近些年随着城市轨道交通建设步入繁盛时期,地下工程暗挖工法亦逐步兴起。考虑到暗挖技术对控制沉降方面的要求,洞桩法逐渐被提出,它结合了浅埋暗挖和盖挖法的技术成果,通过导洞、边桩、柱、顶拱等成熟技术的有机结合,形成共同支护体系,可保证施工环境复杂需严格控制沉降等工程安全性,并已成功运用到北京多个地铁车站等工程实践中。但目前洞桩法理论落后于实践,缺乏全面系统的理论研究,为其进一步的推广与应用带来了难度。本文主要以某大空间(开挖土方达7.9万m3)地铁车站工程为背景,在总结了洞桩法的施工工艺和关键问题的基础上,采用数值模拟与理论分析相结合的手段,从地层变形、结构受力以及地表沉降预测几个方面对大空间地铁车站应用洞桩法施工所引起的力学效应进行研究,从而为浅埋大断面地下工程洞桩法施工提供可靠的理论依据与指导。以下为主要研究内容和创新性成果:(1)基于依托工程资料,介绍了该地铁车站的场地工程水文地质条件、车站结构型式、施工工法,同时对洞桩法应用到大空间地下工程中亟需解决的关键问题进行了探讨;(2)采用Flac3D数值模拟软件对洞桩法地铁车站施工主要过程进行了模拟,得到不同施工阶段地层变形的发展规律,着重分析了导洞支护参数和导洞顶拱开挖顺序作为重要因素对于地层变形与地表沉降的影响,从而进一步对洞桩法施工方案进行了优化设计,为指导施工提供合理依据;(3)鉴于洞桩法施工过程中所形成特殊的共同支护体系,利用数值模拟方法重点对桩拱协同作用与力的转换进行了具体分析;由于边桩最终在结构体系受力中占据主导地位,将开挖面下部桩简化为弹性地基梁模型,在考虑初支拱部对边桩倾斜力、桩侧地层横向土压力以及桩体自重、桩侧摩阻力、桩端阻力的共同作用下推导了边桩的内力计算公式;(4)鉴于洞桩法施工引起的地表沉降预测方法的欠缺,利用数值模拟与经验拟合相结合的手段,首先分析了导洞间间距S与导洞直径D对于群洞效应的影响,并对Peck公式在考虑群洞效应下沉降计算的应用进行了初步探讨,结果表明当该地铁车站保持导洞埋深不变,仅改变导洞间距与直径比值,且S/D在1.4~1.8之间时,此时可认为Peck公式可用于洞室开挖叠加计算。