北京西段地层PBA工法地铁车站地表沉降变形分析

摘要:地铁暗挖车站施工扰动地层，会造成地层变形，在不同地层条件下变形量表现出较大。北京东西部地层分布差别较大，通过对北京地铁6号线西段PBA工法车站花园桥站地表沉降的现场实测分析，得到了该段地层中车站地表的沉降规律和地层土质不同含量对地层扰动的规律，对后期期类似地层工程施工，具有一定的施工指导意义。

关键词：浅埋埋暗；地表沉降；沉降规律；土层分布

中图分类号：U231+.4 文献标识号： 文章编号：

1 引言

浅埋暗挖法施工的特点是沿用新奥法原理分析体系,建立监控量测系统,运用量测信息及时反馈设计和施工,同时采用超前支护和改良地层、注浆加固等辅助工法完成隧道的施工。浅埋暗挖法施工对地面环境的影响和干扰小,对结构断面形状和适应性强,在城市地铁施工中,浅埋暗挖法施工技术越来越得到普遍的应用。

对于目前浅埋暗挖车站沉降的控制指标，设计并没有对不同的地层给出相应的控制值，而基本上为统一的标准。由于地质条件的多变以及施工参数的变化,不同的地层下车站产生的地表沉降差别较大,因此在施工过程中,对地表沉降规律的分析,应当具体问题具体分析。

2 工程概况

2.1 地理位置

车站主于西三环花园桥主桥垮的下方，沿玲珑路和车公庄西路方向跨路口东西向设置。花园桥西侧为玲珑路、东侧为车公庄西路，为地面道路，南北向为高架的三环主路。车站中部及东端暗挖双层，见图1。

暗挖段长总189.5m，标准段宽度为19.7m，底板埋深为25.3m，双跨两层结构，“PBA”工法施工，基坑外降水。车站各导洞及扣拱开挖断面尺寸见表1。

图1 北京地铁花园桥站地理位置

表1 车站导洞及扣拱开挖断面尺寸

2.2 工程水文地质

花园桥站工程范围内地形略有起伏，地面标高54.10左右。根据车站祥勘资料，勘探场地在地貌上属冲洪积平原，地层以第四纪冲积、洪积土层为主，本次勘察深度范围内地层土质分布情况分述如下：结构上覆土以房渣土①1、粉土填土①、粉土③和粉质粘土③1为主；车站主体主要位于粉细砂③3、卵石⑤和卵石⑦中；中板和底板分别位于卵石⑤和卵石⑦中。基底为卵石⑦层。该段地层无不良地质作用。

车站对应位置第一层为潜水（二），第二层为层间潜水（三），其中潜水（二）埋深17.8~18.4m，位于结构底板以上，潜水（二）隔水底板在部分钻孔缺失，使该层水向下越流排泄，导致该层水在本场地范围内仅局部分布，且水量较小，因此本次研究不考虑降水对地表的沉降影响。

表2 车站拱顶上方监测点位置对应各土层含量百分比

3 地铁施工监控量测分析

3.1 监测点选取

选取车站上方10个横向断面，每个断面5个测点，分别位于小导洞及扣拱正上方，共50个测点，第一组测点横断面布置示意图见图2。

图2 测点横断面布置示意图

3.2 车站地表沉降分析

根据选取的50个测点为样本，分析该地层PBA工法车站小导洞开挖和扣拱施工产生的地表沉降规律，并根据每个测点对应地层情况，分析不同沉降对应的地层因素，每个测点对应地层的分布情况见表2。

通过对土层不同分布下的地表沉降分析，沉降和导洞施工存在如下关系：

（1）车站地表沉降规律

图3 小导洞开挖后地表沉降分布图

图4 扣拱施工后地表沉降分布图

图3可以看出，小导洞开挖完成后，车站上方地表累计沉降总量较小，最大沉降小于25mm，小导洞上方地表沉降量主要集中在0~-20mm之间，而扣拱上方地表沉降大于20mm的数量约占50%。说明该段地层的车站小导洞开挖后，车站地表沉降量较大的位置主要位于扣拱上方。扣拱上方土体受到两侧小导洞开挖的多次扰动，对相应地表沉降产生的影响较大。

图4给出了车站扣拱施工后车站上方地表沉降的分布情况。车站的扣拱施工通常被认为是施工风险较大，且地表沉降不容易控制的一个施工阶段。可以看出扣拱位置上方测点沉降较大的测点所占比例明显高于小导洞上方，沉降大于20mm的测点占到了约85%，而小导洞上方沉降大于20mm的测点约占总数的25%。

通过对比图3和图4，可以发现在该地层下，小导洞及车站扣拱施工后车站的最终累计沉降值较小，这与北京西部较好的地层条件有密不可分的关系。车站小导洞开挖产生的累计沉降占绝大部分，约为总沉降量的80%；而扣拱施工产生的沉降约占总沉降量的20%。

（2）土层分布与地表沉降规律

图5 测点沉降与对应地层情况关系图

该车站扣拱施工完成后，车站上方地表沉降累计沉降较小，针对50个测点的沉降情况，将监测点沉降量以-10mm和-20mm为界，分为三个沉降区间，然后将同一沉降区段监测点对应的各地层含量（见表2）进行加权平均，得到该车站地层与上方地表沉降间的关系图，见图5。

从表2可以看出，该车站上方杂填土和粉土填土含量较为固定，约占24%；车站上方主要以粉细砂和粉土为主。从图5可以看出，该车站上方地层中，随着粉土和粉质粘土含量的增加，地表沉降相应增大；相对应随着粉细砂含量的减少，地表沉降有相应的增大。

4 结论

通过对该典型地层下，PBA工法车站施工产生的地表沉降进行归类、分析，得到了以下结论。能够对后期类似地层工点施工的沉降分析及控制，起到一定的指导意义。

（1）北京西段地层地质情况良好，对控制沉降非常有利，该车站累计沉降均小于30mm。

（2）在该车站对应地层下，小导洞开挖对地层的扰动要大于扣拱施工；小导洞开挖后和扣拱施工后，扣拱位置上方均为沉降较大的区域。

（3）该段地层下，随着粉土和粉质粘土含量的增加，及粉细砂的减少，车站上访地表沉降随之增大。

参考文献

1王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社, 2005

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4.王霆等.地铁车站浅埋暗挖法施工引起的地表沉降规律研究[J].岩石力学与工程学报2007