随着我国城市基础建设的迅猛发展，轨道交通和地下空间建设也不断推进，特别是地下空间开发利用是目前解决城市有限空间问题的主要途径 ^[1,2]。然而，随着地下空间逐步向深度大及跨度大方向发展，不可避免地会对地下空间结构本身和周边临近建筑物产生较大影响 ^[3,4]。比如，2010年杭州地铁事故、2019年青岛地铁事故和2019年广州地铁事故都导致了重大人员伤亡。调查结果表明，上述已经修建或正在修建的轨道与地下工程，都设置了正常的监测系统和监控体系，但却仍然出现了重大事故。

　　 由于地下空间大且地质与周边条件都极为复杂，如果按照常规规范中的指标进行施工控制，可能会出现控制效果不理想的情况。因此，如何在现有规范的基础上进一步趋严确定或优化开挖过程的监控指标将会是一大难题。

　　 国内外学者对地下工程和安全监控等方面进行了相关研究，获得了丰富成果。张顶立等 ^[5]从细观结构层面分析了不同地层结构形式对安全性的影响关系，结合“支护-围岩”动态作用关系的分析，建立了极不稳定地层条件下复杂隧道围岩安全性的评价指标体系，将围岩超前变形、超前破坏和地层加固有效性作为核心评价指标，形成了包括9项基础指标的评价体系，并提出了安全性的分级方法;王震 ^[6]在城市隧道施工评价中引入危险指数法，以岩体力学分级为基础，借鉴危险度指数评价法，提出了城市隧道施工安全的分级体系，将隧道施工安全等级分为I～VI级，该评价体系的各因素权重采用层次分析法确定，主观因素对安全等级影响程度通过补偿系数衡量;Goh等 ^[7]用多元自适应回归样条和logistic回归评价地下洞室开挖的稳定性，提出了一种新的评价方法，将多变量自适应回归样条(MARS)方法和逻辑回归(LR)方法相结合，将观察到的病例分为稳定、潜在不稳定和不稳定组。Dindarloo等 ^[8]提出了一种基于最大沉降量的浅埋隧道分级系统，分类器根据几何、地面和性能特征对隧道进行分类。Giardina ^[9]提出了一种基于最大沉降量的浅埋隧道分级系统，分类器根据几何、地面和性能特征对隧道进行分类。这些研究都推动了隧道与地下工程的安全状态研究进展，但是无论是国内还是国外其适用范围都是有限的，且对于地下大空间这一特殊工况未进行充分考虑。

　　 纵观上述研究发现，对于地下空间的监测控制指标是否合理以及如何修改调整以使其更能复合实际情况等，还需做进一步探索。

　　 本文依托采取洞桩法施工的广州地铁地下大空间工程建设，运用理论分析和现场试验与测试等手段，对原有安全指标及其控制结果进行分析并优化，对比前后控制值的施工控制效果，为后续施工提供可靠依据，确保施工安全。

　　 鉴于城市环境较为复杂，工程本身规模、地质和周边建筑等条件对施工安全影响极大。以广州市轨道交通流花路站地下暗挖施工为例进行分析。

　　 广州市轨道交通流花路站为地下车站，位于人民北路与流花路交叉路口处，临近流花湖公园，车站走向基本为南北向，为地下2层3跨暗挖车站，平面布置如图1所示。

　　 设计包括车站主体、车站附属建筑(含通道、出入口、风道、风亭、冷却塔)、结构初步设计，主体及配线均采用暗挖法施工。车站主体暗挖断面为双柱三连拱断面，宽26m，高17.76m，隧道覆土厚约19.5m，采用初支+二衬的复合结构形式。车站配线暗挖断面主要为小净距并行双隧道，隧道宽11.2m，高8.95m，隧道覆土厚约26.8m，配线交叉段局部采用宽26m、高16.5m大断面单洞隧道，采用初支+二衬的复合结构形式。

　　 流花路站残积土主要为粉质黏土，可塑状～硬塑状，部分为粉土，中密～密实状，工程性质较好。另外，部分工程置于全风化和强风化岩层中，全风化呈坚硬土状，工程性质较好，而强风化岩石呈半岩半土状、碎块状，风化裂隙发育，为极软岩，岩体完整性差，风化岩及残积土具遇水软化、失水干裂的特点。上述地层条件给地铁工程施工带来不利影响。

　　 周边建筑物主要有广控大厦、原广州军区总医院康乐大厦、原广州军区东宝展览中心、原广州军区总医院门诊部和东方宾馆等。

　　 鉴于地质条件和周边环境极为复杂，流花路车站主体部分采用洞桩法施工，在施工过程设置4个导洞，导洞长267m，净空4.60m×5.60m，锚喷支护形式，其导洞断面与开挖空间展布如图2所示。

　　 由上述分析可知，地下空间隧道开挖断面大、开挖步骤多导致力学转换复杂，容易产生大的地表沉降，安全控制非常困难。

　　 确定施工方法后，按规范选取监测控制指标进行安全施工并对其控制效果进行分析。鉴于篇幅所限，在此仅对与地面沉降及地面塌陷关联性极大的地表沉降及地下空间中的拱顶沉降进行分析和说明。

　　 在地下空间施工安全监测中，一般可以综合国家标准并结合各个地方标准选择合理、可用的控制指标。鉴于篇幅所限，在此选取暗挖施工过程的地表沉降控制标准进行说明，其值如表1所示。

　　 结合工程实际开挖情况与周边环境，选取控制标准为:地面沉降20mm以内，沉降平均速率3mm/d，沉降最大速率4mm/d。

　　 但从现场实际施工效果看，控制指标偏于宽松，容易造成地下空间施工过程垮塌事故，在实际试验性开挖过程中，也发现拱顶和地面均有不安全迹象。基于此，必须对控制指标适当趋严缩小或优化。

　　 参考随机介质理论法与地表沉降预测方法 ^[10]，建立坐标系:以地下空间中心的正上方地表处为原点，向右为x轴，向下为y轴(地表沉降方向)。由此，则开挖直墙拱形地下空间引起的地表移动公式为:

　　 式中:erf(x)为误差函数;d,B,R分别为开挖断面顶部的均匀下沉量、开挖宽度和中间变量，参数具体如图3所示。

　　 图3中，A₁是开挖平面区域，A₂是变形收敛后的开挖区域，H是待开挖地下空间埋深。由此，d按简化计算，将收敛变形面积简化为地下开挖顶部的均匀下沉量，由此则有:

　　 式中:β为上覆岩层性质的主要影响角。若不考虑体积变小，地表沉降变形面积应与地下空间收敛变形面积相等，从而可以确定出上覆岩层性质的主要影响角。文献[11]指出，对于黏聚力较小的饱和软黏土和砂质土采用比较合适，对于黏土，则采用:

　　 误差函数表达式为:

　　 1)小断面或单洞开挖

　　 地下单洞施工时，其地表沉降控制可按规范进行确定。由式(1)可得，施工引起地表下沉最大值发生在x=0处，其最大下沉为:

　　 2)大断面或多洞室开挖

　　 就本文依托的地下工程而言，采取4个导洞的洞桩法施工，若忽略开挖顺序对地表沉降的影响，根据叠加原理，可按图3算得地表处的总下沉量。但因工程是沿x=0对称的，因此为简化计算，可只计算一侧对中心的影响量。

　　 令每个洞室对地表的沉降影响量为W(x)_i,i=1,2，…，7。这里下角标即代表对应的每个洞室，已在图2中标出，下文中的角标含义相同。

　　 则4个导洞对地表下沉影响可用函数描述:

　　 其中:

　　 d₁为导洞的拱顶沉降计算简化量，下文的d₂同理。

　　 当主洞室开挖完成，则会产生新的下沉量，3个主洞室对其的影响量分别为Q₂=2W(x)₅+W(x)₆，其中:

　　 则在大范围开挖的情况下，地表的沉降函数为Q=Q₁+Q₂。取地表沉降的最大值点Q_max2，即:

　　 与单洞室进行比较，按不同地下工程的空间关系，地表沉降不同体现了沉降控制标准的对应关系，据此可得到折减系数，即

　　 结合工程实际，d=0.05m,R=14.23m,B₁=4.6m,B₂=8.6m，计算得到η=0.669 2，取η=0.67。

　　 以原控制标准并按上述系数折减，取本工程地下洞室开挖的地表沉降控制值为:地面沉降13.4mm以内，沉降平均速率2mm/d，沉降最大速率3mm/d。

　　 如果按折减指标进行施工控制，则会对施工方法及过程要求更严，因而需要基于趋严控制指标提出可靠的施工控制方法。

　　 基于趋严安全控制需要，导洞断面与开挖如图4所示。洞桩法开挖施工的详细施工步序确定如下。

　　 1)小导管及管棚超前支护(加固)，先开挖1,3小导洞，施工导洞初期支护。距离1,3小导洞约8～10m后开挖2,4小导洞，施工导洞初期支护。

　　 2)在小导洞洞通后在内采用人工成孔，施作边桩及中柱基础。施工钢管柱，钢管柱边与孔壁之间填砂临时稳定钢管柱。

　　 3)施工边桩冠梁，架立边导洞内主拱的格栅钢架，并按要求喷混凝土。C20混凝土回填边导洞上部空间。安装钢管柱系统以及柱内的钢筋笼。施工顶纵梁结构，并预留主拱二衬的钢筋接头，铺设防水层。

　　 4)开挖主拱土体，施作主拱初期支护。主拱开挖顺序为中拱先行，边拱紧跟。中主拱开挖15～20m后，两侧主拱对称开挖。

　　 5)逐段拆除小导洞边墙，铺设防水层，立模浇筑主拱二衬。二衬待初支扣拱施工完成后再施工二衬扣拱，先施工中拱，后施工边拱。

　　 6)向下开挖土体至地下1层中板底面下约1.5m位置，施作侧墙系统锚杆、喷射混凝土、敷设侧墙防水层，施作地下1层中板、边桩冠梁。

　　 7)向下开挖土体至基底位置，施作侧墙系统锚杆、喷射混凝土、铺设防水层，浇筑边桩冠梁、底板、下层侧墙。

　　 8)施作地下1层侧墙，施作内部结构。

　　 为了更好地了解洞桩法施工工艺对安全控制的效果，现场对其进行监测，获得了部分测量数据并绘制位移-时间变化曲线。在此以最为关键的主体结构暗挖前期工程中的5号井—6号井区段小导洞若干监测点地表沉降部分数据进行分析，地表沉降监测成果如表2所示。

　　 由表2可知，地表最大沉降为2.99mm，沉降速率最大值仅为0.10mm/d，说明沉降变化率不大。测得数据均在可控范围内且数据稳定，地面和周边环境正常，说明按照趋严监控指标进行施工控制是可行的。

　　 1)随着地下空间逐步向深度大及跨度大方向发展，地下工程建设具有投资大、周期长、技术复杂、不可预见风险因素多和对社会环境影响大等特点，其安全控制指标与常规条件下有较大差异，如果确定不合理，会对地下空间结构本身和周边临近建筑物产生较大影响，也给施工安全控制带来极大困难。

　　 2)现场监测数据结果表明，基于随机介质理论、结合土层吸收沉降特点确定的地下空间施工趋严控制指标和地下工程洞桩法施工监控指标以及施工控制工艺，可以满足施工安全控制要求。

　　 3)由于现场地质等条件变化频繁，对施工安全影响非常大，尽管运用理论分析和现场试验与测试等手段得到了趋严控制指标及施工工艺，其控制效果及控制指标的优化还需结合工程实际进行深入研究。