新王府井地铁车站施工地表沉降规律研究★

李 晓 朱建明 李志军 杨 娟

(1.华北科技学院安全工程学院，河北 三河 065201； 2.中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

地铁开挖过程中经常会出现地表沉降、塌陷、渗水等问题，解决这些问题的关键在于加强沉降监测，改善施工工艺，提高对施工的管理力度[1]。

国内外就地铁车站施工引起地面沉降的问题进行了深入研究。Peck[2]在1969年通过分析多项具体施工案例，成功总结出应用于隧道施工引起地表沉降的高斯方程，他提出的Peck公式为地表沉降预测提供了一个基本方法。方恩权等[3]基于Peck公式提出一种利用插值法、最小二乘法的预测模型应用于信息系统进行地表沉降测量。刘欢欢等[4]基于京津高铁北京段开展研究，对地面沉降进行监测，并利用监测结果分析出沉降原因。徐泽民等[5,6]通过对地铁工程不同阶段的沉降监测数据进行分析，得到不同施工阶段对建筑物变形的影响规律及特点。陈树[7]通过分析某地铁站深基坑的监测数据，提出利用日沉降量判定地铁站竖向位移情况的危险性分析方法。Jieming Li等[8]建立数值模拟对竖向位移监测的关键位置进行研究，并结合现场监测数据验证主梁竖向位移大于底板的结果。Karmen Fifer Bizjak和Borut Petkovšek[9]采用三维收敛测量方法研究隧道施工对地表的影响。王霆等[10]基于北京地铁10号线黄庄站工程建立有限元模型分析车站洞桩法施工对地层和管道的影响，证明“导洞开挖支护”和“中跨扣拱及拱部土体开挖支护”两个阶段是引起地表沉降的重要阶段。童建军等[11]依托于成都地铁，采用颗粒离散元法分析卵石地层深基坑开挖过程中的地表沉降规律，通过与上海地区软土地层深基坑开挖沉降对比总结两者异同。通过上述研究发现，对于地表沉降问题，均需加强对地表沉降观测，并对其观测数据分析，提出确保地下工程施工安全的具体措施[12,13]。

本文依托于北京新王府井车站，采用洞桩法施工工艺，对其沉降进行观测并基于SPSS方法对其沉降监测数据进行分析，并提出相关控制措施，确保了该车站的安全施工。

1 工程概况

新建王府井地铁车站位于城市交通要道，上方为一南北走向的街道，车站主体沿街道呈南北方向布置。车站有效站台总长177 m，宽度为25.3 m，深约30 m，南侧为东长安街，西侧为北京饭店，东北侧为王府井书店，东南侧为商业街和过街通道。站址地理位置复杂，尤其因其下穿既有车站，故考虑因素较多，施工过程中应注意的风险因素也较多。

车站主体采用“PBA”洞桩法八导洞施工，车站上层及下层均布置四导洞，分为A，B，C，D四轴，共有3个断面。车站施工设置3个施工竖井，1号竖井、3号竖井分别利用1号排风井和2号安全口作为竖井，2号竖井为新增竖井，位置与F1出入口相交。竖井均采用倒挂井壁法开挖支护。

车站的总体施工顺序是首先进行施工竖井及横通道开挖，然后由三个施工通道同时向两侧施工，这将很大程度上减少施工周期，提高施工效率，如图1所示。

2 沉降监测方案设计

2.1 监测方案设计

车站主体结构暗挖工程施工，周边建构筑物较多，地下管线复杂，若结构变形过大或坍塌将会对周边环境产生较大影响，因此在施工过程中应重点做好道路、管线及周边建筑物等的变形监测和数据分析。

根据车站主体导洞施工分成的A,B,C,D四轴，于D轴设置12个测点，且均匀分布，地表沉降监测点布置如图2所示。

2.2 监测内容

对于城市地铁车站的施工监测项目主要有：地表沉降监测、建构筑物沉降及倾斜监测、地下管线沉降监测等。

作业开始时先对控制点进行观测，作业过程中定期对控制点进行复测，检验其稳定性。在施工过程中应固定观测路线、观测人员及仪器，选择最佳观测时间并在基本相同的环境和条件下观测。每次观测结束后，核对和复查观测结果，计算得出本次观测值减去上次观测值，求出各观测点的位移及沉降变化值。

2.3 监测方法

沉降监测可根据监测对象附近的永久基准点或工程施工中的临时基准点作为基准点或工作基点。道路及地表沉降监测点的埋设，在道路交通流量小且有环境条件钻孔作业的地方，首先用钻机钻透硬化路面，成孔以后打入钢筋测点，在钻孔内放入钢套筒隔离钢筋与周边土体，上部回填砂土或木屑。测点要埋设牢固，上部可安设保护盖，同时做好标记。地表测点埋设示意图如图3所示。

沉降监测方法采用精密水准测量方法：工作基点和附近基准点联测取得初始高程。监测时各项限差宜严格控制，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。

监测时通过测得各测点与基准点(基点)的高程差ΔH，可得到各监测点的高程Δht，然后与上次测得高程进行比较，差值Δh即为该测点的沉降值，即：

ΔHt(1,2)=Δht(2)-Δht(1)。

在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。

3 沉降监测分析

3.1 SPSS软件

SPSS软件(Statistical Package for the Social Science)是一款于20世纪60年代末研发的统计分析软件。

3.2 地表沉降监测数据分析

根据图2，选取1,2两个测点的地表沉降数据，分析数据并绘制地表沉降趋势图如图4所示。

由图4可以看出，地铁车站深基坑开挖引起地表的沉降，其中曲线呈抛物线形状，数据先增大后减小，且有稳定趋势。测点2的沉降值较测点1的沉降值大，原因是测点2距施工竖井及横通道较近。

根据设计要求并参考相关规范和规程及以往北京类似工程施工经验，车站主体施工地表变形控制标准如表1所示。

表1 地表变形控制标准

1,2测点沉降观测值最大分别为-28.56 mm和-40.02 mm，变化速率为-0.70 mm/d和0.60 mm/d，均在控制值内，状态安全。

通过SPSS曲线回归分析可得出最符合1，2测点沉降变化趋势的回归方程分别为：

y=-2.615x+1.819x2

(1)

y=-2.696x+1.884x2

(2)

分析SPSS回归模型结果，模型汇总如表2所示。

表2 模型汇总表

分析SPSS软件分析结果：根据曲线拟合结果的决定系数R2均接近于1可知模型比较合理。因此，由统计学原理可认定此次拟合结果较为符合实测变化趋势，具有较高的可靠性和参考价值，可用式(1)，式(2)进行后期沉降数据的预测。

4 地铁施工地表沉降控制措施

根据对其观测数据的分析得知，测点距离竖井及横通道越近，沉降值越大，且随着时间的推移，沉降曲线呈抛物线形状，并将趋于稳定。同理，测点3～测点12具有类似的规律，因此为了保证安全施工，具体施工期间采用如下措施：

1)沉降计算与预测：工程施工前，根据场地的工程地质、水文地质等条件并结合土力学实验结果，采用上述建立的沉降预测模型对可能发生地表沉降的区域进行地表沉降量的计算和预测；

2)施工方案：工程施工过程中，应合理设置降水、开挖方案，避免因施工导致地表不均匀沉降；

3)沉降监测措施：施工过程中加强巡视和沉降监测，及时采取应对措施；

4)注浆加固措施：采用合理的注浆压力和注浆时间，有效弥补施工造成的地层损失。

5 结语

通过对王府井新车站采用洞桩法施工的沉降观测分析，得出如下几点结论：

1)需设计好符合洞桩法施工特点的沉降观测方案，观测结果表明，本文提出的设计方案符合施工沉降特点；

2)采用的SPSS数据分析软件，适合沉降观测数据的动态变化以及量大的特点；

3)采用洞桩法施工产生的地表沉降点距竖井及施工通道越近，地表沉降值越大，要求在竖井施工期间注意周围土体的沉降观测；

4)提出的适合洞桩法施工特点的沉降观测数据的回归分析模型，可较好地对沉降发展趋势进行预测。