西安地铁四号线暗挖下穿西安火车站项目中,为保证隧道安全施工且施工期内铁路安全运营、不中断,对地表铁路轨道沉降和差异沉降进行严格控制。然而场区内地质条件差,地下水位高,地铁隧道埋深浅,因此以往经验化的设计和施工方案无法保证轨道沉降控制在安全范围之内,故本文以该项目为依托,研究浅埋暗挖黄土地铁隧道下穿火车站股道及道岔区的表沉降控制技术。本文采用黄土室内试验、现场自动化监测和有限差分数值模拟相结合的方法,在研究试验段变形原理基础上,对下穿段进行围岩加固技术、隧道施工优化技术研究,主要研究内容及成果如下:(1)取原状饱和黄土进行室内试验,得到其物理力学性能与含水率的关系,并参考地勘结果建立有限差分数值模型。研究隧道埋深、围岩应力释放率、饱和黄土地层含水率等三方面对地层变形影响,分析围岩变形机理,得到施工影响范围规律,并对施工提出相应的建议。(2)总结国内相关浅埋暗挖隧道施工实例,结合数值模型计算表明:在隧道下穿段拱顶上部150°范围内,采用直径159mm壁厚8mm管棚效果最佳。对试验段全断面注浆区钻孔取样做室内物理力学性能试验,得到加固后围岩性能变化规律,经过数值计算表明隧道轮廓线外2m是最合理注浆加固范围。(3)确定围岩加固方案后,对三台阶七步法、CD法、CRD法以及双侧壁导坑法等四种工法进行数值计算,最终确定下穿段施工采用CRD法施工。后对CRD法工艺进行优化研究,建议取0.5m施工步长和3m的施工步距作为施工参数;建议预留50%开挖面土体作为核心土;研究临时支撑拆除对变形影响,发现“隔一拆一”拆除型钢既能减小拱顶变形,又能加快施工效率。(4)布洛克机器人在隧道施工中大量推广应用,因此通过二维、三维受力计算,对隧道临时仰拱承载布洛克开挖机器人的安全性进行研究,表明临时仰拱具有足够的承载能力,同时论证了中隔壁开洞方案的可行性。该研究方法和结论可应用于黄土区大断面浅埋地铁隧道施工变形控制。