软土路基堆载下既有隧道变形特性分析

龚吕雄

摘要： 笔者在本文中将区间隧道上方的部分施工路段作为相关的研究材料，通过使用Midas NX这款有限元的软件来建立一个有限元的模型，主要研究的对象是建立在深厚土层中路基堆载对于地铁盾构去间中的隧道变形情况。在这个模型的建立过程中，充分的考虑到对流固耦合作用下软土的变形特性对于整个复合地基中加固处理的效果。从整个建模的结果来看：在没有提前采用加固处理的情况之下，软土地基的堆载对于整个隧道周边都会产生一个较大的影响;对于深厚的软土进行加固，往往采用的方法就是CFG桩+水凝土搅拌桩的方式，在完成复合地基的之后对于整个的变形控制标准而言可以进一步的加强。

关键词：深厚软土;盾构隧道;数值模拟;路基堆载;复合地基

1 前言

近年来，随着我国城市化进程日益加快，基础的城市配套设施也在不断的完善，地铁等相关的交通设施建设也是在如火如荼的开展之中。但与之而来的就是地下建筑物的增加，随着地铁修建的增多，地下施工工作也在不断的进行，其中有一些施工的具体位置在隧道附近，这些工作对于整个地铁隧道安全而言具有非常严重的影响。众所周知，对于整个的盾构隧道结构而言，地面堆积往往会对其造成纵向或者是环向，甚至出现变形以及接缝张开等问题。这些问题对于整个隧道安全而言，影响都是很大的。

2 路基盾构隧道工程的相关研究现状

此前有很多的专家对于隧道发生的竖向不均匀变形的原因进行相关研究，发现主要的原因就是因为在隧道的周边，其所承担的荷载发生了巨变，同时对隧道出现竖向变形的原因和机理进行了阐述。其中在上海地区的软土地层地铁隧道主要施工方法采用的就是盾构法的施工方法，采用了这种施工方法，一旦隧道整体的纵向或者横向的变形过大就会对整个结构产生较大的影响。

国际隧道协会曾在2000年发布过盾构法隧道设计的相关指导意见，其中更是将隧道的竖向变形对于隧道的整体影响写入到了荷载类别中去，把它归类为特殊荷载。美国运输协会也曾在其年度报告中指出，软土变形会直接导致软土地层中的隧道和管道的损害。因此，要想从本质上确保隧道使用的安全性，就必须要从地面卸载对于整个盾构隧道的结构变形影响来进行相关的研究。

就目前的相关资料来看，很对研究人员的研究主要是关于基坑开挖以及新建隧道的施工来进行的，而对于盾构结构在地面堆载下的受力情况下变形而进行的相关研究还不是很多。因此，在本文之中笔者主要就是针对福建地铁6号线上方施工城市的快速路作为研究的背景。对整个的轨道交通建设、运营管理的办法进行研究，并且也通过有限元建模分析了盾构隧道手路基堆载的影响，对堆载引起的盾构隧道变形的原因也进行了分析。该成果也为软土地层盾构周边堆载情况下的变形机理及整治对策研究提供了一定的参考。

3 路基与盾构隧道工程概况

以福州城市的综合性主干道为例，道庆路（峡漳路至漳江路）为双向六车道，整个道路宽52米，整体的设计时速在60km/h以上。在福州市的轨道交通系统之中，6号线是其主要线路，全程途径福州机场、滨海新城、长乐以及东部新城等地，是福州市城市整体东进的龙头项目之一，对城市沿江海发展，引导和支持长乐、滨海新城的建设有着非常重要的意义。其中道庆路与福州地铁六号线的鹤上站-万寿站的路线有着很强的一致性。

从整体的隧道建设情况来进行分析，该路段的主要地貌单元是冲海积-海陆交互平原，整体的地形都是较为的平坦，整体的海拔变化不大，地理结构从上到下分别包含了泥细中砂，淤泥质土，粉质黏土以及全风化花岗岩。

4 地铁变形控制标准

关于这种有地铁盾构隧道变形的结构，我们的主要关注的是有两个，其中一个关于隧道的最多战许变形值，这些变形值会直接对竖向沉降、扭转以及倾斜等造成严重的影响，这些直接反应了已存在隧道结构的安全问题;而另一个我们主要关注的内容就是既有隧道的最大战许变形速率。因此，我们在对既有隧道进行变形控制时，主要侧重在对沉降控制值、沉降速率控制值、不均与沉降控制值、结构倾斜控制值以及结构扭转控制值等方面。

从《城市轨道交通结构安全保护》中的相关条款中我们可以看出，在城市轨道交通结构方面的安全控制指标有很多的具体要求，这些都可以用来作为确定隧道的容许变量的重要依据。具体规格如表1所示：

5 软土地层上方堆载的变形特性分析

由于整个的盾构路线的中心线基本上都会沿着路基的中心线来穿过，因此，对于相关模型的分析我们需要做到平面应变，具体的操作方法就是使用MIDAS GTS-NX这一款软件来对其进行具体的分析，并结和路基堆载的详细条件来预测地铁盾构隧道的详细变形情况。

设计人员实地考察施工场地之后，建立具体的模型，在进行具体的路基堆载模型建立时，我们往往会采用实际路基宽度的3-4倍进行模拟，整体的深度是实际隧道底部标准的2.5倍以上，然后再根据工程中的实际尺寸来确立模型尺寸为167m × 55m，整个的模型单元共含有37068个，模型的单元节点有35740个，当堆载完成时的有限元模型及相关的网格划分。（如图1所示）

在上图中，我们所采用的模拟堆载高度是实际工程之中最不利的情况，为5米，一共为两层堆载。整个的模型边界条件为：底部约束水平和竖向的位移，两侧约束法位移，顶部自由。

在建立该模型时，我们就假定整个的图层与填土都采用的是Mohr-Coulomb的弹塑性本构造模型，对于设计的整个盾构支护结构采用的是弹性材料的模拟，在地铁隧道管片混泥土的结构之中通过使用环向的螺荔来降低整个管片的刚性强度。因此，整个的管片结构的弹性模量可以按照混泥土材料的弹性模量来进行适当的折减。

6 综合方案加固软基的效果分析

为了保障整个的堆载可以在软土层中的变形不超相关市级规定的限定值，在本项目之中，我们采取了一个较为综合的反感来对整个隧道周边的地层，进行了相关的加固以形成较为良好的地基。该项工程所采用的主要措施就是将盾构类化3米以作布设GFC桩行订长的3米规持，作为布设的水泥土策协桩，在使用CFG桩时桩宽，嵌入粉质黏土层可达3米，CFG樁的直径可以达到0.5米，相间的间距可以达到2米，在桩顶的土层之间可以每隔20厘米设立一层土工格栅，环布可以设置为三层。

7 结语

根据整个的软土路基堆载情况下对于既有的轨道变形进行一个详细切充分的分析，得出了一些行之有效的方法，可以运用到城市轨道交通的隧道具体建设之中去，其对于整个既有隧道稳定性以及安全性都起到了有利影响。同时，相关建筑施工技术人员应不断进行技术的探索与革新，根据施工地的具体情况，综合分析，权衡利弊，进而进行有效的施工方案设计。

参考文献：

[1]吕荔炫.软土路基堆载下既有隧道变形特性分析[J].路基工程，2019（03）：125-129.

[2]肖明清，门燕青，孙连勇，廖少明.软土盾构隧道纵向应力松弛规律的数值分析[J].现代隧道技术，2018，55（S2）：544-551.

[3].深厚软土层地铁盾构隧道修建与变形复位技术[J].建设科技，2017（20）：40-41.