摘要：地震液化極有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的地下結(jié)構(gòu)破壞，已成為工程領(lǐng)域中重要的研究課題。目前國(guó)內(nèi)在可液化地層地鐵抗震設(shè)計(jì)及施工的經(jīng)驗(yàn)尚少，且現(xiàn)行的規(guī)范在針對(duì)液化地層的處理僅為原則性要求，現(xiàn)實(shí)中如何實(shí)施很難把握。本文以徐州地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道下穿輕微～中等液化粉土層為背景，結(jié)合地震液化機(jī)理，抗震規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模擬，給出了液化地層位于地鐵盾構(gòu)隧道上部液化處理措施建議，并結(jié)合各項(xiàng)措施進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：抗液化措施應(yīng)根據(jù)液化地層與隧道關(guān)系，液化地層的厚度，液化等級(jí)等綜合確定。在結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算中應(yīng)考慮液化引起的土壓力增加的影響，抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算中應(yīng)考慮摩阻力減小及浮力增加的影響。注漿加固對(duì)盾構(gòu)區(qū)間抗地震液化是有利的。

關(guān)鍵詞：地震粉土液化盾構(gòu)區(qū)間抗液化措施

引言

由于線網(wǎng)的規(guī)劃及城市的地理位置條件，許多城市不可避免的會(huì)遇到地鐵盾構(gòu)隧道下穿液化地層的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)對(duì)液化問(wèn)題的重視始于1976年唐山大地震。目前我國(guó)針對(duì)抗震的規(guī)范有《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50909-2014）、《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50111-2006）（2009年版）及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版），雖然這三本規(guī)范給出了原則性指導(dǎo)意見(jiàn)，但現(xiàn)實(shí)中如何實(shí)施很難把握。

因各地區(qū)的地震加速度峰值及加速度反應(yīng)譜，液化地層與盾構(gòu)隧道的關(guān)系各不相同，針對(duì)液化的處理措施因此不能一概而論。

本文針對(duì)徐州徐州地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道下穿輕微一中等液化粉土層經(jīng)過(guò)理論及數(shù)值模擬分析，對(duì)液化地層處于盾構(gòu)隧道上部提出了有針對(duì)性，可操作性的處理方案，為以后類似工程設(shè)計(jì)及施工提供參考及建議。

1、液化機(jī)理

土體液化只飽和的砂土、粉土在地震里的作用下，瞬間失去強(qiáng)度，由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過(guò)程。原先飽和的砂土、粉土顆粒間充滿水，地震作用下，土顆粒與水之間相互作用，土顆粒的有效應(yīng)力降低，水的有效應(yīng)力增加。當(dāng)土顆粒有效應(yīng)力降低為零時(shí)，土體顆粒之間不再有力進(jìn)行傳遞，土顆粒將懸浮在水中，隨水而流動(dòng)，這就是土體液化的過(guò)程。

2、工程概況

徐州地鐵2號(hào)線某區(qū)間盾構(gòu)段主要穿越地層為粉土2-5-3層、粉土2-5-4層、粉質(zhì)黏土3-4-3層、黏土5-3-4層，結(jié)構(gòu)底板下伏黏土5-3-4層。本區(qū)間穿越液化土層結(jié)構(gòu)頂板覆土為9.6～13.4m。2-5-3、2-5-4粉土層為可液化土層，液化等級(jí)為中等及輕微，液化土多位于區(qū)間結(jié)構(gòu)頂板以上或區(qū)間隧道上部范圍內(nèi)，隧道底以下為黏土層。

3、震陷及抗浮分析

3.1震陷分析

根據(jù)地勘地勘單位提供的地質(zhì)縱斷面圖的液化范圍與盾構(gòu)區(qū)間位置分析，液化范圍均位于盾構(gòu)隧道拱腰以上，如圖1。該場(chǎng)地為中等液化場(chǎng)地，液化進(jìn)入隧道拱腰上方約2.8米，該處的覆土厚度為10米。根據(jù)區(qū)間隧道與地質(zhì)液化范圍的關(guān)系，區(qū)間隧道拱腰以下均位于不液化地層，不存在震陷的情況。

3.2抗浮分析

地震液化后，土顆粒之間的有效應(yīng)力減小、孔隙水壓力增大?？垢∮?jì)算中，盾構(gòu)的浮力用水的重度或者用懸濁液的重度計(jì)算都不盡合理，因此可參照《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中土層的液化抵抗率對(duì)土體的有效應(yīng)力乘以折減系數(shù)進(jìn)行折減，減下來(lái)的部分增加在水浮力上，如圖2。

4、液化及加固對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響的分析

在地震發(fā)生至結(jié)束過(guò)程中，盾構(gòu)管片的受力存在以下幾種工況：

（1）未發(fā)生地震，正常使用工況；

（2）發(fā)生地震，但未產(chǎn)生液化的工況；

（3）發(fā)生地震，產(chǎn)生液化的工況；

盾構(gòu)隧道消除或部分消除液化的處理措施較多的采用洞內(nèi)二次注漿對(duì)液化地層進(jìn)行加固。按加固厚度不同，分為幾種注漿加固的工況進(jìn)行分析。

（4）發(fā)生地震，產(chǎn)生液化，加固范圍0.15m的工況；

（5）發(fā)生地震，產(chǎn)生液化，加固范圍0.50m的工況；

（6）發(fā)生地震，產(chǎn)生液化，加固范圍1.00m的工況；

（7）發(fā)生地震，產(chǎn)生液化，加固范圍2.00m的工況；

（8）發(fā)生地震，產(chǎn)生液化，加固范圍3.00m的工況；

采用的計(jì)算方法為反應(yīng)位移法，采用的軟件為SPA84有限元軟件。另采用Midas-GTS有限元軟件校驗(yàn)。其計(jì)算結(jié)果如表2所示。

根據(jù)以上分析數(shù)據(jù)可知：盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)在地震不液化工況及地震液化工況下，管片內(nèi)力比于正常使用工況小。對(duì)液化范圍進(jìn)行加固，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生液化時(shí)，管片位移最大值及徑向位移差均呈減小趨勢(shì)。

5、結(jié)論及建議

液化地層下的抗液化措施要做到經(jīng)濟(jì)合理，必須結(jié)合對(duì)鐵隧道與液化土層的相互關(guān)系，液化等級(jí)，液化層厚度層綜合確定。針對(duì)輕微一中等液化土層位于盾構(gòu)隧道上部的情況得出以下結(jié)論及建議。

（1）區(qū)間拱腰以下為不液化地層，不需要對(duì)液化震陷情況做特殊加固處理。

（2）盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)受力為正常使用工況控制。

（3）地震液化時(shí)應(yīng)根據(jù)液化土層厚度及液化抵抗折減后計(jì)算抗浮。

（4）對(duì)液化地層進(jìn)行加固，可改善結(jié)構(gòu)受力。隨著加固體厚度增加，隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力及徑向位移差成減小趨勢(shì)。加固對(duì)隧道管片受力及變形是有利的

（5）建議提高盾構(gòu)液化段的同步注漿漿液性能，保證同步注漿的效果。

（6）建議適當(dāng)提高二次注漿的注漿壓力，增加注漿量，適當(dāng)擴(kuò)大地層固結(jié)范圍。

（7）建議考慮液化地層與非液化地層相鄰環(huán)的變形協(xié)調(diào)性，加強(qiáng)管片連接螺栓強(qiáng)度及接縫防水性能。