方业飞
中铁二十三局集团第六工程有限公司? 重庆市? 400000
摘 要：本文以北京地铁新机场线新草区间下穿镇国寺北街工程为背景，通过对地表沉降和工法理论分析、监测数据统计分析，并结合相关文献资料，分析研究了地铁区间PBA法近距离下穿城市道路的沉降控制机理、沉降规律、风险控制重点，并提出一些进一步提高风险控制建议。研究表明：（1）沉降风险控制核心旨在提高开挖扰动影响范围内岩层的强度和稳定性；（2）区间PBA施工地表沉降量基本在30~50mm,符合类似工程沉降变形规律；（3）本区间沉降槽符合Peck高斯曲线，沉降槽宽度系数为5.25m，沉降槽宽度参数为1.3，地层损失率为3%~5%；（4）PBA区间沉降槽形式表现为窄而深，施工过程中须对地下管线等重要风险部位加强早期沉降分析控制；（5）上、下层施工阶段沉降占比分别为84%和16%。
关键词： 地铁区间 PBA法 地表沉降 沉降槽 风险控制
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1 工程基本情况
1.1 设计概况
穿越镇国寺北街区间长60.0m，采用PBA法施工，上层导洞边导洞内设置洞桩+大截面桩顶冠梁，结构采用微拱直墙断面形式，区间结构最大开挖高度9.3m，最大开挖宽度14.9m，拱顶覆土厚度约4.0m。
1.2 地质概况
上层导洞断面素描：上台阶至拱顶为粉细砂，下台阶为砂卵石，隧道底板位于粉细砂层。既有M10号线区间拱顶位于粉细砂层，基底卵石层,本工程未涉及地下水。
2 地表沉降机理与措施应用
2.1 地表沉降机理
地下工程施工引起地层初始应力场状态改变，形成二次应力场，对于分部开挖，其应力场为初始和各分部的叠加。应力在二次平衡过程中地层发生的移动，反射到地面表现为地表沉降。该过程可以分两个阶段：
开挖形成临空面，引起开挖面围岩径向收敛和前方一定范围内纵向应力释放，大量土体开挖造成应力重分布，支护附近和开挖面前方岩体应力集中[1]，当岩体自身的稳定性质不足以抵抗应力（特别是在有外界荷载作用影响扰动时），将会导致开挖面破裂，变形崩塌，迅速反射至地表引起沉陷。
初支闭合后，初支背后的岩体损伤扰动带及空隙（初支背后一定范围内原状土带被强烈扰动，结构破坏）在长期循环荷载动载作用下累积塑型变形压缩，调整补充开挖界限周边地层应力损失，以达到地层应力平衡。这部分影响也会较快反应到地面，加剧地面沉降。
2.2 控制措施与作用机理
工程采取了多种技术措施相结合，在施工前对区间进行地质雷达扫描，地层无空洞等异常，结构上方车道铺设防护钢板，施工期间加强现场监测与信息反馈。现场精心组织，严格按方案实施各项措施，以控制沉降和风险。
2.3 主要应用施工过程
（1）施工两端竖井，轮廓上部打设超前大管棚，结构范围内上方行车道铺设通长钢板；
（2）纵向开挖边侧1、4号导洞；
（3）施作边侧人工挖孔桩及桩顶纵梁；
（4）施工上导洞大拱脚，两层初期支护之间空隙部分回填混凝土；
（5）开挖中间2、3号拱部导洞，完成初期支护扣拱作业；
（6）分段拆除1、4导洞内边墙，施作二次衬砌扣拱；
（7）在上层二衬扣拱施工期间，打设新建结构与既有盾构区间之间的管幕；
（8）拆除导洞侧壁及底板，逐层分段向下开挖并进行支护；
（9）浇筑底板、侧墙完成结构。区间结构断面。
3 数据分析
3.1 总体沉降分析
以地表沉降30mm控制值标准，区间累计沉降值超限测点占比为44%。开挖界限内地表测点40个，沉降值主要在18~48.9mm，超限数量为26个，占比65%，其中中间导洞上方点占77%。
根据2019年“北京市轨道交通新线建设沉降监测分析报告”统计：同期在建类似PBA工法、跨度和埋深的12、17和19号线10个区间车站，6332个沉降测点超限3475个，占比约55%。圆砾~卵石层中引起的累计沉降值基本在20~40mm之间；粉土、粉质粘土、砂层中在60~80mm之间。
此外，王海彦[8]等对与本区间工程基本相同的北京地铁10号线“苏黄区间”的研究分析显示：其地表沉降普遍在30~50mm，与数值模拟分析结果吻合。（苏黄区间为PBA法施工，最大开挖宽度17.5m，高10.5m，覆土6m，详见文献）。通过工程横向比较，本区间地表沉降超限率低于同期建设的类似工程，且沉降值也较低，总体沉降控制水平较高。
3.2 沉降过程分析
各导洞开挖过程的纵向沉降形式符合基本的“Ⅰ微小变形区—Ⅱ急剧增大变形区—Ⅲ缓慢变形区—Ⅳ变形稳定区”4个阶段的规律[12]，。值得注意的是：
（1）Ⅱ阶段速率多数超过了2mm/d的控制值，最大达到5mm/d。这主要由于土体开挖造成应力重分布，产生卸荷效应，岩体自稳性差加上周边环境扰动（既有线运行和覆土浅地面行车震动），地层变形急剧增大，快速反射至地表。由于该阶段基本发生在早期，累计值还未达到60%黄色预警等级，在管棚和超前小导管以及核心土防护下速率单控超限并不会产生较大风险。但该阶段变形量占沉降总量较大，约60%，在前期需加强分析控制，以减小后期接近双控预警的压力。
（2）中由于深孔注浆压力控制不当导致TXG-01-05点处地面隆起鼓包。虽然该点最终累计沉降值仅为-12.3mm，但结合其它工点数据统计发现，浅覆土中地层注浆隆起后变形总量不会减少，说明隆起并不意味着地层得到加固，反而地层局部会受到上下反复扰动，所以要控制好注浆压力与注浆量，避免注浆导致地表隆起。
3.3 各导洞开挖影响分析
通过沉降槽边界位置可以看出，各导洞之间影响主要是相邻之间的影响，开挖界限内平均累计沉降约为-31.6mm，上层导洞开挖阶段沉降量平均占84%（26.5mm），扣拱及下层施工为16%(5.1mm)，说明PBA法后期施工沉降很小，控制效果好。
4 总结与建议
通过对沉降控制机理和区间监测数据统计分析得出如下结论与建议：
PBA法区间地表沉降槽符合Peck高斯曲线分布，沉降槽宽度系数为5.25m，沉降槽宽度参数为1.3，高于以往研究参考值，沉降槽表现为窄而深；隧道施工地层损失率为3%~5%，符合施工对地层扰动控制相关的标准水平。
区间地表倾斜率或差异沉降值超过相关标准，但未对地表行车造成危害；基于地埋管线接头转角和张开值理论及有关研究，认为地表沉降超限未对管线产生较大影响，环境风险可控。
PBA法沉降主要发生在前期上层导洞开挖阶段（占比84%），后期扣拱及下层施工对地表基本无影响（占比16%）。
沉降槽窄而深的形式会对地下管线和地表建构筑物产生较大危害。对于重要风险部位，施工过程中需重视早期沉降，细化分析加强控制。
台阶法施工下台阶经过有明显二次沉降，应重视锁脚锚杆应用，并加强质量控制。
地面铺设钢板防护应根据沉降槽特征将范围扩大至曲率最大点之外，以减小车辆因路面曲率变化较大对地下产生冲击震动影响。
相关单位应完善管线安全风险控制体系，加强地下管线自身变形的监控与安全评价，确保管线安全状态长期稳定受控。
参考文献
[1] 马林林. 四六导洞组合PBA法暗挖车站施工技术[J]. 铁道建筑技术，2016(007):10-13.
[2] 张献才，沈长松，黄景忠. 隧洞开挖应力重分布三维有限元模拟及研究[J].水利科技与经济，2006(10):37-39.
[3] 王军舰，王小林，等. 浅埋地下工程管棚作用机理及其参数分析[J]. 城市轨道交通研究，2012(01):103-106.
[4] 皇甫明，孔恒，王梦恕，等. 核心土留设对隧道工作面稳定性的影响[J]. 岩石力学与工程学报, 2005(003):521-521.
[5] 吴建伟，韦秉旭. 散体围岩隧道开挖中超前小导管注浆的作用[J]. 交通建设与管理，2014(12):80-84.