地铁车站PBA工法的理念是将大跨车站的开挖断面化大为小,以较小的环境扰动代价完成结构修建。虽然PBA工法在工程中已经得到了大量的应用,但是关于PBA工法的设计和施工方面仍然存在许多认识模糊的地方。首先是该工法施工过程的工序转换繁多、施工顺序没有严格标准、时序关系不明确且设计细节上还有许多模糊的地方。因此,实际施工中,对施工顺序稍加改变就会对地层变形产生较大的影响。其次是对施工中结构变形、地层变形与地表沉降之间的关联关系还不是特别清楚,理论预测模型对施工受力过程的反映还不够,并且实际监测工作也存在较多的不确定性,这些因素都极大的影响了预警预报的准确性。很多时候,监测到的数据还没达到报警条件,却有事故发生。本文以北京地铁部分车站实际工程为研究对象,以周边环境风险较大的车站为重点研究案例,研究了浅埋暗挖车站施工过程中引起地层沉降的时空变化规律。通过理论分析、数值模拟、模型试验以及现场测试等手段进行研究分析,获得地层空间效应沉降变化的规律,改进了沉降预测经验公式,并提出更合理的地层沉降变形风险控制措施。(1)针对地铁车站PBA工法非对称开挖引起的地层不均匀变形,导致的车站梁柱结构出现扣拱偏差较大问题。基于随机介质理论,建立的群洞开挖时空演化模型,分析了PBA工法空间分块的作业顺序和工序转换的时空演化引起的不均匀变形规律,获得了施工引起的地层空间变形规律,认为非对称的分块施工引起地层空间不均匀变形是导致扣拱偏差的主因,提出了大跨PBA工法采用侧洞分跨扣拱的结构约束理念。(2)结合数值模拟和相似模型试验,对隧道洞内外监测数据进行关联性分析。计算结果表明:PBA工法施工引起的最终地表沉降最大值在偏向先施工隧道一侧,洞内结构收敛最大值在偏向后施工隧道一侧,收敛位移最大值在后施工的中洞外壁。明确了侧洞分跨扣拱和中跨最后扣拱的做法,可更为容易控制周边风险源,如桥梁、管线或建筑物等的不规则变形和不均匀沉降,可更有效的管控施工引起的地层空间变形风险。(3)针对北京地层的特殊性,通过引入断面修正系数对传统Peck经验公式进行修正,修正后的Peck沉降预测与实际监测结果更加符合实际变化规律,并针对该特殊地质条件提出参考值,为北京地层施工沉降预测提供了理论及大量现场实测数据支持。(4)为解决该工法施工过程中出现的扣拱偏差引起的梁柱偏距误差及拱梁结构裂缝的现象,提出了侧洞分跨扣拱施工的工程对策,分别计算了同步对称理想模型和实际施工步序产生的地层时空演变过程,对比了二者对地层空间变形影响的差异性。基于以上研究成果,提出了侧洞分跨扣拱的工程对策,给出了工法的设计细化建议和施工优化方案。最后在北京地铁和平西桥地铁车站施工中进行了验证。