劉波，付春青，2，李東陽(yáng)，楊航

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083；2.北京住總集團(tuán)有限責(zé)任公司軌道交通市政總承包部，北京 100027

PBA(Pile-Beam-Arch approach)工法為洞樁法的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在傳統(tǒng)淺埋暗挖大跨隧道分部開(kāi)挖的基礎(chǔ)上，綜合蓋挖法的特點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的。采用PBA工法修建大跨隧道時(shí)，分步分塊作業(yè)過(guò)程是關(guān)鍵。但是分塊多會(huì)導(dǎo)致施工縫多，分步作業(yè)頻繁會(huì)造成工序轉(zhuǎn)換多，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不均勻受力而帶來(lái)的扣拱偏差，最終影響施工驗(yàn)收。例如，北京地鐵15號(hào)線清華東路站采用PBA工法施工，由于施工難度大、受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜，存在施工周期長(zhǎng)、作業(yè)空間狹窄的問(wèn)題，造成車(chē)站結(jié)構(gòu)縱向裂縫，導(dǎo)致防水效果較差等問(wèn)題[1]。

PBA工法雖然對(duì)控制大斷面暗挖地鐵車(chē)站沉降具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在導(dǎo)洞設(shè)計(jì)、小導(dǎo)洞內(nèi)巖石地層成樁、大斷面扣拱、拱部防水等方面要結(jié)合水文地質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化才能確保施工質(zhì)量[2]。造成PBA法施工車(chē)站質(zhì)量問(wèn)題的主要原因是群洞作業(yè)期間導(dǎo)洞施工的先后順序不合適，引起地層應(yīng)力重分布不均，且在水平方向上反復(fù)調(diào)整使地下結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生變形裂縫。如何減小PBA法施工引起的地層沉降，是國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。近幾年的研究表明：群洞開(kāi)挖階段是引起地層沉降的主要階段。研究者采用數(shù)值模擬方法分析控制沉降變形的關(guān)鍵因素，認(rèn)為沉降主要發(fā)生在導(dǎo)洞開(kāi)挖和扣拱施工階段，這兩個(gè)階段地表累計(jì)沉降量分別為總沉降量的55%和80%，是控制地表沉降的關(guān)鍵工序[3]。

采用PBA法修建北京地鐵14號(hào)線將臺(tái)站時(shí)，由盾構(gòu)隧道施工、側(cè)導(dǎo)洞施工和中導(dǎo)洞施工引起的地表沉降分別占總沉降的11.2%～14.1%、45.4%～48.1%和30.1%～32.5%[4-5]。對(duì)北京地鐵多條線路PBA法施工的車(chē)站地表沉降數(shù)據(jù)歸納研究表明，導(dǎo)洞開(kāi)挖階段和扣拱階段的地表沉降之和約占總地表沉降的90%[6]。導(dǎo)洞開(kāi)挖階段的沉降占總沉降的71%，是PBA工法中控制地層沉降的核心工序[7]。

近年來(lái)，采用數(shù)值模擬方法研究施工過(guò)程對(duì)地表沉降的影響較多[8]。例如，比較分析洞樁法和洞柱法對(duì)最終地表沉降的影響[9]；PBA工法在研究不同結(jié)構(gòu)形式下不同拱部施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力與中柱位移的影響，指出在中跨扣拱先行施工的情況下，兩側(cè)邊拱必須同步跟進(jìn)，以避免因不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的拱腳推力對(duì)中柱的不利影響[10]。

因此，針對(duì)群洞開(kāi)挖階段地層變形問(wèn)題，研究PBA工法群洞作業(yè)的時(shí)空效應(yīng)，是探究PBA法施工中扣拱偏差成因的關(guān)鍵。隨機(jī)介質(zhì)理論是解決地層沉降的一種非常有效的方法，能夠同時(shí)考慮時(shí)間上的累積效應(yīng)和空間上的相互影響[11-13]。本文采用隨機(jī)介質(zhì)理論，研究PBA工法群洞作業(yè)的時(shí)空效應(yīng)，以期為制定合理的工程應(yīng)對(duì)措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 理論模型的建立

1.1 基本約定

地層沉降的整體坐標(biāo)系方向按照右手規(guī)則確定，如圖1所示。積分區(qū)域上下限的確定按照該坐標(biāo)系定正負(fù)號(hào)。其中：X方向位移值，負(fù)值表示地層向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，正值表示向正方向運(yùn)動(dòng)；Y方向位移值，負(fù)值表示地層向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，正值表示向正方向運(yùn)動(dòng)；Z方向位移值，負(fù)值表示地層隆起，正值表示地層沉降。x，y，z為地下某處開(kāi)挖單元體的局部坐標(biāo)系。

圖1 隨機(jī)介質(zhì)理論模型計(jì)算的坐標(biāo)系Fig.1 Coordinate system of stochastic medium model

假設(shè)開(kāi)挖區(qū)域在Z的正方向，地層的影響角為β，如圖2所示，則內(nèi)部影響半徑r(z)的計(jì)算方法為

(1)

圖2 內(nèi)部影響半徑示意圖Fig.2 Schematic diagram of Internal influence radius

為方便書(shū)寫(xiě)，將tanβ(z)記為B。

1.2 豎向位移

對(duì)于各向同性均質(zhì)體，根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)理論[16]，在局部坐標(biāo)系下，開(kāi)挖一個(gè)微元體引起的豎向位移為

(2)

將式(1)代入式(2)，則由微元體dv=dxdydz引起點(diǎn)P(X，Y，Z)在整體坐標(biāo)系的沉降值為

(3)

這是理論上一個(gè)無(wú)限小微元體引起的沉降值，式(3)只存在理論上的意義。對(duì)于整個(gè)開(kāi)挖三維區(qū)域Ω，所有的微元體造成點(diǎn)P(X，Y，Z)豎向位移為

(4)

在直角坐標(biāo)系中，則

(5)

式中，x1、x2、y1、y2、z1、z2分別為三維開(kāi)挖區(qū)域Ω在x、y、z方向的積分上下限。

在考慮時(shí)間因素t的條件下，有

we(x，y，z，t)=(1-e-ct)we(x，y，z)

(6)

式中，c為地層沉降系數(shù)。

1.3 水平位移

同理，根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)理論，開(kāi)挖一個(gè)微元體引起的水平位移為

(7)

式(7)代入式(1)，則由微元體dv=dxdydz引起點(diǎn)P(X，Y，Z)在X方向的位移為

(8)

對(duì)應(yīng)三維開(kāi)挖區(qū)域Ω，所有的微元體造成點(diǎn)P(X，Y，Z)在X方向的位移為

(9)

在直角坐標(biāo)系中，整理得到

(10)

同理，對(duì)應(yīng)三維開(kāi)挖區(qū)域Ω，所有的微元體造成點(diǎn)P(X，Y，Z)在Y方向的位移為

(11)

1.4 多階段沉降歷時(shí)曲線的時(shí)間效應(yīng)

PBA工法中的小導(dǎo)洞開(kāi)挖是一個(gè)分步驟、多階段的過(guò)程。通常包括：①小導(dǎo)洞開(kāi)挖；②樁(柱)梁施工；③扣拱；④車(chē)站內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工。為了在模型中體現(xiàn)時(shí)間效應(yīng)和不同施工階段地層沉降速度的差異，基于經(jīng)典的隨機(jī)介質(zhì)理論[16]，假定對(duì)于某一方向，收縮邊界的移動(dòng)位移為s，則

(12)

其中，假設(shè)s0為最終邊界的收縮量，則有

s=0，(t=0)
s=s0，(t=∞)

(13)

式中，c為地層沉降系數(shù)，可根據(jù)實(shí)測(cè)值或者經(jīng)驗(yàn)值求得。則有

g(t)=g0(1-e-ct)

(14)

因地下工程中后一階段的沉降是在前一階段的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，假設(shè)PBA工法施工的沉降過(guò)程分為4個(gè)階段，則有

s1(t)=s01[1-exp(-c1t)]，t∈[0，t1]
s2(t)=s1+s02[1-exp(-c2(t-t1))]，t∈[t1，t2]
s3(t)=s2+s03[1-exp(-c3(t-t2))]，t∈[t2，t3]
s4(t)=s3+s04[1-exp(-c4(t-t3))]，t∈[t3，t4]

(15)

式中，s0i為第i階段的最終沉降量；si為第i階段的累積沉降量。

1.5 直墻圓拱斷面掘進(jìn)的邊界變化

PBA工法導(dǎo)洞大多為直墻圓拱形，如圖3所示。對(duì)于編號(hào)為Di的導(dǎo)洞，邊界收縮后其地層損失由半圓形部分和矩形部分的損失組成。

圖3 直墻圓拱形斷面收斂變形模式Fig.3 Convergence deformation mode of arch and vertical wall section

1.5.1 半圓形導(dǎo)洞部分

開(kāi)挖后邊界為

(16)

經(jīng)過(guò)時(shí)間t因收縮而形成的新邊界為

(17)

三維開(kāi)挖區(qū)域的邊界由ΩC1收縮為ΩC2后，所有的微元體造成點(diǎn)P(X，Y，Z)沉降值為

(18)

1.5.2 矩形導(dǎo)洞部分

對(duì)于矩形截面，開(kāi)挖后邊界為

(19)

經(jīng)過(guò)時(shí)間t因收縮而形成的新邊界，假設(shè)水平方向(x方向)的收縮量為s1，垂直方向(z方向)的收縮量為s2，則有

(20)

三維開(kāi)挖區(qū)域形成邊界ΩR1而后收縮為ΩR2，所有的微元體造成點(diǎn)P(X，Y，Z)沉降值為

(21)

直墻圓拱形隧道為半圓形和矩形的組合，編號(hào)為Di的導(dǎo)洞邊界收縮后，所有的微元體造成點(diǎn)P(X，Y，Z)沉降值為

WDi(X，Y，Z，t)=WDi1(X，Y，Z，t)+WDi2(X，Y，Z，t)

(22)

地層的變形是由于諸多導(dǎo)洞施工進(jìn)度不同造成的，則在t時(shí)刻N(yùn)條導(dǎo)洞開(kāi)挖引起點(diǎn)P(X，Y，Z)沉降值為

(23)

式(23)即為描述群洞開(kāi)挖時(shí)空效應(yīng)的計(jì)算模型，如圖4所示。水平位移的計(jì)算模型與之類(lèi)似，限于篇幅，這里不再贅述。

圖4 導(dǎo)洞開(kāi)挖計(jì)算模型Fig.4 Pilot tunneling excavation calculation model

1.6 數(shù)值計(jì)算流程

群洞開(kāi)挖的計(jì)算流程如圖5所示。其中對(duì)于三維三重積分采用高斯-勒讓德法進(jìn)行數(shù)值求解，采用MATLAB軟件進(jìn)行編程。

圖5 群洞開(kāi)挖時(shí)空效應(yīng)模型計(jì)算流程Fig.5 The flowchart of calculating the space-time effect model for group hole excavation

2 計(jì)算實(shí)例

現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)洞是從兩個(gè)施工橫通道之間相向作業(yè)開(kāi)始。開(kāi)挖原則為：先下后上，先邊后中，所以導(dǎo)洞施工順序?yàn)閷?dǎo)洞①④②③⑤⑧⑥⑦。首先進(jìn)行下層邊導(dǎo)洞①④的開(kāi)挖，然后錯(cuò)距進(jìn)行下層中導(dǎo)洞②③的開(kāi)挖，接著錯(cuò)距進(jìn)行上層邊導(dǎo)洞⑤⑧的開(kāi)挖，最后開(kāi)挖上層中導(dǎo)洞⑥⑦。上層導(dǎo)洞與下層導(dǎo)洞、中間導(dǎo)洞與邊導(dǎo)洞開(kāi)挖掌子面均相互錯(cuò)開(kāi)15 m。

2.1 第1步開(kāi)挖

開(kāi)挖下層邊導(dǎo)洞①，導(dǎo)洞開(kāi)挖一個(gè)單位步長(zhǎng)如圖6(a)所示，第1步開(kāi)挖后的豎向位移云圖如圖6(b)所示。

地表沉降曲線的沉降槽在X=-11.60 m，地表沉降最大值0.82 mm，如圖6(c)所示。地表水平位移在X=-11.60 m兩側(cè)向中心移動(dòng)(正值表示向X軸正方向運(yùn)動(dòng)，負(fù)值表示向X軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng))，地表的水平運(yùn)動(dòng)位移值很小，最大值僅0.20 mm，且發(fā)生在地層內(nèi)部。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，僅開(kāi)挖一個(gè)導(dǎo)洞時(shí)，從俯視圖上看，沉降槽的中心線是一條直線如圖6(d)所示。

圖6 第1步開(kāi)挖位移Fig.6 The first stage of excavation displacement

2.2 第2步開(kāi)挖

開(kāi)挖下層邊導(dǎo)洞④，邊導(dǎo)洞①繼續(xù)開(kāi)挖，至導(dǎo)洞①開(kāi)挖兩個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞④開(kāi)挖一個(gè)步長(zhǎng)，第2步開(kāi)挖后的計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 第2步開(kāi)挖位移Fig.7 The second stage of excavation displacement

開(kāi)挖導(dǎo)洞④之后，地面沉降量開(kāi)始增大，地表沉降最大值由0.82 mm增至1.60 mm。但是沉降的開(kāi)始不對(duì)稱(chēng)，沉降槽的中心線開(kāi)始向X軸正方向有輕微的移動(dòng)。

2.3 第3步開(kāi)挖

開(kāi)挖下層中導(dǎo)洞②，導(dǎo)洞①④繼續(xù)開(kāi)挖，第3步開(kāi)挖后的計(jì)算結(jié)果，如圖8所示。

圖8 第3步開(kāi)挖位移Fig.8 The third stage of excavation displacement

導(dǎo)洞②開(kāi)挖后，地面沉降量開(kāi)始增大，地表沉降最大值由1.60 mm增至3.27 mm。

由于不對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖，沉降槽的不對(duì)稱(chēng)性開(kāi)始加劇。沉降槽的中心線開(kāi)始向X軸正方向移動(dòng)，由第一步的-11.6 m至-6.5 m處，移動(dòng)了約5.1 m。

2.4 第4步開(kāi)挖

開(kāi)挖下層中導(dǎo)洞③，已開(kāi)挖導(dǎo)洞同速開(kāi)挖，導(dǎo)洞①開(kāi)挖4個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞④開(kāi)挖3個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞②開(kāi)挖2個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞③開(kāi)挖1個(gè)步長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果如圖9所示。

圖9 第4步開(kāi)挖位移Fig.9 The fourth stage of excavation displacement

導(dǎo)洞③開(kāi)挖后，地面沉降量繼續(xù)增大，沉降最大值由3.27 mm增加至5.32 mm。沉降槽的中心線由第三步的-6.5 m處移動(dòng)至-3.0 m處，向X軸方向移動(dòng)了約3.5 m。

2.5 第5步開(kāi)挖

開(kāi)挖下層中導(dǎo)洞⑤，已開(kāi)挖導(dǎo)洞同速開(kāi)挖，導(dǎo)洞①開(kāi)挖5個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞④開(kāi)挖4個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞②開(kāi)挖3個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞③開(kāi)挖2個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑤開(kāi)挖1個(gè)步長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

圖10 第5步開(kāi)挖位移Fig.10 The fifth stage of excavation displacement

導(dǎo)洞⑤開(kāi)挖后，地面沉降量繼續(xù)增大，最大值由5.32 mm增加至8.08 mm。沉降槽的中心線開(kāi)始扭曲，在Y=0 m處，沉降槽中心線由第④步的 -3.0 m處移動(dòng)至-5.5 m處，向X軸負(fù)方向移動(dòng)了約2.5 m。而在Y=25 m處，沉降槽中心仍位于 -3.0 m處。整個(gè)沉降槽底部發(fā)生較大的扭曲變形。

2.6 第6步開(kāi)挖

開(kāi)挖下層中導(dǎo)洞⑧，已開(kāi)挖導(dǎo)洞同速開(kāi)挖，其中導(dǎo)洞①開(kāi)挖6個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞④開(kāi)挖5個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞②開(kāi)挖4個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞③開(kāi)挖3個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑤開(kāi)挖2個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑧開(kāi)挖1個(gè)步長(zhǎng)。計(jì)算結(jié)果如圖11所示。

圖11 第6步開(kāi)挖位移Fig.11 The sixth stage of excavation displacement

開(kāi)挖了導(dǎo)洞⑧之后，地面沉降量繼續(xù)增大，最大值由8.08 mm增加至10.44 mm。沉降槽的中心線扭曲，在Y=0 m處，沉降槽中心線由第⑤步的-5.5 m處移動(dòng)至-5.6 m處，向X軸負(fù)方向移動(dòng)了約0.1 m。而在Y=36 m處，沉降槽中心位于-3.2 m處。整個(gè)沉降槽底部發(fā)生較大扭曲變形的位置，隨開(kāi)挖的推進(jìn)再次發(fā)生較大變化。

2.7 第7步開(kāi)挖

開(kāi)挖上層中導(dǎo)洞⑥，已開(kāi)挖導(dǎo)洞同速開(kāi)挖，其中導(dǎo)洞①開(kāi)挖7個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞④開(kāi)挖6個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞②開(kāi)挖5個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞③開(kāi)挖4個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑤開(kāi)挖3個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑧開(kāi)挖2個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑥開(kāi)挖1個(gè)步長(zhǎng)。計(jì)算結(jié)果如圖12所示。

圖12 第7步開(kāi)挖位移Fig.12 The seventh stage of excavation displacement

導(dǎo)洞⑥開(kāi)挖后，地面沉降量繼續(xù)增大，最大值由10.44 mm增加至13.70 mm。

隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，沉降槽的中心線在開(kāi)挖方向上繼續(xù)扭曲，在Y=0 m處，沉降槽中心線由第⑥步的-5.6 m移動(dòng)至-4.8 m處，向X軸正方向移動(dòng)了約0.8 m。而在Y=52 m處，沉降槽中心位于-3.2 m處。整個(gè)沉降槽底部在后部趨于穩(wěn)定，而前部開(kāi)挖部分發(fā)生較大的扭曲變形。

2.8 第8步開(kāi)挖

開(kāi)挖下層中導(dǎo)洞⑦，已開(kāi)挖導(dǎo)洞同速開(kāi)挖。其中，導(dǎo)洞①開(kāi)挖8個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞④開(kāi)挖7個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞②開(kāi)挖6個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞③開(kāi)挖5個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑤開(kāi)挖4個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑧開(kāi)挖3個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑥開(kāi)挖2個(gè)步長(zhǎng)，導(dǎo)洞⑦開(kāi)挖1個(gè)步長(zhǎng)。計(jì)算結(jié)果如圖13所示。

圖13 第8步開(kāi)挖位移Fig.13 The eighth stage of excavation displacement

開(kāi)挖了導(dǎo)洞⑦之后，地面沉降量繼續(xù)增大，最大值由13.70 mm增加至16.90 mm。最大沉降位置在車(chē)站中心處，即最大沉降值位置向右移動(dòng)5 m。

開(kāi)挖過(guò)程中，每步相對(duì)于上一個(gè)工序，最大沉降值逐步增加，完整體現(xiàn)了開(kāi)挖過(guò)程中地層變化的時(shí)間效應(yīng)。

3 扣拱偏差問(wèn)題的分析與對(duì)策

車(chē)站大斷面施工經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)扣拱偏差現(xiàn)象。根據(jù)第2節(jié)的計(jì)算分析，由于理想PBA工法左右對(duì)稱(chēng)同步開(kāi)挖無(wú)法實(shí)現(xiàn)，群洞施工的非對(duì)稱(chēng)不同步，引起了隧道、地層和地面的復(fù)雜變化，不均勻受力、位移變形差異大，必然會(huì)引發(fā)多種工程質(zhì)量問(wèn)題。

特別是大斷面隧道，分步作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)、空間結(jié)構(gòu)連接頻繁，地層重復(fù)卸載-重分布-支護(hù)加載，隧道與地層之間不可避免地存在著空隙，隧道周邊的圍巖地層中連續(xù)發(fā)生復(fù)雜的力和位移變化。

雖然群洞效應(yīng)不可避免，但是可以合理選擇施工順序。① 快速完成梁柱體系有利于快速形成豎向支撐，并對(duì)結(jié)構(gòu)頂部地層形成有效支護(hù)反力。② 土體開(kāi)挖按照先邊跨后中跨的順序，減小臨空范圍，縮短大跨臨空時(shí)長(zhǎng)。

大跨隧道斷面分塊施工順序按照左右兩側(cè)分跨扣拱原則，豎向可分為三部分。如圖14所示。

圖14 大跨隧道斷面分塊施工順序示意圖Fig.14 Schematic diagram of the construction sequence for large-span tunnel sections

大跨PBA工法優(yōu)化策略的總體思路就要考慮大跨合理邏輯分塊、分跨順序，合理有效管控施工空間臨空范圍、時(shí)空演化時(shí)長(zhǎng)，從而減弱施工引起的隧道結(jié)構(gòu)、周邊圍巖以及地表沉降變形趨勢(shì)。

(1) 優(yōu)化原則：大跨側(cè)洞分跨、空間先邊后中、跨內(nèi)群洞對(duì)稱(chēng)、同步快速成環(huán)、側(cè)洞先后成拱、中跨快速聯(lián)拱。以此原則作為指導(dǎo)理念，在分跨作業(yè)中繼續(xù)執(zhí)行“先下后上、先邊后中、同步對(duì)稱(chēng)”的作業(yè)工序。需要同步進(jìn)行的工序是，小導(dǎo)洞在邊跨內(nèi)的群洞施工、柱梁體系的快速施工；不能同步對(duì)稱(chēng)的工序是，邊跨拱部土體開(kāi)挖支護(hù)、初支扣拱、斷拱作業(yè)及二襯扣拱。需要錯(cuò)距組織的施工是左、右邊跨整體施工以及部分小導(dǎo)洞開(kāi)設(shè)馬頭門(mén)。跳倉(cāng)作業(yè)是為了解決非同時(shí)大面積臨空問(wèn)題，可以調(diào)整工序，通過(guò)輕體臺(tái)車(chē)的快速作業(yè)替代[14-15]。

(2) 工序調(diào)整：大跨在橫斷面內(nèi)將8個(gè)導(dǎo)洞按車(chē)站中線分為左右兩側(cè)導(dǎo)洞(圖15)，整個(gè)車(chē)站的施工組織按照左右分跨為單元進(jìn)行。每個(gè)側(cè)跨內(nèi)4個(gè)導(dǎo)洞作為一個(gè)空間單元，群洞按照對(duì)稱(chēng)同步作業(yè)，快速形成2個(gè)柱梁結(jié)構(gòu)體系。豎向支撐提前快速分跨扣拱，也是為側(cè)跨成環(huán)提供時(shí)空條件，形成的側(cè)洞分跨扣拱結(jié)構(gòu)就是最先形成的柱梁拱(PBA)棚護(hù)結(jié)構(gòu)。然后，在兩側(cè)開(kāi)挖及初期支護(hù)依次進(jìn)行，待側(cè)洞二襯依次完成扣拱后，再進(jìn)行中跨快速開(kāi)挖、初支及二襯流水作業(yè)。

圖15 PBA工法結(jié)構(gòu)施工順序Fig.15 Schematic diagram of structural construction sequence by PBA approach

因此，要從消除施工的左右對(duì)稱(chēng)無(wú)法同步入手，采取分別成拱封閉成環(huán)、快速作業(yè)的同洞同步作業(yè)和平行減小群洞作業(yè)影響的工程對(duì)策，通過(guò)側(cè)洞分跨扣拱設(shè)計(jì)細(xì)化及施工優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)同步，以消除或減小扣拱偏差現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

(1) 針對(duì)大垮PBA工法施工的地下工程出現(xiàn)的梁柱等結(jié)構(gòu)尺寸偏差、初支裂縫和表觀缺陷現(xiàn)象，分析了PBA工法左右不對(duì)稱(chēng)施工導(dǎo)致扣拱偏差的原因。

(2) 采用隨機(jī)介質(zhì)理論，建立群洞開(kāi)挖時(shí)空效應(yīng)的理論分析模型，對(duì)扣拱偏差現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)成因進(jìn)行分析，分析了地表沉降槽空間形態(tài)隨導(dǎo)洞開(kāi)挖而左右擺動(dòng)的變形規(guī)律。

(3) 指出了分別成拱封閉成環(huán)、快速作業(yè)的同洞同步作業(yè)和平行作業(yè)減小群洞影響，通過(guò)側(cè)洞分跨扣拱設(shè)計(jì)細(xì)化及施工優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)同步是消除或減小扣拱偏差現(xiàn)象的主要對(duì)策。