摘要：随着我国城市的逐步发展，城市交通的基础设施建设日趋完善。地铁作为城市交通重要组成部分，能够起到缓解城市交通压力，提升城市交通稳定性的多种作用，而在地铁建设过程中，从超大断面浅埋条件下隧道工程施工作业实际开展情况来看，还有着较多的缺陷性能，不管是技术方面还是管理环节等，出现安全隐患的概率非常高。基于此，就要求相关人员加大对其的监督力度，全面探究存在的各项问题，制定出完善的对策，进而促使隧道作业安全开展。本文作者根据自身从事地铁建设多年的实际经验，针对隧道开挖跨度大、浅埋富水施工中存在的关键技术问题，采用理论分析、数值模拟及现场测试等手段开展了深入的探究与分析，并得出了相关结论和建议，希望能对地铁车站建设行业起到一定的启发作用。
关键词：地铁出入线隧道；超大断面浅埋；开挖技术
1. 工程概况
某地铁车辆段出入线为单洞双线隧道，最小埋深约9.5m，采用矿山法施工。本文所选区段隧道埋深11.6m，跨度11.9m，高度8.9m，根据隧道浅埋程度来看，属于浅埋。
2.施工重难点分析及应对措施
2.1施工期间包含的各项要点以及现状
从该项工程实际开展现状来看，有着跨度大以及埋深浅等诸多特征，周围的地质情况相对而言非常的复杂，当实施开挖作业的时候，面临的隐患性也是极高的，比如塌陷问题普遍存在，无法将地面沉降现象控制在合理范围中，从一定程度上加剧了作业的难度。通过探究表明，主要表现在几个方面：一是隧道跨度大，最大断面宽度11.9m，涉及到的施工内容以及环节诸多，流程非常的繁琐。第二，隧道周围条件较差，虽然是对围岩效果良好的微风化坚硬花岗岩进行开挖，1可是覆层处于非常薄的状态，超过90%的地层为第四系残积层和强风化花岗岩。
2.2施工风险分析
在该工程风险分析中，采用分析方法、核查表和专家问卷相结合的方法，主要风险有以下几方面：
（1）周围地质环境恶劣，水文条件复杂多变；因为当前所处地质有着较为明显的独特性，因此就使得工程所在区域的地质书文条件发生了明显的改变。
（2）针对于隧道周围建筑物来讲，非常的复杂，地下管道相互交叉。一般情况下，是处于城市繁华区域内开展该项作业的，这样一来，就面临着严峻的繁琐性，周围建筑物特别的复杂，地下管线纵横交错，施工期间经常受到干扰，难以继续开展作业。（3）施工方案的复杂性。研究区段的隧道跨度大、埋深浅，因而工程技术方案与工艺流程复杂，且不同的工法又有不同的使用条件，贸然采取某种技术方案必然产生风险。
2.3 应对措施
在此基础上，合理编制了一个切实可行的风险应对计划，内容包括已识别风险因素的描述、风险分析、风险承担人、应对措施、应对计划、应对费用和应急计划。
（1）由于地质水文条件客观存在，不能根本消除，只能采取减轻风险。当前阶段，施工期间经常应用的方式包含了两种类型，分别是降水以及地层加固。本文对两种方式进行了重点论述。首先，以地层加固方式为主，该项方式涉及到的要点表现为：环形开挖留核心土，对喷射混凝土加以封闭。另外一种方式则包含了洞外降水法。
（2）隧道上面也有人们居住的房屋，基于此，需要派遣专业性强并且经验丰富有着相应资质的人员对其进行严格检查，将检查结果制作成完整的报告，然后和业主房进行交流和沟通，最终将探讨的结果汇报给市政府部门，当确定是危房的时候，应当进行彻底拆除。
（3）对于区间隧道复杂的地质条件，采用方案必选优化，同时对方案中的钻爆方案进一步优化，采用弱爆破设计。
3. 施工数值模拟
3.1 计算工况
针对该大断面浅埋隧道，为了保证隧道的工期，采用台阶法开挖，掘进循环进尺1.2m，对其进行数值计算。隧道断面形式为超扁平隧道。开挖跨度11.93m，开挖高度达8.9m，毛洞开挖面积达102.2㎡，最大埋深11.6m。
3.2 材料的参数选取
岩土体物理力学材料根据地质钻孔勘察报告中的参数取值，具体取值见表1，混凝土材料、钢材参数按照相关规范及经验取值，钢材的计算参数参照等效刚度原则换算成混凝土。
表1 各地层主要物理参数
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3.3 断面数值计算结果
运用FLAC3D数值模拟软件建立三维地质模型，采用台阶法开挖工况，根据断面形式的尺寸，考虑隧道开挖的影响范围，其模型尺寸如图1所示，岩体模拟成实体单元，二衬及初支都是衬砌单元，计算模型如图2所示。
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图1 模型尺寸示意图 图2 计算模型
（1）模拟施工步骤
①建立模型，在自重场下计算平衡；②开挖隧道上台阶，释放应力30%，计算平衡；③施作上台阶初支，释放应力40%，计算平衡；④开挖隧道下台阶，释放应力30%，计算平衡；⑤施作下台阶初支，释放应力40%，计算平衡；⑥同步连续错开开挖上下台阶，并施作初期支护；⑦施作隧道二次衬砌，应力完全释放，计算平衡。
（2）模拟计算结果
采用台阶法施工全过程模拟，从围岩和初支受力等分析结果发现，各部的开挖引起的内力及地层变形均在规范允许的范围内，具体开挖模拟结果分析如下图3、4。
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图3 初始地应力的不平衡力变化曲线 图4 初始地应力竖向应力云图
如图3所示，初始地应力的不平衡力很快就达到计算所要求的范围内，说明了模型建立符合实际地质信息，边界条件满足计算要求；再从图4可知，地层的应力基本上是按照水平分层分布，说明了模型网格划分比较均匀，并没有出现突变与畸形单元，这为后续的隧道开挖支护计算提供了先决条件。
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图5 上台阶开挖后竖向位移 图6 上台阶开挖后塑性区分布
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图7 上台阶剪应变增量云图 图8 下台阶开挖后竖向位移云图
图9 下台阶开挖后塑性区分布 图10 下台阶开挖后剪应力增量云图
如图5、6、7所示，上台阶开挖后，采取的隧道预加固措施起到了良好的效果。由图5可知，上台阶开挖后，经过应力释放及围岩应力重分布，施作初期支护抑制围岩变形，使得围岩的竖向位移仅为24.3mm，满足地铁隧道施工的围岩变形控制要求；由图6可知，上台阶的开挖，对浅埋隧道的地表有着较大的影响，隧道上方及其周边围岩都发生了剪切屈服或拉伸屈服塑性区，特别是隧道拱顶正上方的地表出现了剪切屈服破坏，这与现场的实际监测数据反映的变形一致；从图7可知，施作的初期支护本身承受的剪应力是非常高的。由图8可知，当下台阶开始开挖时，隧道的围岩变形均随着下台阶的开挖不断增大，在下台阶开挖环节中，围岩受到了一定的扰动，与此同时，围岩塑性区领域也有所拓展。通过分析得出，隧道拱顶存在着非常大的剪应力，此种现象从一定程度上体现出了隧道围岩变形的基本控制现象。
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图11 上、下开挖完成后最大主应力云图
根据图11可知，当隧道上下台阶开挖完成后，隧道的最大主应力发生在隧道的拱顶处，为1.4Mpa。与浅埋隧道超前预加固的措施保持了一致的结论，说明优化后的开挖方法及加固处理措施满足该区域的施工要求。
3.4 回归分析及预测
根据监控量测实测数据，选取地表沉降最大的点作为回归分析对象，数据如表2。
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根据表中的数据，运用对数对其进行回归分析，做出该点地表沉降拟合曲线图如图12所示。
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图12 地表沉降实测数据及拟合曲线图
通过对选取的监测点位前十天的监测数据进行回归分析之后，得出相关系数，回归精度符合要求。预测出第三十天的地表沉降值为10.30mm，而根据原始数据，第三十天的实测沉降量为10.16mm，这比预测值小，实测沉降量在预测沉降量的范围之内，表明该处地表沉降未出现异常情况。
4. 结束语
通过上述探究与分析，取得了如下主要成果：
（1）结合工程地质和水文地质、风险评估、案例调研结果认为，采用暗挖施工方案可以保证隧道施工安全，且在工期、投资及环保等方面具备相对较大的优势。
（2）本文结合台阶方式制作的暗挖施工方案展开了相关的探究，以数值模拟为主，根据数据得出，台阶法产生的优势极高，能够加大对围岩变形现象的监督力度，使其被控制在合理区域中，应用起来也非常的方便，成本较低，适合应用。
（3）详细比较和探究数值分析以及具体的地表沉降现象。经由结果得出，在地表沉降环节中看出，地下水影响的数值计算值和现场具体测试数据无明显的差别，此种情况表明了地下水在隧道施工安全方面的影响程度是非常高的。
（4）在遵循相关理论上进行探究，有利于隧道开挖和支护工作得到更好的开展，可以从一定程度上增强隧道上覆地层的安全性，避免受到爆破振动等因素的干扰。施工环节内，隧道围岩有着良好的稳定性，出现变形的概率不高，并且不存在地表塌陷问题，可以在一定程度上确保工程整体质量。