盖挖逆作法施工时地铁车站结构变形的规律与控制措施

盖挖逆作法的施工形式和技术具有很多优势，被广泛应用到地铁车站施工工程中。经过多次试验和工程施工实践，我们逐渐掌握了在此方法下进行施工的地铁车站结构变形的基本规律，并根据实际情况研究出控制变形的有效措施，以便能够保证工程整体的质量。
　　一、盖挖逆作法的施工过程和特点
　　盖挖逆作法的施工顺序是先施作地铁车站的结构主体部分的桩柱，然后把结构盖板放置在围护桩或者混凝土柱的上面，按照从上到下的顺序进行土方开挖的工作，以及边墙、中隔板和底板衬砌等方面的施工。
　　这种施工方法具有自身独特的优势，例如工程整体的覆盖速度比较快，可大大减小因地铁车站施工造成交通中断的时间；盖挖逆作法的施工顺序是自上而下由顶板和中隔板进行支撑，结构的刚度比较大，形成一个安全的作业空间，可以充分保障施工人员的人身安全；同时，盖挖逆作法的施工占地面积较小，回填量也比较小，在施工的过程中，可以进行立体分层操作，也可以从左右两个方向同时施工，这样不仅提高地铁车站的施工效率，还可以灵活地进行交通道改，且不会受到季节变化的影响；盖挖逆作法的施工过程中产生的噪音非常低，不会对地铁周围的居民造成严重的生活生产影响，而且也不会带来其它的环境污染的不良影响；这种方法的施工设备还及其简单便捷，不需要使用太多的大型设备，通常是小型轻便的机器，容易操作和维护，这就为现场作业留出了很大的空间，工程施工的回旋余地充足，效率也跟着有所提升。
　　二、盖挖逆作法施工时地铁车站结构变形的基本规律
　　在对地铁车站进行施工的过程中，盖挖逆作法也会带来地铁车站的变形，这种变形是有规律可循的。我们以北京地铁4号线动物园车站的施工工程作为实例来进行分析和说明。
　　分析变形规律之前，我们首先要了解盖挖逆作法的具体施工步骤，通常分为五步，简单地说是一柱、二盖、三板、四墙、五底。一柱就是首先要在预施工地点施作边柱或者条形基础桩来起到护壁的作用，与此同时施作结构钢管柱或者是混凝土柱。二盖就是把盖板放置在边柱和中柱上面，形成一个梁板的结构。三板就是在开挖负一层土方后，施作中隔板地膜，同时在地膜上绑扎中隔板钢筋，然后浇筑中隔板的混凝土。四墙就是运用一种专门设计的不带动力的移动式边墙支架进行逐层浇筑边墙的混凝土工作。五底就是当负一层的土方、中板、边墙的施工都进行完毕后开始施作负二层的土方、底板、边墙，然后依次类推。
　　可见盖挖逆作法的施工工序的转换次数较多，尤其是像北京地铁4号线动物园车站，其地层的构造也比较复杂，桩基的施工难度也比较大。我们运用Midas有限元计算软件从三个方面对地铁车站变形的规律进行了模拟分析，结果如下：
　　地表沉降规律的变化根据实际施工情况可以分为五个“卸载—加载”过程来依次分析。第一次“卸载—加载”是对顶板一端进行开挖、施作、回填，这时候地表总体的沉降不显著；第二次“卸载—加载”是对顶板另一端进行开挖、施作、回填，本阶段的地表依旧呈现下沉趋势。第三次“卸载—加载”的工程内容是对负一层开挖，结构底板，侧墙施工。此时地表先下沉后出现隆起，这是因开挖负一层时引起地表下沉，负一层底板封闭后，给结构带来了浮力和抗力，引起地表隆起。第四次“卸载—加载”对负二层实施开挖，同时结构底板，侧墙施工，与第三次相比地表的下沉值很小，总体处于隆起状态。第五次“卸载—加载”对负三层的施工，情况与第四次大致相同。
　　中桩沉降规律与地表的沉降规律及其类似，也可以分为五个“卸载—加载”过程，第一次中桩施工时开挖上覆土体后，中桩桩顶卸载，中桩受到拉力有隆起的现象。进行回填后，受到自重和过往车辆的压力，中桩下沉。第二次对顶板另一端开挖时，卸载过程中桩受到的压力小，加载过程增大。第三次是对负一层开挖，中桩受压出现下沉，当地下结构底板施工完毕后，下部桩体的受力情况由压力变为拉力，呈现隆起状态。第四次和第五次的情况略同于前一次，并与地表沉降规律相符，顺次出现隆起和下沉的现象。
　　结构底板沉降规律经过两个“卸载—加载”过程，一是在开挖负二层时，负一层的底板承重增大，隆起程度下降，负二层底板施作后隆起度增大。二是在负三层开挖后，负一、二层底板的承重增大，底板隆起度提高，待施作锚索后降低。
　　三、盖挖逆作法施工时地铁车站结构变形的基本措施
　　针对盖挖逆作法施工过程中出现的地铁车站结构变形的现象，我们可以采取以下的措施来加以有效控制，保证施工的质量。
　　控制地铁车站结构差异沉降变形一般要在施工准备阶段、施工过程中、阶段施工后三个时间段全方位进行控制管理。做好施工前的模拟计算工作以便更精准地确定各项指标的控制标准，并通过中桩试验来检验车站结构本身的承载力和抗变形能力是否达到标准，便于在实际施工过程中进行有效调整。
　　在施工过程中进行结构变形的控制最为关键，这也是地铁车站工程施工安全的核心所在。我们不仅要抓好主动防御工作，同时也要做好被动控制工作。要尽量选择对地层扰动较小的施工方案，对施工过程进行科学合理的管理，明确各项指标，及时参考对照发现问题，并采取相应的控制措施。在地层开挖方面，要协调各种因素的作用，可以根据地质构造选择损耗最小的工艺技术进行分层开挖。在施工过程中要进行及时的支护措施，可以用利用土方皮带机垂直运输技术，实现开挖土渣的快速清理，以降低桩土之间的相互作用的时长，这样就能防止结构差异沉降的逐渐增大。同时利用移动的免吊装大型钢模板，对侧墙实行快速同步浇筑，这样大大缩短了侧墙和底板一起承重的时间，就起到了很好的支护作用，也能提高墙体的质量效果，增大墙体的承载能力，提高抗裂性能，还可以将底板和侧墙的差异沉降值控制在一定范围内。在沉桩工艺上可以将人工挖孔和机械成桩工艺相结合，以便达到良好的挖空效果，给工程的下一道工序奠定良好的承载基础。在对边桩和中桩底进行压浆时，可以通过在桩端形成比较大的固结体，来进一步提高桩基的承载性能，同时降低桩体的沉降度。另外在施工过程中建立完善的信息化检测模式和评估体系，同时将之与变位分配体系的实践相结合，形成一种优化的管理措施，对地铁车站的施工全过程包括结构差异沉降进行高效的管理和控制，能够最大限度地實现工程的安全施工和科学施工，同时提高工程的经济效益与社会效益。
　　总结：
　　综上所述，我们主要从地表沉降、中桩沉降、结构底板沉降三个方面来分析盖挖逆作法施工时地铁车站的结构变形规律，并根据实际情况采取必要的控制措施，切实做好施工前的科学计量和实验，加大施工过程中各中技术设备的投入力度，并做好阶段性施工后的审查和测评工作，才能保证整个地铁车站工程的顺利安全进行和保质竣工。