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摘要：深厚软土层中明挖隧道开挖基底隆起及回筑加载后隧道的沉降一直是工程界关注的重点问题。基于此，本文详细的探讨了深厚软土明挖隧道基底标高变异及其控制措施。
关键词：深厚软土；明挖隧道；控制措施
明挖隧道是城市建设中一种特殊的隧道结构形式，它与盾构隧道在结构受力和施工力学性能上有很大的不同。因此，研究深厚软土明挖隧道开挖及运营中基底标高的变异及其控制措施，对类似工程具有重要的参考意义。
一、工程概况
某明挖隧道工程起止里程为DK39+700～DK41+110．为地下线，长1410m，采用四线合建，为矩形框架隧道，线间距6.5m。本工程具有如下特点：
1、软土地层厚，分布不均。隧道穿越地层主要为①0素填土、①1粘土、②1淤泥、②2淤泥、③1淤泥质粘土、④2粘土、⑤1粘土等。地表为①0素填土，层面标高-0.54～4.60m，埋深0m，厚0.40～3.60m。隧道下卧地层主要为②1淤泥及②2淤泥，其中②1层层面标高为-4.04～3.78m，埋深O.4～7.80m，厚0.50～13.20m；②2层层面标高为-6.74～1.69m，厚13.2～22.3m，埋深1.2～9.5m，分布广，承载力低。隧道纵坡变化大，高差14.845m。隧底下卧淤泥层厚为6.12～24.4m，荷载变化引起下卧地层沉降与差异沉降大。
2、周边环境复杂。沿线有油气管、给排水、各类电缆等管线。施工扰动引起的地层变形易影响既有管线的安全。
3、深厚软土对工后的沉降及卸载隆起有很大影响。工程建设会引起原始应力状态及地下水位的变化，导致周围地层的总应力发生较大变化，从而引起地层的固结沉降及卸载隆起。
二、深厚软土明挖隧道存在的问题
1、基坑开挖卸载坑底隆起。明挖隧道基坑开挖时，由于上覆土体的卸除，基坑底部土体的应力场和强度将在一定深度上发生变化。随着开挖深度的增加，坑内外土面高差增大，当达到一定程度时，坑底土体会产生塑性隆起。
2、隧道回筑、覆土加载地基沉降及结构抗浮。在回筑和覆土后，隧道将加载隧底地层。当回填覆土较厚，即上覆自重较大时，下卧软土地层的变形会过大。为了减少沉降变形量，有必要提高地基承载力或采取减载措施。当隧道埋深过小，隧道结构自重及覆土荷载不能满足抗浮稳定性要求时，隧道结构会上浮，应采取相应的抗浮措施。
3、复合地基的设计。为防止深厚软土明挖隧道地基的卸载隆起及荷载沉降超过设计要求，需处理软土地基。通常根据复合地基设计，设计参数包括地基刚度、加固深度与密度。当隧道底层沉降变形相同时，刚性复合地基承载力大于柔性复合地基承载力，当上覆荷载相同时，柔性复合地基沉降变形大于刚性复合地基。采用桩体加固深厚软土层时，桩长较短时，隧道沉降减少有限，变形难以满足要求；当桩长过长时，工程投入相应增加。当上部荷载确定时，桩体变形随桩径的增大而逐渐减小；同时，土体承受荷载将减小，桩体承担荷载增大。当桩间距较大时，桩顶应力易集中，造成应力分布不均，承载力及沉降变形难以满足要求；当桩间距较小时，桩体承担荷载较大，不能充分发挥桩间土体承载力。
三、深厚软土明挖隧道竖向变形
1、复合地基竖向变形计算。将复合地基加固区中增强体及土体看作复合体，用复合模量来评价复合土体的变形特性。采用分层总和法计算复合地基的变形量，在荷载作用下，复合地基的总变形量由加固区变形量及下卧层变形量组成。此外，采用复合模量法分析复合地基的变形。复合地基在竖向增强体的复合土变形模量通常采用面积加权平均法计算。
2、隧道结构抗浮计算。当地下水浮力超过隧道结构自重+覆土荷载等时，隧道会失稳上浮，劣化隧道结构受力。因此，在地下结构设计中应进行抗浮分析。
由于在工程施工中采用了明挖法，基坑较宽，需设置大量柱桩。同时，由于隧道底部的地层为深厚软土，需加固地基。因此，抗拔桩是提高工程安全性及降低工程造价的首选。
隧道运营期间，地下水位下降，上部荷载增加。此时，抗拔桩可承受当浮力减小、抗浮力增大时的压载作用。因此，抗拔桩的承压力应进行校核。
3、相关设计。本文根据软土层分布和回填后隧道覆土荷载特性，选取几个典型工段进行沉降分析。
1）由于软土抗剪强度极低，明挖隧道底部竖向变形较大，且随开挖深度的增加而增大，坑底加固能有效减小坑底竖向变形。坑底的加固措施及深度有很大的影响，通过搅拌桩加固可大幅降低隆起，基础桩的加固变形可控制在很小的范围内，再压缩沉降变形小于1cm，满足轨道交通运营要求。
2）当回填土较厚时，上覆土层和结构自重Gk>F浮，因此有必要提高基底承载力，设置桩基础，隧道沉降能满足轨道变形的要求；当上覆土较少时，即Gk<F浮，基底变形较大，因此有必要设置抗拔桩和承载桩。
3）从坑底处理后的隆起及再压缩变形值来看，增加桩长、桩径和桩数可有效提高基底抗变形能力。当隧道底部的淤泥层②2较厚时，桩身设计相对较长，以减少隆起及压缩变形。
4）根据DK40+788～+818和DK40+818～+848段坑底处理后的沉降分析结果，②2淤泥层厚度是前者的1.4倍，在相同桩径和桩距条件下，增加桩长后，坑底隆起由23.4mm减小到19.0mm，改变桩长对坑底变形影响较大。
5）根据DK40+818～+848段和DK40+848～+878段坑底处理后的沉降分析结果，在桩长和桩距相同的情况下，改变桩径对坑底隆起和工后沉降影响不大。
6）根据DK40+848～+878段及DK40+938～+968段坑底变形分析结果，淤泥层是坑底竖向变形的主要地层，淤泥层越厚，其处理成本及影响范围越大，设计人员应引起重视。
四、竖向变形控制措施
根据分析结果，采用基桩与搅拌桩对坑底土体进行加固，能大幅降低基坑开挖时的隆起变形与隧道运营期沉降变形，并且变形计算值在设计允许范围内。但由于区内软弱地层分布不均，在荷载作用下会同时发生固结沉降，造成不均匀沉降。鉴于软土的蠕变特性，其沉降周期较长，在日常运营中很难感觉到隧道的沉降，若不均匀沉降差达到一定程度，将对隧道结构产生很大的影响。因此，应根据软弱层的分布特点采取相应措施，防止不均匀沉降对隧道结构和运营的不利影响。
1、合理选择施工方案，避开不利地层。在拟定隧道纵断面时，隧道结构底部应避开物理力学指标极差的淤泥层。特别是在深厚淤泥层中，隧道应位于抗变形能力较好的淤泥质地层和粘土层中。
2、地面加固措施。为了控制基坑施工期的变形，采用搅拌桩加固坑底；在结构底板下设置基础桩，其桩底设置在压缩系数较小的粘土层中，从而控制隧道运营期的结构沉降及不均匀沉降。
3、对加固桩的设计参数进行优化。根据隧道埋深及软土层的分布特点，通过优化桩径、桩长、桩数等设计参数，通过差异化设计，可改善软土层过大隆起或沉降引起的不利影响，满足隧道结构抗浮稳定的要求，有利于列车荷载的扩散。
4、控制周边规划和工程建设。由于隧道周围工程施工会扰动地层，引起隧道底部及周围地层的固结沉降，因此在隧道运营中，应严格控制周边用地。工程施工时，必须采取隔离保护措施。必要时，对工程方案进行专家论证，确保隧道安全。鉴于软土层中的应力场主要为自重应力，应控制隧道周围地层的堆载或卸荷，并采取措施防止偏载或地层土体流失。
参考文献：
[1]宋连峰.软粘土中超长钻孔灌注桩受力性状试验研究[J].中国市政工程，2015（增1）.
[2]宁茂权.深厚软土明挖隧道基底标高变异及其控制措施研究[J].现代隧道技术，2015（03）.