在城市中修建地铁暗挖车站，由于开挖跨度大，埋深浅，对地层扰动较大，地表沉降的控制往往成为工程的重点和难点。本文研究的某地铁车站为达到控制地表沉降的目的，根据地层变位分配控制原理，通过理论分析、工程类比和数值模拟等研究手段，分析了车站各步序地表沉降的分配比例和控制值。施工中根据监测结果和既定控制值，及时变更设计参数和支护措施，成功实现了复杂环境条件下大跨地铁暗挖车站地表沉降值不大于45mm的控制目标。文中提供的研究方法和支护手段，对解决类似地层变位控制要求严格的大断面暗挖施工具有一定的指导和借鉴意义。
引言
随着我国经济的快速发展，地铁的建设已多个城市开展。但是在地铁施工过程中，经常会遇到大跨地暗挖的实际情况，由于地面大街交通繁忙，地下管网密布，工程环境复杂。为保证建筑物安全和地面交通的正常运行，暗挖施工过程中对地层变形控制要求非常严格，设计要求地表沉降最大值控制在30mm。
1工程实例
某地铁车站是一座两端明挖、中间暗挖的明暗挖结合的地铁工程。中间暗挖段为单层三跨两柱连拱结构，车站暗挖段通过的地层主要为粉细砂、卵石及可塑状的粘性土夹层。地层松软，自稳能力较差。暗挖段受上层滞水、潜水及承压水影响，施工前进行了降水处理。暗挖车站采用浅埋暗挖法施工，先采用CRD法进行两侧洞施工，然后施作梁柱结构，接着分段拆除临时中隔壁，施做侧洞二次衬砌；继而分上、中、下三台阶开挖中洞，施作中洞二次衬砌，最终完成整个车站结构的施工。
2地层变形分配控制原理
2.1原理概述
地下工程的施工涉及到多种工艺、多道工序，对地层的影响自始至终是一个动态的、不断变化、逐步累积的过程，所以可以把对地层变形的控制标准分解到每一个施工步序中，形成施工各具体步序的控制标准或控制指标。只要单个步序的变形量得到控制，则整个工程的安全管理就能得以实现，这就是所谓的地层变形分配控制原理。
2.2应用流程
地层变形分配控制原理（以地表沉降为例）采用理论计算结合施工经验，将地表沉降的控制值分解到每个施工步序中，建立分步施工的控制标准。在施工中，根据既有结构的监测结果，及时掌握施工动态，将监测结果与分步控制标准相比较，随时了解地表沉降的发展情况，分析变形过大或者急剧变形的原因，及时采取措施，将每一步变形控制在安全范围，从而达到整体控制目标。
2.3实施步序
2.3.1勘测
根据施工场区地质勘测数据，掌握场区地形、地质条件、土层性质、地下水赋存方式等，结合隧道设计参数初步选定施工方案。
2.3.2预测
根据施工管理的各项指标，确定施工方案优化指标，采用理论分析和经验类比的方法，预测各阶段性施工可能引起的变位在总体结构变位中所占的比例，再根据总体管理标准值计算各分步施工地表沉降控制值，详细研究各施工步序实现其控制变位量的可能性，分析产生沉降的各种可能因素，比选各种可能采取的措施，做到使每一步施工控制都有较为充分的保证。
2.3.3监测
根据设计的监测指标，在地表、地中、衬砌里、既有构筑物上设置观测点，适时记录施工过程所发生的各种变位值，为施工和安全管理提供依据。
3地层变形控制的技术措施
为实现整个隧道施工过程中地层变形的分配与控制，在详细研究预测变形、规划变形和如何控制变形的基础上，在勘测、预测、监测、控制对策各主要环节阶段，有针对性地采取了多种地层变形控制技术措施，实现了控制暗挖地铁车站穿越各类管线和道路的最终地表沉降值不大于45mm的核心目标。
3.1超前注浆大管棚支护
基于预测分析，为控制暗挖结构上方各类管线和平安大街的沉降，自两端明挖基坑，对全长的暗挖段，实施了注浆大管棚技术措施。监测数据表明，在隧道轴向方向，相应监测点的差异沉降在5mm范围内，达到了控制差异沉降的目的，保证了既有管线和道路的安全。
3.2超前钢花管引排水
针对开挖工作面局部因上覆管线渗漏严重、且拱顶为粉细砂、工作面难以稳定等问题，在工作面上下台阶分界处增设了两根108钢花管，实施超前引水，基本解决了工作面难以形成台阶开挖的问题。
3.3优化导洞群的开挖顺序
基于理论分析、数值模拟和工程类比等方法，详尽地进行了多导洞开挖变形叠加效应的分析，确定了各导洞开挖错距必须保证不小于15m，有条件时应尽量加大左右两侧导洞的施工距离。工程实践表明，该措施具有控制地表沉降累加的明显效果。
3.4单一导洞的开挖参数优化
依据预测分析，同一导洞内台阶长度最佳宜控制在0.75倍跨度，最大控制在1倍跨度，核心土至少宜保留为2m，并严格按照正台阶法环向开挖施工。
3.5超前小导管支护
超前小导管采用 32.5×3.5mm热轧钢管加工而成，小导管前端加工成锥形，以便于插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻8mm呈梅花形布置的溢浆孔，间距110mm，尾部1.0m范围内为防止漏浆不钻孔；末端焊6环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂影响注浆管联接。外插角控制在10°左右，风镐打入。因隧道拱部处于粉细砂中，经对比试验，浆液材料选用改性水玻璃，注浆初压0.3MPa，终压0.5MPa。水玻璃浆液的配比：甲液（浓水玻璃∶水= 1∶3）；乙液（浓硫酸∶水= 1∶3）；改性水玻璃（甲∶乙= 3∶1）；pH控制在2.5- 3。
3.6优化上导洞格栅布置
针对导洞拱顶处于粉细砂中、原设计钢格栅尺寸过大、工人架立困难、掌子面土体容易失稳等问题，通过优化，上导洞采用正台阶法开挖，侧墙钢格栅增设连接板，以降低开挖高度，从而提高了工效和施工安全性，确保了地表沉降的控制。
3.7增设注浆锁脚锚管
研究表明，注浆锁脚锚管对控制初期支护结构整体下沉起关键作用，为此在优化上导洞格栅布置的同时，又在原设计基础上增设了注浆锁脚锚管，获得了较好的效果。
3.8初期支护背后以及二次衬砌壁后回填注浆
基于分析，开挖面前方和后方0.5倍洞跨处是沉降速率的最大发生范围，因此及时进行初期支护背后回填注浆是控制沉降的关键环节。在二次衬砌施工时，也充分适时地进行了二次衬砌的壁后回填注浆，有效地控制了地层沉降。
结语
综上所述，在施工策划阶段通过预测，将地表沉降的控制标准分解到每一个施工步序中，在施工实施阶段与施工监测相配合，及时变更支护措施和参数，确保每一步序控制标准的顺利实现，最终实现地表变形总体控制目标。有效的技术措施则是保证地层变形控制得以实现的关键。该车站施工采用超前大管棚和超前小导管等措施进行地层超前预加固，同时在施工过程中根据掌子面土体稳定情况和监测结果，针对性地采取了优化导洞开挖顺序和单个导洞的开挖参数、优化上导洞格栅布置、增设锁脚锚管、进行掌子面前方土体加固、加强初期支护背后回填注浆等措施。通过整个开挖支护体系的共同作用，最终达到了地表沉降的控制目标。
参考文献
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