摘要：目前，国内已经有30多个城市开始地铁建设，由于受到城市地面环境等多方面因素制约，暗挖法地铁车站是地铁修建的必选工法之一 。本文以北京地铁14号线大望路站施工过程为实例，对一次扣拱暗挖逆作法地铁车站的沉降分析及控制措施进行总结。
关键词：一次扣拱暗挖逆作法；工法优势、沉降控制
1引言
随着国家城市化的发展，地铁在许多城市交通中已担负起主要的乘客运输任务，地铁有节省土地、减少污染、快捷方便等诸多优点，然也有 建设成本高、技术难度大等特点。选择明挖法施工是一种相对成本低、难度小的工法，但是受城市地面环境的制约，许多地铁工程设计时不 得不采取暗挖法。且往往在城市越繁华的地段，地铁修建所受的制约越大，造成选择工法时只能采取暗挖法施工，无疑给地铁施工带来更大 的难度。
2工程概况
2.1地理位置与周边环境
北京地铁14号线大望路站位于西大望路与建国路交叉口北侧西大望路正下方，南北向布置，车站位于CBD商务核心区范围，周边用地功能以 商业和居住为主，与现状M1线换乘。路口西南侧为现代城，西北侧为高层住宅区及金地中心、万达广场，东南侧为在建酒店及公寓擎峰中心 ，东北侧为华贸中心。
2.2工程地质
根据钻探资料及室内土工试验结果，按地层沉积年代、成因类型，将本工程场地勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、第四纪全新 世冲洪积层（Q41al+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）三大类。按地层岩性及其物理力学性质从上至下依次为：杂填土，粉土、 粉质粘土，粉细砂、中粗砂，圆砾卵石，粉细砂、中粗砂，粉土、粉质粘土。
表3.1大望路站主体施工步序
3施工工法简介
3.1施工步骤
一次扣拱暗挖逆作施工方法主要步骤如下：根据车站结构的尺寸大小采用CD法或双侧壁导坑法分别开挖上层两个导洞和下层两个导洞；在下 导洞施作结构底纵梁、底板及桩底拉梁；在上导洞内自上而下施作边桩及边桩冠梁、中间立柱；在上导洞施作拱部二衬结构，形成两侧拱顶 永久结构；然后采用暗挖法开挖两个上导洞之间中跨土体，并施作二衬形成中跨拱顶永久结构；凿除上导洞底部初支结构，向下开挖土体， 浇注结构地下一层侧墙和中楼板；开挖中楼板以下土体及凿除下导洞初支结构，浇注地下二层侧墙结构及剩余中跨底板结构，完成主体结构 施工。
3.2工法优势
一次扣拱暗挖逆作法是在北京地铁10号线黄庄站修建中提出的一种新的用于修建大型地下建筑工程的暗挖工法。此工法在黄庄站首次成功实 施后，相继在沈阳、哈尔滨、长春的轨道交通建设中得到推广应用。一次扣拱暗挖逆作法与传统的暗挖工法相比,具有明显的技术优势，对 控制沉降变形有效改善的主要优势有：a:减少导洞数量，群洞效应控制显著。b:结构受力转换次数减少，减小结构变形。c:施工速度加快， 减少了沉降周期。此外，作业空间大、作业环境好、二衬结构分块少、施工缝少、二衬混凝土与防水质量有保证，是此工法的另一大优势。
4监测方案
4.1监测项目
监控量测的项目主要根据工程的重要性以及难易程度、监测目的、工程地质与水文地质、结构形式、施工方法、经济情况、工程周边环境等 综合而定，力求在满足需要的前提下少而精。大望路站暗挖主体结构监控量测项目主要进行洞内外观察、地表沉降、管线沉降、拱顶沉降、 净空收敛，钢拱架应力、地下水位、周边建筑物沉降等。
4.2地表沉降
1、地表沉降测点布设
车站主体范围内地表沉降监测断面沿车站走向每10m布设一组，监测断面布点间距按设计图纸及第三方监测单位要求布置。在施工通道破马 头门进入 主体导洞的5米范围内加设监测点。在临近重要管线以及建筑物提前注浆加固土层时，按结构与邻近高大建筑物、重要管 线位置关系及场地实际情况加设监测点，在注浆全过程中监测地表变化。布点平面图见图4-1。
2、监测方法
大望路车站地表沉降、周围建筑物沉降以及周边重要管线沉降均采用独立高程系，在远离施工影响范围以外南、北两侧各布置一组稳固水准 点，沉降变形监测以上述永久水准基准点作为起算点，组成水准网进行联测。各监测点高程初始值在工程开工前采取两次数值测定(两次取 平均)，测点本次高程减前次高程的差值为本次沉降,本次高程减初始高程的差值为累计沉降。
图4-1大望路站地面监测点布设图
4.3洞内监测
导洞初期支护位移量测主要包括净空收敛、拱顶下沉等量测项目。
1、测点布置
洞内收敛量测：在每个小导洞内沿轴线方向每10米设一个断面，每个断面布设1条测线；竖井收敛按设计要求在马头门上1.5m、下0.5m布设 两道，在此基础上结合实际情况适当增加。
洞室拱顶下沉量测：在每个导洞内沿轴线每10米设一个量测断面，测点设在开挖导洞的拱顶位置及扣拱的中线位置，并保证与周边收敛测点 及地表沉降点在同一里程处。
2、监测方法
监测时首先从将洞外的基准点的高程通过做二等水准测量的方法将其导入隧道内，并将其作为洞内的水准基点，然后将带鉴定的钢卷尺挂在 拱顶的带钩的膨胀螺栓上，按照做二等水准测量的方法对其进行监测。
4.4地表建(构)筑物监测
通道两侧受施工影响地面建筑物，根据现场具体情况布置测点后，遵循一定量测频率主要作精密水准测量。
地面建筑物倾斜监测选择具有代表性的建筑物的角面布设观测点，用全站仪或经纬仪进行倾斜变化观测。建筑倾斜率警戒值为0.002或按照 图纸设计规定。
4.4.1倾斜监测
1、观测点埋设
在要观测的建筑物上、下设两个标志观测点，要求两个点位于同一垂直视准面，靠建筑物下部的观测点要求离地面大于50cm。
2、监测方法
图4-3中M、N为上、下两个观测点，如建筑发生倾斜，M、N将由铅垂线变为倾斜线。观测时，全站仪与建筑物距离不小于建筑物的高度，瞄 准上部观测点M，用正倒镜法向下投点N’，如果N’点与N点不重合，则说明建筑物发生倾斜，倾斜度为：i=a/H。
4.4.2沉降观测
1、测点布设
建筑物沉降测点应布置在墙角、柱身上（特别是代表独立基础及条形基础差异沉降的柱身），测点间距的确定要尽可能反映建筑物各部分的 不均匀沉降。
测点用20×5cm的L型钢筋打入承重墙体，外露部分钢筋头向上。
2、监测方法
建筑物沉降观测按二级水准测量精度等级用精密水准仪，铟钢尺对建筑物重要位置进行沉降监测。控制点与地表沉降共用高程监测控制网。
图5-1一次暗挖逆作法地面沉降分配比例
5沉降分析与控制措施
5.1沉降分析
5.1.1沉降比例分配
针对北京地区地层条件并结合黄庄站实际工程，对一次暗挖逆作法进行监测信息研究，得出以下成果。地面沉降主要产生在4导洞开挖过程 中，占总沉降量的65%，中拱开挖沉降值占总沉降值的17%，二次衬砌施工沉降值占总沉降值的7%，此三项沉降值占到整个工程总沉降值的 90%，其他产生沉降的过程主要是降水、边桩、中柱等施工。
5.1.2沉降曲线图分析
目前大望路站拱部二衬已经施工完成，地面沉降趋于稳定，选择一个具有代表性的地表监测点GXC-06-10作为对象，生成沉降曲线图如下图 5-2所示。
根据曲线图也可以清晰的反应出，一次暗挖逆作法沉降值产生主要在导洞开挖阶段，二衬施工也对沉降产生一定的影响。图中断开的时期主 要是边桩、中柱、冠梁等部位的施工阶段。
5.1.2沉降阶段划分
根据一次扣拱暗挖逆作法的施工步骤和特点以，我们分析得出引起地表沉降的因素主要分为两大阶段四大区域：
1.导洞开挖阶段，包括三个区域：①开挖面前方影响区约30m，②开挖面范围约6m，④初支完成后影响区约15m；
2.二次衬砌施工阶段。包括一个区域：④二次衬砌施工范围。见图5-3所示。
图5-2地表沉降监测数据曲线图
图5-3隧道开挖沉降影响区域划分示意
5.2导洞开挖阶段沉降控制措施
5.2.1水文地质特性的影响及针对措施
大望路站地层主要由人工堆积层，冲洪积层形成，地质主要是粉质土层和砂质地层，为五级围岩，地层软弱，空隙比较大，地下水丰富，隧 道开挖时就已经对开挖面前方的土体（即①区域范围）造成扰动，土体原有平衡被破坏，引起开挖面前方的土体松驰变形，地层颗粒重新组 合，出现潜在坍滑区，引起地表沉降。
针对弱质围岩采取的措施为在车站主体结构导洞及中跨初期支护拱部设置超前管棚，从北端2号风道及南端临时施工横通道内对向打设，大 望路站导洞总长度为160m，考虑外插角度后南、北两端管棚长均为85m，支护总长度为导洞开挖长度。管棚选用∅127的热轧钢管，t=8mm，间 距350mm，钢管内灌注水泥砂浆。管棚的作用主要是在导洞开挖前整体对拱部地层形成一层棚护作用，从而减小隧道开挖过程中引起的地层 扰动。
5.2.2近距离隧道的叠加影响及针对措施
国内外实践表明，对未衬砌隧道，若中心线距为5D时，可不考虑相互作用；但中心线小于等于3D时，两隧道同时开挖引起地层扰动范围扩大 ，沉降较大。很明显，若两平行隧道间距小，两隧道同时开挖对地层的扰动要大于单一隧道的开挖，其结果会造成地层的突然松弛，出现大 的和持续不断的变形。因此在左右线间距一定的情况下，增大两隧道的相对开挖距离是减少其作用叠加影响的关键。
对于近距离隧道开挖，要合理安排施工组织，保持各导洞的施工步距。大望路车站主体导洞设计总体施工顺序为：导洞开挖先施工上层导洞 ，上层导洞先施工两边外侧洞室，然后施工内侧两洞室，相邻洞室间纵向步距15m左右。下导洞开挖先施工两边外侧洞室，然后内侧洞室， 最后施工中间洞室，相邻洞室间纵向步距15m左右。上下导洞相邻洞室间步距15m左右。导洞平剖面施工顺序图见下图5-4所示：
图5-4大望路站导洞开挖平面顺序示意图
5.2.3施工方法的影响及针对措施
大望路车站主体导洞上层两个导洞采用CD法，下层两个导洞双侧壁导坑法开挖，各个洞室均采用上下台阶法开挖（即②区域范围）。台阶法 开挖是对围岩变形影响较为严重的一种施工方法，台阶法的关键是要保证开挖工作面的稳定性，主要有两个方面：一个是超前支护，另一个 是台阶长度。此外，辅以上台阶采用环形开挖核心土，下台阶设置“U”形槽等措施。
本案采取的超前支护主要是超前大管棚支护和超前小导管支护。超前大管棚的支护作用前面已经叙述，超前小导管支护作用为对开挖每一循 环拱部土体（主要是管棚间土体）的预支护，从而减小岩层应力的释放，防止开挖面的坍塌，控制地层的下沉。大望路站小导管选用∅32钢 焊管，t=2.75mm，长度2m，外插角25°,每榀格栅打设一排，环向间距350mm，管壁每隔100~200交错钻眼，眼孔直径6~8mm。注浆浆液根据地 层情况选用改性水玻璃或水泥水玻璃浆液，浆液配比应由现场试验确定，并根据围岩条件控制好注浆压力（注浆压力0.4~0.6MPa）。
5.2.4地层扰动后的影响及针对措施
根据监测证明，导洞开挖对周围土体造成扰动范围很大，土体原有平衡被破坏，隧道开挖完成后（即③区域范围），围岩颗粒重新组合，地 层形成自然载拱。然而这个过程需要一定的周期，根据地层不同，时间也不同，自然成拱的过程也存在地表的沉降。控制这个阶段的沉降措 施主要是及时回填注浆。大望路站的方案是在拱顶垂直于拱部预埋Φ32×3.25mm回填注浆管，L=0.8m，每2m布设一组,每组三根，注浆压力 宜控制在0.1～0.3MPa。回填注浆的控制标准一是注浆压力满足设计要求，二是地表沉降趋于稳定。
5.3二次衬砌施工阶段
初期支护刚度是控制地表下沉的有效措施，尤其是对浅埋暗挖隧道。复合式衬砌结构,根据设计的荷载分配,一般结构二次衬砌不承担施工期 荷载,但根据实际施工及有关监测资料,初期支护后至地表达到稳定的时间较长,唯有二次衬砌后,隧道及地表才完全稳定。
二次衬砌施工过程中（即④区域范围）需要对一部分临时初支结构进行破除，是一个结构受力转化的过程，在此过程中破除临时初支后至二 衬施工前这段时间内，实际上是初支刚度减小的时期。一次扣拱暗挖逆作法较传统的CRD、PBA等工法已经有了很大程度的优化，减少了结构 受力转化的次数，自身工法的优化已经减小了沉降的产生。但是一次扣拱暗挖逆作法也需要在底板和拱部二衬施工过程对导洞内临时竖隔壁 破除。对此我们采取以下两项措施加以控制。
5.3.1分段拆除导洞内的的中隔壁
为控制地表的沉降，采用跳衬法施工两侧洞底板和拱部衬砌，间隔6米，自车站双层暗挖段向风道方向拆除，拆除顺序如下图5-5所示。
图5-5大望路站中隔壁破除顺序图
拆除中隔壁的速度比衬砌提前一模，避免拆除后搁置时间过长，导致拱顶下沉。在下导洞底板二衬施工完成后要及时将破除后的中隔壁重 新恢复，支撑于底板结构上。
5.3.2分离式台车应用
车站二衬顶拱采用分离式衬砌台车施工，拱顶二衬施工时必须破除中隔壁，为控制结构沉降，保证结构安全，中隔壁不宜破除过多。分离式 台车在其顶板可分离，遇中隔壁可分两部分行进，至指定位置再重新连接成整体，避免大范围破除中隔壁，实现跳模施工。边拱及中拱分离 式台车见图5-6所示。
图5-6大望路站分离式台车设计图
6小结
地表沉降问题仍是困扰城市地铁暗挖隧道施工的重、难点。其所带来的环境影响以及由此引发的负面社会效应不容忽视。对于地铁隧道施工 而言，目 前施工技术无法完全杜绝产生沉降，只能不断的完善工法和技术措施加以控制和改善。本文依据一次扣拱暗挖逆作法大望 路站施工经验为前提，通过对之前黄庄站相关技术资料的学习，分析大望路站各个施工阶段的沉降原因，并根据分析结果采取针对性的措施 加以控制，取得良好的效果。希望也能对业内其他朋友提供一点小小帮助。
参考文献
[1]大望路站初支、二衬施工方案，大望路站监控量测方案，中铁十四局集团北京地铁十四号线17标项目部编。
[2]北京城建设计研究总院.北京地铁十四号线工程大望路站施工图文件,2011～2013.
[3]黄美群．一次扣拱暗挖逆作法修建地铁车站新技术[J].都市快轨交通，2009.12，22(6)：66-71．
[4]隧道开挖沉降问题的分析与控制中铁二十局集团.张旭辉.
论文作者:焦晓峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/12
标签：地表论文; 结构论文; 地层论文; 隧道论文; 拱顶论文; 建筑物论文; 大望路论文; 《基层建设》2018年第20期论文;