摘要
随着城市化发展，地面可使用的空间日益减少，发展地下轨道交通成为了解决这一问题的主要措施。城市地铁车站修建这种大跨度的地下工程，对控制地层、临近建筑物及地下管线变形要求高。目前，我国地铁车站建设的主要施工方式有明挖法、盖挖法、暗挖法等。基于城市地铁车站复杂的施工条件，洞桩法（PBA工法）施工依靠着路面占用空间少、施工灵活、速度快、精度高、有效控制地层变形的优势被广泛应用于城市地铁修建中。该方法最早应用于北京地铁修建中，在北京地铁建设中取得了很大的成功，为地铁修建提供了重大参考。但是，目前洞桩法的理论研究高于实际应用，且不同地质条件施工引起地表沉降差异性大、施工过程中承重结构受力转化繁多。为了进一步分析洞桩法施工各主要施工阶段对地表沉降影响规律及结构受力变形特征，本文以沈阳地铁三号线三好街站实际工程为背景，通过室内试验、数值模拟、现场监测、理论推导等方法，进一步研究洞桩法施工地层及既有建筑物变形规律、结构受力及差异沉降、Peck公式沉降预测及导洞开挖方案优化。本文的主要研究内容包括： （1）依托沈阳三好街地铁车站砂层地质，开展了不同围压及含水率条件下的三轴压缩试验，获得了不同围压、含水率条件下，砂土变形特征演化特征及强度参数变化规律。 （2）采用Midas-GTS有限元分析软件建立三维数值模型，分析施工全过程地表沉降、水平位移、建筑物沉降变化规律，并结合实测数据对比验证模型。研究表明：车站水平位移在距离中轴线20m范围处，水平位移达到峰值，在开挖过程中应注意此范围内地层水平位移变化。建筑物B（金科大厦）、建筑物A（盛京医院）的沉降值与其距车站距离成反比例关系。导洞开挖和扣拱施工阶段引起地表沉降占总沉降比值高达85.4%。 （3）根据洞桩法车站施工模拟结果，分析施工过程中边桩、梁、拱、柱结构受力及沉降变化规律，总结得出结构构件施工过程中力学转化、应力集中位置、应力突变、应力峰值大小等以及结构位移峰值、竖向支撑体系的沉降差异变化。上部承载结构和边桩拉应力随着施工的进行，呈现出先增大后减小的变化规律，应力峰值出现在扣拱阶段。所有受力构件沉降值随施工的进行，表现出先增大后减小的变化规律，沉降最大值出现在扣拱施工阶段。 （4）对实测数据进线性回归分析拟合，确定了Peck公式回归方法的可行性。针对沈阳特殊地质条件，对比分析实测数据与Peck公式沉降预测结果，并引入修正因子对常规Peck公式进行了修正，结果表明：最大地表沉降修正系数在0.23~0.35之间，地面沉降槽宽的修正系数在1.02~1.78之间，修正后的Peck公式预测结果更加符合实际沉降变形规律。 （5）通过Midas-GTS模拟软件，以地表沉降和既有建筑物变形为控制指标，采用正交试验方法建立了4因素4水平试验方案对导洞开挖整体方案进行了优化研究。通过对比分析各试验结果，得出了施工错距、施工顺序、施工步距、开挖方式因素，不同水平下地表变形规律。极差分析结果表明：导洞开挖方式是影响地表沉降及既有建筑物的最大因素，开挖步距影响最小。得出适合沈阳地区洞桩法导洞施工的最优开挖方案。
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