地铁车站暗挖施工地层变位预测与控制研究

谢鹏

摘 要：本文主要根据一些准确的设计调研和文件提供，总结出暗挖地铁车站施工过程当中，应对地层的变化所应用的一系列预测和控制步骤的原理，并且根据专业化的数据分析方法描述出施工过程当中最为关键的施工步骤，使得最终地层沉降量趋于最小，满足城市复杂环境条件下的施工要求。

关键词：浅埋暗挖；预测；控制；变位分配原理

引言：

由于对城市地下空间的过度开发和利用，造成了一系列的问题。例如：随着地下工程数量的不断增加，城市隧道施工引起地表沉降的一系列问题也随之出现。而城市隧道施工工程往往分布于建筑物道路以及地下管道分布较为密集的地区，一旦该地区出现地表沉降问题，会引起各种环境公害问题的不断增加。因此，相关的部门和施工管理者，要严格把控城市隧道施工工程，保证在对区内建筑物没有影响的前提下，进行城市隧道建筑工程。

一、地层变位分配控制的原理以及应用模型

（一）地层变位分配控制原理

对于地下隧道施工而言，特别是对于浅埋暗挖型大断面式的施工，具有多种复杂的施工工程和系统工程，从整个工程开始到结束都是一种动态的、随环境变化的施工过程，整个施工过程会应用各种施工工艺，涉及多道施工工序。因此，浅埋暗挖型大断面式的施工对于地表沉降问题的影响是日积月累的，是一个不断积累的过程。根据地表沉降问题的这种特性，可以应用变形分配控制的方法解决該问题。采取将地表沉降控制标准分解到每个施工步骤当中的方法，规定每个施工步骤拥有标准的控制指标以及施工指标，将地表沉降问题，从每一个单个的步骤的角度出发，做到严格控制每个单个步骤，实现在每个细节当中解决地表沉降问题，从而在整体上保证地表沉降问题不再出现，使得施工工程的安全管理得以落实。

地层变位的变形分配控制方法，在实际应用的过程中，综合预测变形、规划变形与控制变形为一体，能够贯穿整个隧道施工工程的过程。落实好每个阶段和施工工艺的工作，就可以真实在实际施工过程中实现变形控制技术的应用，将地表变形或周边有建筑物的地表变形控制在合理的范围当中。

（二）计算机模型的应用说明

地下隧道施工工程当中所应用的计算模型的计算过程主要采取FLAC的方式进行，是一种以三维方式进行显函数有效差分的程序，能够通过利用各种节点的位置移动，结合连续位移的应用条件，完成对于连续介质的变形分析，这种变形分析往往是非线性的。

计算模拟的平面图，在水平范围内一般长达200米左右，模型的上部位于地表的最浅层，并且沿着地下隧道工程纵向，来获取模型的单位长度。计算模型的侧面和底面均为位于界面，而模型的侧面只能够应用水平方向上的位移，而模型底面则只能够应用垂直方向上的位移，针对侧面和底面模型的上界面依然是地面，而且一般为自由面。整体模型采用15个楔型的单元节点，并且根据各个节点的不同性质可以划分为不同的单元。

隧道的土层由上至下依次为：杂填土层，厚度约为1.5米左右；粉土层，厚度约为5.3米左右；粉质黏土层，厚度约为4.1米左右；粉细砂层，厚度约3.2米左右；卵石层，厚度约为7.2米左右。

计算模型的假设过程一般分为五个步骤：第一，选择材料要用专业的衡量准则，选择优质化的应用材料，针对于大变化的地层变形预测需要应用变形模型的计算方式。第二，所谓模型的假设过程就是，对于地表和各阶层的土层顺序进行假定，规划出具有均衡质量的水平分布模式。第三，完成施工最初的开挖工序。第四，隧道衬砌步骤应用单元模拟的施工技巧。第五，要选择应变力较强的地层和材料，使得应变力处于塑料弹性的范围当中。

二、暗挖施工地层变形分配的预测方案与落实

（一）地层变形分配的方案

应用FLAC的有限差分程序，可以在实际的暗挖车站测动施工过程当中应用，进而实现对实际施工过程当中的数据进行模拟，做到对施工所引起地层变形的程度进行提前的预测，实现工程开始之前的预测，并根据这种数据模拟制定相应的施工方案。在各种施工步骤当中，因初步施工开挖所产生的地表沉降占整个的地表沉降问题的很大部分，并且第一部的开挖步骤所占的百分比最大。并且对于各个导洞进行开挖所产生的地表沉降，也是最终产生地表沉降问题的主要部分，也是最容易控制地表沉降问题的核心部分，当洞侧开挖完成二衬施作之后对于最终产生沉降的影响同样占很大比例。为了控制这一部分的地表沉降问题，应该主要针对侧洞施工，所产生的变形进行相应的控制措施，完成变形控制到目标。

（二）变形分配方法的落实与具体监测数据的对比分析

在去除地表观测当中出现异常的数据之后，结合每一个断面的平均地表沉降数据整体趋势，从整体上来看，每一个具体的施工步骤所占地表沉降的百分比，基本上与通过专业程序方法模拟出来的数据预测结果相一致，虽然在个别的施工步骤预测结果对比上有所差别，但并不影响数据的整体吻合性。对于数值分析预测具有重要意义的施工步骤，需要管理人员在施工过程当中密切关注，并且增强施工力度，保证施工的正常进行。例如：由于在施工开挖的步骤当中会经过粉细砂层，往往会导致地表沉降的预测与实际的数值有很大的出入。从整个施工过程的角度来看，专业化程序数据模拟的应用方法，在很多程度上解决了地表沉降的问题，并且基本实现了对于地表沉降问题的控制目的，完成了沉降从预期监测到施工过程的最终目标。

现阶段，由于各种外界环境的影响，以及各种地层参数及数据的误差，往往会使得专业化的数据模拟，在进行预测施工沉降的过程中出现较大的偏差。经过多个施工项目的经验积累，可以得出在进行多个施工步骤同时进行的过程中，对于地表沉降问题所涉及到地层参数没有较大的影响，在多工序施工过程当中，地层参数往往具有较强的稳定性。因此，利用这一特征，可以通过应用总体施工过程以及控制目标，来完成施工步骤的定量分配，将数据的实时监控与施工步骤紧密的联系在一起，并且及时的将监测数据反映给相应的施工负责人，实现施工过程的信息化和数字化，提高施工工程的建设效率，同时减少地表沉降量过大的问题。

（三）在隧道施工过程当中的反馈控制方法

为了更加完美地实现整个隧道工程的地层沉降问题的处理，以及地层变位的分配与控制，需要针对于整个施工过程进行详细地勘测和预测，针对预测变形、规划变形以及怎样做到完美控制变形三个方面进行详细的研究和分析，并且在这个基础上，针对于各个主要环节包含预测、勘测、监测以及控制，从而有目的性、有针对性地应用各种地层变形控制的技术方案和应用措施。比如：对于隧道工程当中的超前注浆大、小管棚的支护问题，需要满足各种类型的管线，以及隧道的最终变形控制量处于45毫米左右的核心位置。

结束语：

综上所述，在隧道工程施工的过程当中，应用变形分配控制原理改善地表沉降问题，需要落实到每一个施工步骤当中，切实地保证施工步骤与施工标准相符合，在动态管理和动态施工上，需要较为标准地完成地表变形的严格控制。运用专业化的程序，应用数据模拟的方法，完成对施工之前变位的分阶段预测，并且随时根据实际情况调整相应的施工策略和施工方法，调整支护方法以及数据参数，以更加优质的方法来控制地表沉降问题。

参考文献：

[1]赵帅.某深埋暗挖地铁车站综合接地系统的设计[J].低碳世界. 2017（05）

[2]李克先，李术才，赵继增.大跨度暗挖地铁车站开挖工序优化研究[J]. 地下空间与工程学报.2017（05）

[3]王星，马建军.硬岩地层中暗挖塔柱式地铁车站的应用研究[J].施工技术. 2017（08）

[4]王宁.界面水条件下暗挖地铁车站埋深的合理选择[J].隧道建设. 2015（05）