軟土地層地鐵區間隧道抗震加固設計研究

薛 玨

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

經過長期發展，我國的地鐵建設施工技術逐漸完善，但仍存在加固維護問題[1]。隨著地鐵使用時間增加，其原本的運行隧道會因荷載動力不均勻而出現耦合性振動故障，直接影響地鐵的穩定性。除此之外，受大量動力荷載影響[2]，地鐵隧道的結構也會出現細微變形和各種各樣的變形裂縫，一旦不及時進行控制這些裂縫，在地震等自然災害中很容易導致整個隧道坍塌，對地鐵的運行安全造成嚴重威脅[3]，因此，需要進行有效地鐵間隧道抗震加固設計。

軟土地層是一種較常見的地層結構，其主要由含水量較高、承載性較低的碎石土、沙土等組成。其具有幾個基礎特性[4]，首先是觸變性，即當軟土地層受外力影響后，極易出現振動或起伏，使整個地層滑動，增加地基的沉降風險，不僅如此，當部分土體受到破壞后，軟土地層還會進行多向滑動[5]，導致土體滑移問題。其次，軟土地層具有較強的流變性，其水分含量較高，在外界環境影響下，土壤中的水分會不斷發生改變，使土壤產生徐變力，造成地基剪切變形。最后，軟土地層具有較強的壓縮性[6]，對軟土地層組成進行分析發現，其內部顆粒的空隙較大，充盈大量的水分與空氣，在施工過程中，容易導致水分空氣壓縮，出現軟土均值沉降。因此，在軟土地層的地鐵區間隧道施工難度較高[7]。該文根據軟土地層的特點，提出了一種有效的地鐵區間隧道抗震加固優化設計方法，為提高軟土地層的施工可靠性做出貢獻。

1 軟土地層地鐵區間隧道抗震加固優化設計

1.1 淺埋暗挖布置隧道路面結構

軟土地層的自穩能力較差，若使用常規的開挖技術很容易導致側向塌方，針對上述問題，該文設計的抗震優化加固技術使用淺埋暗挖法布置了隧道路面結構。在地鐵隧道兩端[8]，需要使用管棚注漿技術進行支護處理，開挖若干個路面布置隧道。在隧道路面結構布置過程中，為了保證路面結構的支護可靠性，需要使用超小導管進行灌注漿支護，開挖滿足淺埋暗挖要求的導洞。待上述步驟完畢后，需要開挖側向、中柱孔樁，進行注漿處理，布設路面支撐板。全部過程完畢后，再進行基底封閉，使用側向順作法進行襯砌處理[9]，分層對隧道路面結構進行澆筑。在軟土地層中，一旦隧道側向應力發生改變，路面結構會立即出現細微裂縫，影響隧道抗震加固結果。因此，該文使用混凝土裂縫抵抗板，調整了路面的基礎布置結構，路面結構布置如圖1所示。

圖1 隧道路面結構布置示意圖

由圖1 可知，風亭也可以作為路面結構布置的臨時施工管棚，連接東西路面開挖斷面。在路面結構布置的過程中，需要注意地層與隧道上部弧形的關系，提高拱部的可靠性。

隧道路面的南北兩側的結構與中間不同，該文使用蓋挖半逆作法設置施工臨時立柱，將基坑填至頂板表面，待澆筑完成后，進行路面恢復，依次鋪設施工板。新布置的隧道路面結構與原本結構相差較大，新型路面結構使用預制鋼筋砼板作為面板材料，厚度適中，縱梁使用HN700×300 型鋼。新型隧道路面的穩定性更高，能最大程度地提高路面的抗震可靠性。新型路面結構主要使用臨時路面梁做支撐，底部設置了端構架，能與路面兩端進行橫縱向聯結，從而提高了路面的剛度。隧道路面在地鐵運行的過程中荷載會發生變化，因此在路面結構布置時需要計算構件軸力a，如公式（1）所示。

式中：k為橫縱向最小內力，結合上述的折減系數，可以進行循環處理，對荷載進行計算循環，從而調整路面結構的橫縱向內力，提高隧道路面結構的抗震加固效果。

1.2 開挖隧道圍護加固止水樁

軟土地層具有較強的流動性，需要使用有效的圍護結構進行止水處理，避免隧道坍塌，該文選取1.2m 的止水樁作為止水結構，開挖了隧道圍護止水樁，此時的止水樁排布示意圖如圖2所示。

圖2 圍護止水樁排布示意圖

由圖2 可知，在開挖過程中，需要使用交替處理法關注砼護壁，直至其滿足隧道加固設計要求，此時使用潛水泵進行抽水處理，若此時的排水量滿足隧道施工要求，則可以進行下一施工步驟，反之需要進行注漿加固處理，保障施工安全，避免出現施工塌陷。

圍護止水樁的樁身開挖長度要保證在一定范圍內，需要根據該開挖程度調整護壁厚度，避免隧道地面的水流入孔樁中。受隧道組成結構影響，需要對其進行鋼支撐抗震加固處理，即使用挖掘機進行蓋挖，在保證基坑穩定的基礎上安裝隧道主體支撐鋼結構，保證鋼結構的水平間距合理。

地鐵區間隧道的主體選用雙層大跨度鋼筋砼框架結構，設置獨立的沉降縫隙，可以按照沉降長度調整孔洞立柱，進行縱向彎矩處理，使開挖端滿足設計標高。隧道抗震加固模板選用竹膠板，導管選用鋼模導管，利用滿堂腳手架進行泵送處理。為了保證不同梁節點的安裝效果，該文使用龍門吊車安裝支撐鋼筋模板，完成開挖工作。加固施工混凝土通過出入口進行泵送循環，完成施工材料供應。

不同施工結構的裂縫產生風險不同，因此，可以將隧道抗震加固施工主體結構劃分成多個施工段，針對每個施工段進行統一化處理。使用的加固裝置采用雙滲粉煤灰材料，嚴格控制塌落度。砼結構的入模溫度需要滿足澆筑需求，盡量避免夜間澆筑，提高振搗質量。在容易發生裂縫的部位需要進行養護處理，鋪設鋼筋止水網片，實現防水與堵漏。

1.3 水平旋噴樁超前隧道抗震預加固

常規的袖閥管注漿加固技術進行抗震加固處理時可能會破壞切割隧道土體，部分土體受漿液噴射作用影響混合為水泥土，通過多種作用力進行排列，降低隧道結果的可靠性，水平旋噴樁預加固可以降低旋噴對土體的影響形成固結樁體提高隧道的抗剪強度。水平旋噴樁在旋噴的過程中可以進行相互咬合，形成一個水泥固結拱殼，提高隧道的抗震性，降低隧道的沉降風險。

進行水平旋噴樁超前隧道抗震預加固可以形成一個相對完整的隧道加固拱殼，使整個隧道的受力更均勻。除此之外，該抗震加固方法形成的旋噴樁重疊比較規則，可以通過調整旋噴樁直徑控制抗震加固方向，提高隧道的土體強度，減少軟土地層對隧道施工造成的干擾，在水平旋噴樁施工的過程中需要注意土體的自穩性，此時生成的水平旋噴樁超前隧道抗震預加固施工流程如圖3所示。

圖3 水平旋噴樁超前隧道預加固施工流程

由圖3 可知，結合上述的水平旋噴樁超前隧道抗震預加固施工流程可以有效調整旋噴樁尾部的位置，使用小型導管進行補充注漿處理，可以最大程度地提高隧道圍巖的加固抗震止水效果。在施工的過程中，需要有效地進行泥漿處理，對部分旋噴加固部分進行補充，提高抗震加固施工的施工效率。

2 實例分析

2.1 概況及準備

結合軟土地層地鐵區間隧道抗震加固設計實例分析要求，該文選取某工程進行實例分析，已知某工程位于某市的鐵路穿越區，全場為1586.25m，工程最小曲線半徑為1500m，存在“V”字施工坡度。根據隧道抗震加固施工設計要求，該工程選用高壓旋噴加固的方式，其旋噴直徑為600m，旋噴樁間距為800mm，該工程示意圖如圖4所示。

圖4 某工程示意圖

為驗證所提技術的實用性，使用該文設計方法進行抗震加固。先淺埋暗挖布置隧道路面結構，然后開挖隧道圍護加固止水樁，最后進行水平旋噴樁超前隧道抗震預加固。由于某工程的隧道加固均勻性較差，抗壓強度相對較低，因此，該工程設置了6.2m 的有效加固樁，使用單重管進行翻漿施工，并且在施工過程中，還預設了排漿溝，使其滿足抗震加固需求。

2.2 抗震加固結果

結合上述的施工概況及準備，可以進行地鐵區間隧道抗震加固設計實例分析，使用該文設計的軟土地層地鐵區間隧道抗震加固優化設計方法進行施工，抗震加固施工結果見表1。

表1 抗震加固施工結果

由表1 可知，使用該文設計的軟土地層地鐵區間隧道抗震加固優化設計方法進行施工后，各個監測點號的拱頂沉降滿足施工預警要求，證明該文設計的軟土地層地鐵區間隧道抗震加固優化設計方法的施工效果較好，具有可靠性和應用價值。

3 結語

綜上所述，地鐵是我國重要的交通工具，研究表明，目前我國開通地鐵的城市已經超過了40 個，地鐵隧道的建設長度也突破了7000km，地鐵對人們的日常出行有重要作用。但某些軟土地層區域的地鐵隧道經常出現裂縫問題，一旦出現地震等災害會導致隧道坍塌，會對地鐵的安全運行造成威脅。常規的軟土地層區間隧道抗震加固設計方法主要使用袖閥管注漿加固技術處理隧道路基結構，易受隧道盾構下穿作用影響，導致隧道拱頂沉降過高，不符合軟土地層的地鐵區間隧道施工要求，因此，該文結合軟土地層的特點，對地鐵區間隧道進行了抗震加固設計。實例分析結果表明，該文提出的設計方法的拱頂沉降變化狀態符合施工要求，具有可靠性，有一定的應用價值，為降低地鐵區間隧道運行風險做出貢獻。