护在进行初支开挖。
田村站及廖公庄站拱顶以超前小导管加固为主，苹果园南路站拱顶以深孔注浆方式进行超前加固。
2.4 PBA车站几何参数
车站结构施工时，主要分上下层小导洞及初支扣拱等主要结构，其中田村站、廖公庄站及苹果园南路站小导洞及初支扣拱主要参数见下表所示：
表1 各站点结构及导洞主要参数对照表b×h（m）
三个车站标准三跨断面的结构尺寸的相近，上下层边导洞、中导洞及初支扣拱尺寸相似。各导洞及初支二衬施工步序相似，可进行变形监测数据综合对比分析。
3 车站施工过程周边地表沉降统计
3.1田村站车站上方地表变形分析
选取车站主体结构正上方80个监测点（剔除竖井横通道影响），最大沉降测点沉降-60.57mm，车站主体结构正上方测点平均沉降-39.11mm。各变形值范围内测点所占百分比如下表及典型测点变形时程曲线图如下图所示：
图2 田村站上方地表测点沉降时程曲线图
田村站车站施工期间，针对各测点在各个施工阶段的沉降值取平均值对其所占沉降比例进行分析，各阶段沉降值及其占总沉降值的百分比如下表所示。
表2 田村站车站各施工阶段地表沉降量占比表
图3 廖公庄站车站监测数据分布范围占比柱状图
3.3苹果园南路站车站上方地表变形分析
选取车站主体结构正上方78个监测点（剔除竖井横通道影响），最大沉降测点沉降-22.41mm，平均沉降-3.45mm（上层导洞及初支扣拱范围采取深孔注浆加固措施）。各变形值范围内测点所占百分比如下表及典型测点变形时程曲线图如下图所示：
4 车站施工引起地表变形规律及控制措施分析
4.1不同施工措施引起地表变形规律分析
针对三个工点中，田村站、廖公庄站及苹果园南路站最大沉降量和平均沉降量的对比分析可知：
田村站车站上方最大沉降测点沉降-60.57mm，车站主体结构正上方测点平均沉降-39.11mm；最大沉降值已超控制值要求，平均变形值处于可控范围。廖公庄站车站上方最大沉降测点沉降-63.72mm，车站主体结构正上方测点平均沉降-32.98mm；最大沉降值已超控制值要求，平均变形值处于可控范围。苹果园南路站车站上方最大沉降测点沉降-22.41mm，车站主体结构正上方测点平均沉降-3.45mm；最大沉降值及平均变形值均处于可控范围。根据三个车站的沉降量分析，同时结合过程中的:巡视信息可知，其沉降产生差异的原因主要为：根据设计文件要求，田村站及廖公庄站主体上层小导洞加固措施为超前小导管加固，对地层沉降控制效果一般；苹果园南路站上层小导洞及初支扣拱为深孔注浆加固，施工过程中，超前加固质量较好，较好的控制了地表的变形。
苹果园南路站在上层小导洞及初支扣拱施工期间，按照设计施工方案合理进行深孔注浆施工。在注浆过程中，注浆区域内地表均有不同程度的隆起，开挖过程中，拱顶地层稳定性较好，达到了上层小导洞及初支扣拱施工期间拱顶无超挖现象的控制目的，同时在沉降控制上，由于测点先隆起，然后在隆起基础上逐步沉降，达到了总沉降量、平均沉降量及各阶段相对沉降量均小于小导管加固措施PBA车站施工期间地表沉降量，其最大沉降量相比小导管加固车站减小约64%，平均沉降减小约90%，变形控制效果明显，具有一定的借鉴意义。
4.2砂卵石地层PBA车站变形规律分析
通过对三个车站不同施工阶段沉降站总沉降量百分比分配关系的分析，可知，三个车站各阶段沉降占总沉降百分比对比分析表如下表所示：
表5 砂卵石地层车站各施工阶段沉降量占比统计表
通过对三个砂卵石地层PBA车站沉降所占比例进行统计分析可知，埋深相近，施工工法工序相近时，砂卵石地层施工阶段引起地表沉降所占比例相近，通过对其取平均值，可得出砂卵石地层PBA车站施工过程地表变形规律。即：砂卵石地层中PBA车站施工时，下层小导洞施工阶段沉降量占总沉降量比例最大，约为33%，其次为二衬扣拱阶段沉降量，占总沉降量的29%，上层小导洞和初支扣拱施工期间沉降量比例均为18%，梁柱体系施工阶段沉降量占比最小，约为4%。
4.3砂卵石地层PBA车站施工变形控制措施探究
针对砂卵石地层中PBA车站施工期间，各阶段沉降变形所占比例及其规律，结合部位施工过程中每日的巡视分析资料，总结分析出砂卵石地层施工过程中变形控制要点如下：
（1）当现场控制因素以地面变形为主时，需采取超前加固效果好的加固措施，结合本工程实际，施工过程中，为有效控制车站上方地表变形，采取深孔注浆加固方式比传统小导管注浆加固方式对地面变形控制效果好，主要原因为：深孔注浆时，由于注浆机械设备、材料及注浆压力的不同，其对地层力学性能的改变要由于小导管注浆加固模式，通过注浆效果，较好的提高了地层的压缩模量、弹性模量等参数，增加了其粘聚力，使得地层应力在扰动后重新分布过程中，更容易达到“自然拱”效应，有效达到控制变形的目的。
（2）针对小导洞及初支扣拱施工期间沉降较大问题，施工过程中主要需采取的针对性措施为：
①加强超前注浆质量管控，控制过程中，不论下层导洞、上层导洞，还是初支扣拱，均需加强重视，做好精细化管理，地层超前效果达到设计要求后在进行开挖施工，施工过程减少超挖次数量，减少对地层的扰动。②施工过程中，重视快封闭管理，减少拱脚暴漏时间，同时对采用上下台阶法施工的导洞，应保证拱脚下方垫实，做好锁脚锚管，减少拱脚下沉引起的减少地层应力损失，支护完成后及时喷锚，减少围岩暴露时间。下台阶控制开挖进尺（1榀格栅间距），支护时注意节点板连接质量，避免隧底和墙脚超挖，将格栅坐落到密实地基上，较少地基不密实引起的沉降。③规范下台阶施工，减少下台阶超挖，从而减少拱脚过多暴漏，减少额外沉降。初支扣拱施工时，扣拱格栅与小导洞格栅预留节点连接或焊接牢固。④加强背后回填注浆质量管控，保证回填注浆及时性及回填质量，减少地层蠕变过程增加的变形量。
（3）针对二衬扣拱期间沉降量较大问题，分析其沉降较大原因主要为：砂卵石地层的“刚性”比粘性土大、承载力较高，地层成拱能力强，在初支扣拱开挖后，地层初步变形后达到暂时稳定状态（其沉降所占比例与上层小导洞施工期间沉降比例相近）。二衬扣拱拆撑过程中，进行受力体系转换，拆除小导洞初支后使原有受力平衡体系破坏，结构受力全部转移到梁柱体系上，结构跨度增大，地层应力重分布达到再次平衡状态。该过程中，初支扣拱施工期间暂时平衡状态被打破，地层进一步沉降，顶纵梁上方与小导洞初支间回填不密实以及初支扣拱回填质量一般区域在二衬扣拱拆撑期间得到进一步发展，造成该阶段地层沉降量较大。
为有效控制二衬扣拱阶段地层沉降，我们要从源头找原因，在梁柱体系施工期间，加强顶纵梁及边导洞扣拱上方回填砼部位的质量管控，加强该部位回填注浆管控，确保回填密实，以减少地层在受力转换过程中的整体变形。同时，在初支扣拱施工阶段加强地层超前注浆及初支背后的回填注浆工作，减少受力转换过程中的附加沉降量，达到减少地层沉降的目的。
5 结论
本文通过总结、分析砂卵石地层PBA车站施工过程中的变形规律，得出了砂卵石地层PBA车站施工过程中，上、下小导洞施工阶段、初支扣拱施工阶段、梁柱体系施工结构及二衬扣拱施工阶段地层沉降变形占总沉降变形量的百分比，砂卵石地层PBA车站施工期间地层沉降变形的控制措施及控制重点，可为后续类似工程提供一定参考依据。
参考文献
[1] 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, 2005.
论文作者:田腾跃
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/15
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