淤泥質(zhì)地層城市隧道施工影響分析與支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究前兩章重()

1、第一章 緒論1.1 研究的目的和意義伴隨國(guó)內(nèi)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)久進(jìn)步，城市化進(jìn)度也開(kāi)始更加深化，更多的民眾匯聚到規(guī)模龐大的城市中，城市地區(qū)人數(shù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致交通堵塞、資源不足等眾多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。全面利用地上、地面以及地下空間能夠高效緩和當(dāng)前人數(shù)眾多造成的交通負(fù)擔(dān)，比如隨著市政交通堵塞問(wèn)題更加明顯，政府也需要增加全新的隧道工程。淤泥質(zhì)地層基本上位于國(guó)內(nèi)東南部沿海區(qū)域，特別是福州、杭州等部分城市所占比值很高；此地層具備“高壓縮、高敏銳、高蠕變、高含水量、低強(qiáng)度”等眾多特征，厚度從幾米到幾十米都有，呈現(xiàn)帶狀特點(diǎn)；淤泥質(zhì)土體受到影響會(huì)出現(xiàn)液化，造成土體不穩(wěn)定。所以，在此類(lèi)地層建設(shè)地下項(xiàng)目，設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題容易出

2、現(xiàn)，工程造價(jià)也會(huì)提高。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)位于軟土地層（包含淤泥質(zhì)地層）的淺埋隧道普遍使用明挖法、暗挖法以及盾構(gòu)法等方式。明挖法或盾構(gòu)法建設(shè)市區(qū)地下項(xiàng)目一般會(huì)遭遇眾多外界因素的影響。比如城市繁華地區(qū)一般沒(méi)有明挖基礎(chǔ)（管線拆遷和維護(hù)、交通約束與環(huán)境作用）；地下過(guò)街通道隧道一般任務(wù)量較少，隧道斷面輪廓一般沿縱向不同，隧道短或跨越地層地質(zhì)變動(dòng)明顯，盾構(gòu)法也并不符合。所以，城市地下工程淺埋暗挖法的使用范疇依舊寬廣。但是，城市重要地區(qū)的淤泥質(zhì)地層環(huán)境下隧道淺埋暗挖法設(shè)計(jì)與施工會(huì)遇到眾多問(wèn)題，首先要確保暗挖施工時(shí)期地層平穩(wěn)性，其次也需要管控隧道暗挖工程造成的變形問(wèn)題，避免過(guò)量變形造成的周邊建筑物受損。所以，分析此

3、類(lèi)地層土體變形受損的特點(diǎn)和改善加固的方式，尋找高效科學(xué)的地層改良加固舉措和手法，以便提升地層平穩(wěn)性，促使具備操作靈動(dòng)且科技完善的隧道淺埋暗挖法使用到軟土中，尤其是淤泥質(zhì)地層，是目前需要盡早處理的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。1.2 淺埋暗挖法研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)在年代早期逐漸把新奧法使用到地下項(xiàng)目中，八十年代后期把其使用到淺埋軟弱地層。在順利使用到北京地鐵復(fù)興門(mén)車(chē)站折返線項(xiàng)目之后，開(kāi)始在眾多地區(qū)隧道和地下項(xiàng)目?jī)?nèi)普遍使用。淺埋暗挖法項(xiàng)目的主要理念是“管超前,嚴(yán)注漿,短開(kāi)挖,強(qiáng)支護(hù),快封閉,勤測(cè)量”來(lái)囊括,這也是此方式的重要內(nèi)涵。通過(guò)長(zhǎng)久的持續(xù)匯總、健全、宣傳使用，目前逐漸產(chǎn)生健全的淺埋隧道施工技術(shù)體系。比如：1986年，王

4、夢(mèng)恕、羅瓊等人6敘述了北京地鐵折返線工程使用的淺埋暗挖法施工，當(dāng)時(shí)城市沒(méi)有得到發(fā)展，四周建筑不多，使用明挖法相對(duì)理智和合理，然而此地理方位相對(duì)繁雜，施工時(shí)間短暫，因此開(kāi)始使用淺埋暗挖方式，打開(kāi)淺埋暗挖施工方式的全新時(shí)代。1988年，因?yàn)楸本┑罔F折返線項(xiàng)目第一次采用淺埋暗挖法建設(shè)地鐵項(xiàng)目，由于其拆遷占地面積不大，交通波及不大，資金占用少等眾多優(yōu)勢(shì)。此項(xiàng)目也得到北京地區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。此方式也開(kāi)始得到行業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和認(rèn)可，開(kāi)始得到普遍使用7。1989年，王夢(mèng)恕等人8在巖土力學(xué)工程報(bào)紙上，公開(kāi)論文，全面研究北京地鐵折返線工程使用淺埋暗挖法施工的優(yōu)勢(shì)，科學(xué)比較之前的明挖法，此方式能夠把地表沉降全面管

5、控在30mm范疇內(nèi)等眾多優(yōu)點(diǎn)。全面詮釋了此方式的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。對(duì)于此方式與工藝的全面敘述，激發(fā)了領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家對(duì)于此方式使用與普及的而積極性。1989年，隧道局研究所張建華、趙希普等人9指出使用全新的分析方式都需要充足的安全監(jiān)測(cè)信息來(lái)確保施工的順利進(jìn)行，使用暗挖法依舊是根據(jù)新奧法的理論，要全面監(jiān)控來(lái)確保施工順利和相關(guān)方案的改善，避免因?yàn)樘^(guò)保守而導(dǎo)致浪費(fèi)問(wèn)題，為挑選最佳施工方案準(zhǔn)備充足的數(shù)據(jù)。此方式也得到相應(yīng)的改善和普及。1990年鐵道部隧道工程局王夢(mèng)恕、劉招偉等專(zhuān)家10在淺埋暗挖法建設(shè)復(fù)興門(mén)折返線順利之后，第二次指出使用此方式建設(shè)地鐵車(chē)站。使用柱洞法施工提高項(xiàng)目效率。1994年吳康寶、景詩(shī)庭等專(zhuān)家1

6、1在我國(guó)巖石力學(xué)和工程學(xué)會(huì)第三次會(huì)議中指出淺埋暗挖地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定度研究。基于“荷載-結(jié)構(gòu)模型”運(yùn)用有限元的方式創(chuàng)建極限狀態(tài)方程。分析此模式的穩(wěn)定度。從結(jié)構(gòu)和力學(xué)層面分析此方式的合理性，此外指出部分支護(hù)參數(shù)的改善意見(jiàn)。1994年王燕凱，苗蘭等專(zhuān)家12在中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)隧道和地下項(xiàng)目學(xué)會(huì)第八屆年會(huì)上指出有關(guān)淺埋暗挖法的小室施工方式，且得出隧道各個(gè)時(shí)期的地表策劃，分析其具備影響規(guī)律和范圍。此方式發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)始更加健全。1995年隧道工程局北京指揮部白笑忍、陳慧珠等人13匯總淺埋暗挖法在1986年引入國(guó)內(nèi)之后在眾多工況內(nèi)的使用，認(rèn)可其具備的優(yōu)勢(shì)，認(rèn)可其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。對(duì)此方式中采用的眾多施工預(yù)案

7、和支護(hù)參數(shù)的取值開(kāi)展匯總，為此后此方式的普遍使用準(zhǔn)備良好的理論知識(shí)。1998年許燕峰、蘇均等人14基于隧道施工時(shí)期造成的地面下沉因素開(kāi)展大致研究,尋找多種環(huán)境下地面下沉的規(guī)律,且依照各個(gè)場(chǎng)地施工狀況,指出全新的沉降拉制方案,其分析結(jié)論為此后相似項(xiàng)目的順利施工準(zhǔn)備合理借鑒。2016年西部某隧道冒頂塌方管理使用淺埋暗挖方式，主管者鄒金杰，顧鑫杰等人15，依照“淺埋暗挖法”的主要理論，對(duì)松散體實(shí)施表面封閉，且使用小導(dǎo)管前進(jìn)式分段注漿超前加固；根據(jù)“加固后方、封閉巖面、平穩(wěn)塌體”的塌方處置理論，對(duì)沒(méi)有塌方段提前使用鋼拱架與長(zhǎng)錨桿加固避免問(wèn)題擴(kuò)散，強(qiáng)化支護(hù)。通過(guò)數(shù)值模擬統(tǒng)計(jì)與實(shí)地監(jiān)控信息反饋，眾多管理舉

8、措高效完善。到現(xiàn)在淺埋暗挖法在項(xiàng)目?jī)?nèi)依舊被普遍使用。和其余施工方式進(jìn)行比較，淺埋暗挖法具備良好的優(yōu)點(diǎn)，然而缺點(diǎn)也非常突出。比如施工效率不高，工藝受到工作人員技術(shù)能力影響，地層需要自穩(wěn)等。所以此方式此后需要向提升工效、確保質(zhì)量等方向進(jìn)發(fā)。具體如下：此方式的使用范圍持續(xù)擴(kuò)展：當(dāng)前此方式應(yīng)用逐漸延伸到部分特殊或艱難的地下項(xiàng)目；少數(shù)隧道項(xiàng)目下穿眾多民房。伴隨地區(qū)交通、市政等相似地下項(xiàng)目的增多，為了確保施工安全和弱化對(duì)周?chē)h(huán)境的波及，依舊需要全面分析全新的輔助方式與施工技藝，以便適應(yīng)眾多地層、隧道跨度與埋深等惡劣環(huán)境。完善信息化設(shè)計(jì)與施工：在地表建筑物過(guò)于集中的時(shí)候，需要謹(jǐn)慎挑選科學(xué)的地表沉降控制值，在

9、淺埋暗挖施工時(shí)期強(qiáng)化監(jiān)管量測(cè)，利用相關(guān)信息研究和反饋，按時(shí)調(diào)節(jié)、改善支護(hù)參數(shù)。輔助施工措施優(yōu)選與工藝改進(jìn)：目前常用的輔助施工措施有：開(kāi)挖面噴混凝土封閉；超前描桿；超前注裝小導(dǎo)管；設(shè)置臨時(shí)仰拱；地層深孔注漿；管棚；地層凍結(jié)法；水平旋噴超前支護(hù)；高壓旋噴加固；洞內(nèi)外降水法?；陧?xiàng)目的實(shí)際特征與標(biāo)準(zhǔn)，需要分析多種輔助項(xiàng)目舉措的重要適用條件和相關(guān)預(yù)案，在特定時(shí)期改善相關(guān)施工方案，進(jìn)而完成安全、高效、科學(xué)的目標(biāo)。支護(hù)參數(shù)和施工方法的優(yōu)選： 改善初支噴混凝土厚度，分析具體的噴射方式、原料、配合比、外加劑對(duì)于噴射混凝土強(qiáng)度提升的影響；改善施工技藝，達(dá)到支護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，防止地層過(guò)量變形問(wèn)題。 從工程造價(jià)、具體進(jìn)

10、度與施工安等部分全面分析，挑選科學(xué)的施工方案，比如正臺(tái)階法、工法、眼鏡工法等眾多方案。富水地層的結(jié)構(gòu)防水：淺埋暗挖法施工的隧道工程防水功能無(wú)法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。所以需要在防水設(shè)計(jì)理念、襯砌構(gòu)造、地層預(yù)加固、具體工藝等部分開(kāi)展全面的考量和改善。1.3 淤泥質(zhì)軟流塑地層淺埋暗挖隧道研究現(xiàn)狀1.3.1 淤泥質(zhì)地層淺埋暗挖隧道研究現(xiàn)狀在軟土項(xiàng)目?jī)?nèi)開(kāi)展工程建設(shè)，由于工程特性不好，無(wú)法達(dá)到項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)地層實(shí)施加固處置，各個(gè)工程內(nèi)對(duì)加固后地層的標(biāo)準(zhǔn)各不相同。建筑產(chǎn)業(yè)軟土地基的處置方式主要包含：置換法、排水固結(jié)法、加筋法、灌漿法、復(fù)合地基法在軟土項(xiàng)目特點(diǎn)和處置方式上，目前國(guó)內(nèi)外研究很多。軟土地層中隧道開(kāi)挖大部

11、分使用明挖法、暗挖法、盾構(gòu)法，各個(gè)國(guó)家對(duì)不同工法也有一定的分析。伴隨城市創(chuàng)建的持續(xù)加快，城市開(kāi)展明挖施工的概率并不高；伴隨城市進(jìn)度的不斷加快，原本老舊基礎(chǔ)設(shè)備的更新?lián)Q代變成重中之重，因此要建設(shè)多種類(lèi)型的地下項(xiàng)目，尤其是地下人行通道。此部分項(xiàng)目大部分使用淺埋暗挖法施工方式。但是，此方式使用的基礎(chǔ)是地層具備相應(yīng)的自穩(wěn)水平，也就是達(dá)到開(kāi)挖土體特定范圍暴露的標(biāo)準(zhǔn)之后才可以進(jìn)行早期支護(hù)；對(duì)于平穩(wěn)性不好、含水量較高的軟土來(lái)說(shuō)，使用此方式需要提早對(duì)地層實(shí)施加固，不然，開(kāi)挖揭露的土體易塌方或缺少充足的自穩(wěn)時(shí)間。當(dāng)前地層加固方式眾多，主要是注漿、管棚、管幕、旋噴等。有關(guān)軟土地層淺埋暗挖的分析敘述，在理論分析部分

12、為：同濟(jì)大學(xué)地下建筑和工程系張冬梅專(zhuān)家16 使用粘彈性流變模型且稱(chēng)合太沙基固結(jié)觀點(diǎn)分析軟土隧道地表沉降。結(jié)論指出,軟土隧道長(zhǎng)久沉降持續(xù)時(shí)間過(guò)久,與瞬時(shí)沉降進(jìn)行比較，長(zhǎng)期沉降量非常明顯。固結(jié)觀點(diǎn)的粘彈性流變研究方式是隧道長(zhǎng)期沉降研究的重要統(tǒng)計(jì)方式。同濟(jì)大學(xué)地下建筑和工程系專(zhuān)家林華國(guó)17 對(duì)眾多實(shí)測(cè)信息開(kāi)展研究，可以得到上海區(qū)域軟土側(cè)向基床反力系數(shù)和變動(dòng)情況。研究與整理出不同土層Kh值的范疇和其伴隨深度的變化情況,且把計(jì)算值和規(guī)范參考值進(jìn)行對(duì)比。上述結(jié)論為上海區(qū)域水平受荷樁、基坑項(xiàng)目與隧道項(xiàng)目的開(kāi)展準(zhǔn)備理論知識(shí)。浙江大學(xué)袁靜、龔曉南等專(zhuān)家18 創(chuàng)建立軟土各向異性三維屈服面流變模型。建設(shè)軟土各向異性

13、三屈服面流變模型,全面敘述了此類(lèi)模型的本構(gòu)方程、硬化規(guī)律與流變特點(diǎn)，此外使用實(shí)例對(duì)此模型彈塑性與流變特點(diǎn)開(kāi)展檢驗(yàn)和分析,其計(jì)算值與測(cè)試值符合。同濟(jì)大學(xué)地下建筑和工程系專(zhuān)家蔣洪勝、候?qū)W淵19“全面研究圓形隧道荷載的作用條件。指出依照典型的主動(dòng)土壓力觀點(diǎn)與靜止土壓力觀點(diǎn)統(tǒng)計(jì)出隧道側(cè)壓力小于實(shí)際測(cè)試值,此外雙方差異顯著。依照本文指出的圓形隧道土壓力的余弦變化規(guī)律觀點(diǎn)對(duì)三個(gè)隧道的荷載開(kāi)展統(tǒng)計(jì),最終結(jié)論和真實(shí)測(cè)試值符合。關(guān)于預(yù)加固方法及機(jī)理方面，具體有如下研究：吉小明20深入研究軟土地層預(yù)加固理論，基于管棚指出體積分?jǐn)?shù)定義來(lái)評(píng)估加固成果的方式，指出此類(lèi)加固對(duì)弱化地表沉降效果非常明顯，但是對(duì)限制開(kāi)挖面擠出

14、效果的影響并不大。董新平21基于軟土地層管棚受力模型研究，分析管棚直徑對(duì)位移的敏銳度和其影響情況，指出管徑79-108mm段，敏感度開(kāi)始降低，直徑改變對(duì)地層位移的作用比較明顯。王秀英22使用三維程序分析機(jī)械預(yù)切槽法在軟土地層的現(xiàn)實(shí)成果。在施工方法方面，淺埋暗挖法中運(yùn)用了多種施工方法，整理相關(guān)技術(shù)人員所做論文研究，具體有如下方2007年，李飛鷗23等敘述了注衆(zhòng)加固與超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)、CD法開(kāi)挖等施工科技用在軟土地層某電廠地下通道。2010年葉軍惠等24根據(jù)靜安寺交通要道地下連通通道工程案例，對(duì)比研究明挖（蓋挖）法、頂管法、盾構(gòu)法等眾多具體方案，最后挑選大管棚與小導(dǎo)管開(kāi)展共同支護(hù)、使用WSS二重管

15、鉆進(jìn)雙液注衆(zhòng)改善軟弱地層、對(duì)隧道開(kāi)挖區(qū)和四周特定范疇內(nèi)開(kāi)展注衆(zhòng)加固的施工活動(dòng)，在現(xiàn)場(chǎng)工程成功實(shí)施。2005年丁銳等25根據(jù)某軟土淺埋暗挖矩形隧道施工，使用數(shù)值方式研究隧道各部開(kāi)挖對(duì)地表沉降的作用，指出施工方案與具體挖掘流程對(duì)軟土隧道的地層造成明顯的影響，此地層內(nèi)需要挑選嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓しā⒋_定科學(xué)的開(kāi)挖順序。2005年黃美群26全面敘述了軟土地層暗挖隧道早期支護(hù)、超前支護(hù)設(shè)計(jì)，此外指出有關(guān)隧道開(kāi)挖與高效管控地面沉降的觀點(diǎn)。2007年劉得旭27敘述多種預(yù)支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)和不足。從超前錨桿、管棚、管幕和超前注漿小導(dǎo)管等部分?jǐn)⑹鏊淼篮偷叵马?xiàng)目普遍使用的預(yù)支護(hù)方式,敘述了不同預(yù)支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)和不足、使用標(biāo)準(zhǔn),提

16、出需要依照各個(gè)圍巖類(lèi)型與施工標(biāo)準(zhǔn)使用對(duì)應(yīng)的預(yù)案,從而確保施工質(zhì)量,降低工程造價(jià)。近期，軟土地層內(nèi)淺埋暗挖法使用范疇持續(xù)擴(kuò)張，現(xiàn)有眾多良好的應(yīng)用案例和資料。根據(jù)上述信息可知，在軟土地層內(nèi)使用此方式開(kāi)展設(shè)計(jì)施工具備一定的可執(zhí)行性，重點(diǎn)就是以地層預(yù)加固為基礎(chǔ)的暗挖施工。伴隨工藝和現(xiàn)實(shí)活動(dòng)的進(jìn)行，軟土地層預(yù)加固方式得到眾多分析結(jié)論，此處注漿、管棚注裝預(yù)加固科技的影響機(jī)理和加固成效分析非常多，預(yù)加固參數(shù)設(shè)計(jì)有關(guān)分析不多。和此類(lèi)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)使用進(jìn)行比較，其理論分析顯著缺乏，特別是在地層預(yù)加固的影響理論、參數(shù)設(shè)定、預(yù)加固地層力學(xué)理論等部分就更少。對(duì)此地層（特別是對(duì)于淤泥質(zhì)地層）的此類(lèi)施工即便出現(xiàn)大量的文獻(xiàn)敘述

17、，然而依舊缺少理論結(jié)果與全面的匯總，無(wú)法產(chǎn)生理論與-現(xiàn)實(shí)融合的完善系統(tǒng)。比如：2005年，巖土相關(guān)學(xué)者宋玉香等人28分析某隧道隧道穿越的軟流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層段長(zhǎng)301. 4m,占據(jù)區(qū)間綜合長(zhǎng)度的46. 3%。為確保施工順利,使用工作面預(yù)注漿科技對(duì)地層實(shí)施加固。利用注漿材料室內(nèi)測(cè)試,對(duì)作用于漿液功能的眾多條件開(kāi)展深入研究。挑選符合的注漿材料和漿液配比,確保注漿成效。2006年，知名專(zhuān)家劉志春29等人分析了淤泥質(zhì)地層地鐵隧道施工地表沉降情況，為未來(lái)有關(guān)項(xiàng)目預(yù)測(cè)和研究準(zhǔn)備相應(yīng)的參考憑證。周書(shū)明30等基于南京地鐵南北線一期項(xiàng)目珠江路站一一鼓樓站區(qū)間隧道穿越的軟流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層實(shí)施注漿材料室內(nèi)測(cè)

18、試。分析此類(lèi)地層淺埋暗挖隧道的整體施工方案,研究施工成效且得出結(jié)果。2007年隧道技術(shù)相關(guān)專(zhuān)家周石喜31為處理地鐵隧道在軟土內(nèi)礦山法暗挖掘進(jìn)的相關(guān)問(wèn)題,根據(jù)南京地鐵鼓玄區(qū)間軟流塑地層的項(xiàng)目特征與重點(diǎn),敘述我國(guó)第一次在市區(qū)建筑物下的地鐵軟流塑暗挖隧道施工的詳細(xì)方案:大管棚+小導(dǎo)管超前支護(hù),掌子面超前注漿加固,且利用監(jiān)管數(shù)據(jù)反應(yīng)最終結(jié)果。整理研究其良好經(jīng)驗(yàn),供此后相似工程學(xué)習(xí)。2003年張梅32穿越針對(duì)隧道穿越淺埋、松散地層,且在房屋下大斷面隧道施工與軟流塑地層淺埋暗挖隧道施工,各個(gè)國(guó)家都將其當(dāng)做難點(diǎn)項(xiàng)目。具體施工中使用大管棚以及小導(dǎo)管超前支護(hù),掌子面深孔注漿和多分部法等整體科技,確保施工順利與最

19、終的項(xiàng)目質(zhì)量。馬軍33等根據(jù)南京地鐵鼓樓站一玄武門(mén)站區(qū)間軟流塑地層的項(xiàng)目特征，敘述大管棚+小導(dǎo)管超前支護(hù)、掌子面超前注獎(jiǎng)加固等暗眾多具體方案與舉措。2004年，隧道工作職員劉志春等人34 基于南京地鐵珠江路站鼓樓站區(qū)間監(jiān)管測(cè)試信息研究，利用對(duì)量測(cè)信息的研究論述了全新的監(jiān)測(cè)方式以及現(xiàn)實(shí)效果。2007年李鳳蓉專(zhuān)家等人35深入分析眾多施工輔助方式，主要對(duì)劈裂注漿的理論、可執(zhí)行性、加固范疇和擴(kuò)散半行、注漿負(fù)擔(dān)、注漿量、漿體原料和配比等開(kāi)展全面分析。關(guān)風(fēng)良等36基于上海淤泥質(zhì)地層開(kāi)展注漿測(cè)試，研究出具體順序、擴(kuò)散范圍、各個(gè)配比等條件對(duì)雙重管注漿成效的作用。況勇等37敘述了上海含水淤泥地層管幕超前預(yù)支護(hù)等

20、眾多具體的工藝。李文江等38根據(jù)工況上海地鐵二號(hào)線西延伸工程威寧路站重點(diǎn)穿越無(wú)自穩(wěn)水平的淤泥質(zhì)地層,其準(zhǔn)備創(chuàng)建的3、4號(hào)出入口通道使用淺埋暗挖法管幕預(yù)支護(hù)施工。使用有限元數(shù)值方式對(duì)其具體效應(yīng)開(kāi)展研究。最終結(jié)論指出,具體過(guò)程洞室平穩(wěn),此類(lèi)施工方式具備較高的可執(zhí)行性,地表變位符合地區(qū)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。2002年，工程項(xiàng)目人員周書(shū)明等39指出淤泥質(zhì)地層洞內(nèi)超前預(yù)注漿工藝具備可行性，注漿原料需要固化吸水。2010年地鐵施工學(xué)者沈諱東等40基于高富水厚淤泥質(zhì)砂層大跨徑地鐵隧道施工情況，全面敘述雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的情況。2005年同濟(jì)大學(xué)道路和交通工程教育部重要實(shí)驗(yàn)室董新平，周順華等41依照深圳地下通道的現(xiàn)實(shí)發(fā)展情況，

21、指出開(kāi)挖階段支護(hù)整體下沉量與拆撐時(shí)期隔墻受力的變大是造成地表沉降量值持續(xù)的關(guān)鍵因素。李琦等42利用室內(nèi)測(cè)試和數(shù)值研究對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的規(guī)律開(kāi)展深入分析。結(jié)果對(duì)于深圳地區(qū)海相淤泥水泥土地區(qū)工程具有借鑒作用，本文具有極高的研究?jī)r(jià)值。2006年，隧道專(zhuān)業(yè)學(xué)者鄧建林等43敘述了淤泥質(zhì)地層水平攪拌加固工藝。敘述出符合淤泥質(zhì)地層的全新土體加固工藝水平攪拌，此工藝不只處理了在地面上不具備施工條件的問(wèn)題,此外還可以利用檢測(cè)與管控孔口的返漿量來(lái)全面高效的管控地面沉降問(wèn)題。2006年張蕾等44基于監(jiān)測(cè)信息研究出在淤泥質(zhì)地層雙液注漿和攪拌樁地基加固造成的地層變形情況，指出建筑物四周不能采用攪拌樁開(kāi)展加固。王志

22、達(dá)，襲曉南等45推測(cè)出隧道開(kāi)挖進(jìn)尺公式，且使用到成層土內(nèi)。利用對(duì)相關(guān)人行地道開(kāi)展有限差分模擬，指出可利用地層加固方式、使用科學(xué)施工方式、縮減地面超載等方式促進(jìn)工程進(jìn)行。重慶交通設(shè)計(jì)規(guī)劃院李強(qiáng)等46 基于軟弱地層大跨度超淺埋過(guò)街通道暗挖的工程地質(zhì)資質(zhì)與繁雜的周?chē)h(huán)境, 遵照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),利用選擇科學(xué)的施工預(yù)案、穩(wěn)定的支護(hù)方案與科學(xué)的監(jiān)控量測(cè)預(yù)案, 設(shè)定出具體的施工方式, 最后保證通道順利完工。鄒金杰、陳鋼等47把杭州紫之隧道北口淺埋暗挖段項(xiàng)目當(dāng)做基礎(chǔ)，根據(jù)結(jié)論可知:在地下水滲流影響下,橫向與縱向地表沉降槽寬度系數(shù)的擬合值都超過(guò)當(dāng)前對(duì)黏土的建議值。20

23、13年徐杭杰等48將莞惠軌道交通土建GZH-5標(biāo)段當(dāng)做項(xiàng)目背景,將DK32+300-DK32+927.303當(dāng)做分析主體,利用模型測(cè)試分析淺埋暗挖隧道項(xiàng)目?jī)?nèi)隧道和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形情況、開(kāi)挖對(duì)地表沉降的作用和變形規(guī)律、超前注漿對(duì)地層內(nèi)力和地表變形的作用。2012年，隧道學(xué)者彭躍松等49對(duì)淺埋暗挖法開(kāi)展全面敘述,主要包含價(jià)值、作用、發(fā)展情況和后續(xù)走勢(shì);之后對(duì)其出現(xiàn)以及需要處理的有關(guān)問(wèn)題開(kāi)展敘述,主要包含地質(zhì)特征、沉降、力學(xué)、施工科技等部分;最終在具體方式上指出包含注漿、支護(hù)以及施工等意見(jiàn),表述此類(lèi)工藝的關(guān)鍵價(jià)值,且準(zhǔn)備了相應(yīng)的借鑒。2010年，隧道學(xué)者黃正家50通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)與回歸研究等方式,對(duì)深

24、圳地鐵大劇院科學(xué)館區(qū)間隧道的洞內(nèi)變形、地表沉降等相關(guān)信息開(kāi)展深入研究,指出在軟弱富水地層用淺埋暗挖法建設(shè)隧道的時(shí)候相關(guān)規(guī)律性結(jié)果。2008年，同濟(jì)大學(xué)專(zhuān)家徐明星等51匯總出眾多普遍存在的地下穿越項(xiàng)目工藝,大致敘述了淺埋暗挖法、盾構(gòu)法、頂管法等主要理論、優(yōu)點(diǎn)和不足、具體適用領(lǐng)域,為實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。2001年，隧道學(xué)者肖廣智52深入分析軟弱地層內(nèi)使用淺埋暗挖法建設(shè)地鐵車(chē)站的地層適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)型式、防水、施工方式、減少費(fèi)用,提出了一些新觀點(diǎn)。2010年，隧道學(xué)者蔡啟章等53敘述了地鐵淺埋暗挖隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技藝,分析雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在地鐵淺埋暗挖隧道內(nèi)的普遍使用,進(jìn)而匯總出地鐵施工的

25、現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)。2001年，隧道學(xué)者李海等54根據(jù)廣州地鐵二號(hào)線某區(qū)間地鐵隧道項(xiàng)目 ，基于此隧道跨度大、圍巖不強(qiáng)、埋深淺等特征 ,科學(xué)開(kāi)展隧道結(jié)構(gòu)設(shè)定 ，且全面敘述了此隧道具體施工環(huán)節(jié)與方式。確保施工全面開(kāi)展 ,且完成管控地表沉降與洞室變形的目標(biāo) 。根據(jù)上述分析，淺埋暗挖法在南京、上海、福州、廣州等多個(gè)城市淤泥質(zhì)地層內(nèi)的順利使用檢驗(yàn)了其具備的可執(zhí)行性。此方式使用的時(shí)候需要對(duì)地層實(shí)施預(yù)加固，注漿加固成效是淤泥質(zhì)地層淺埋暗挖的重點(diǎn)，需要使用的預(yù)加固方式是，大管棚小導(dǎo)管注漿、掌子面注漿、管幕注漿、攪拌樁等多個(gè)部分。此外也可以使用壓密注漿、可反復(fù)高壓灌架描桿等方式開(kāi)展預(yù)加固。當(dāng)前此地層內(nèi)注漿原料大部分使用（

26、特殊）水泥一水玻璃雙液架。施工時(shí)期需要全面管控地表沉降、減少隧道施工對(duì)四周環(huán)境的負(fù)面作用。所以，去除使用暗挖法一般的地層預(yù)支護(hù)等相關(guān)舉措之外，最重要的是對(duì)隧道周?chē)驼谱用嫱馏w實(shí)施改善加固，以便完成堵水、止水、提升地層強(qiáng)度的目標(biāo)，確保暗挖施工時(shí)期掌子面和地層平穩(wěn)性。1.3.2 淤泥質(zhì)地層隧道研究不足當(dāng)前，有關(guān)淤泥質(zhì)地層暗挖隧道的具體分析也表現(xiàn)出下面的缺點(diǎn)和問(wèn)題。（1）淤泥質(zhì)地層隧道暗挖施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估缺失淤泥質(zhì)地層的工程特點(diǎn)是：高壓縮、高敏銳、高蠕變、高含水量、低強(qiáng)度等部分。對(duì)于此類(lèi)地層內(nèi)的地下項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，暗挖方案執(zhí)行問(wèn)題主要是：地層土體軟弱，包含大量水分，自穩(wěn)水平不高；土體遭受施工影響會(huì)出現(xiàn)變形、

27、維持時(shí)間長(zhǎng)，最后變形范圍大；地層土體會(huì)出現(xiàn)漸進(jìn)式傷害；施工時(shí)期地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩者的共同承載功能不突出。為了確保施工時(shí)期的地層平穩(wěn)和周?chē)ㄖ锓€(wěn)定，只使用支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的模式不能處理暗挖施工出現(xiàn)的問(wèn)題。當(dāng)前基于地下項(xiàng)目進(jìn)行分析，逐漸創(chuàng)建了山嶺與盾構(gòu)、沉埋管隧道完善且科學(xué)的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，然而對(duì)淤泥質(zhì)地層內(nèi)的地下項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估上卻缺少深入分析，目前還沒(méi)有與之相關(guān)的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。（2）地層改良加固機(jī)理相對(duì)欠缺對(duì)淤泥質(zhì)地層改良加固理論的科學(xué)、全面的了解對(duì)于設(shè)計(jì)、施工方案的修訂來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。但是，因?yàn)榇瞬糠址治龉ぷ鞯娜狈?，目前淤泥質(zhì)地層改良加固預(yù)案的設(shè)計(jì)大部分依賴經(jīng)驗(yàn)、實(shí)地試驗(yàn)與工程類(lèi)比等模式。對(duì)于

28、依照預(yù)期目標(biāo)需要使用的加固參數(shù)，比如改善與加固領(lǐng)域、力學(xué)參數(shù)提升程度等，并未提供精準(zhǔn)的理論數(shù)據(jù)。對(duì)于暗挖隧道開(kāi)挖后地層的承載重要地區(qū)、變形失穩(wěn)特點(diǎn)等機(jī)理研究部分卻沒(méi)有得到良好的結(jié)果。（3）地層改良加固技術(shù)有待發(fā)展因?yàn)榈貙铀牡刭|(zhì)環(huán)境的獨(dú)特性，導(dǎo)致此類(lèi)地層改良加固工藝難度較高。為了得到預(yù)期地層改良與加固目標(biāo)，要全面詳細(xì)的修訂預(yù)案，加強(qiáng)施工監(jiān)管。非常明顯的是精細(xì)化的科技舉措和施工場(chǎng)地的環(huán)境情況之間存在矛盾。怎樣探尋合理的地層改良加固預(yù)案，以便達(dá)到暗挖隧道施工的主要標(biāo)準(zhǔn)，但是卻不會(huì)提升場(chǎng)地操作難度，是目前需要全面分析的重要問(wèn)題。1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文基于淤泥質(zhì)地層城市隧道淺埋暗挖施工方案，根

29、據(jù)工程情況，使用數(shù)值研究與工程驗(yàn)證等手方式開(kāi)展深入探索。主要內(nèi)容如下：（1）利用文獻(xiàn)調(diào)研匯總國(guó)內(nèi)淤泥質(zhì)地層的分布狀況，敘述淤泥質(zhì)地層工程特點(diǎn)，敘述此地層內(nèi)使用暗挖施工的重要性、可實(shí)施性和目前出現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。（2）基于市區(qū)淤泥質(zhì)地層城市隧道淺埋暗挖設(shè)計(jì)施工有關(guān)情況，分析設(shè)計(jì)與施工主要觀點(diǎn)與重點(diǎn)；評(píng)價(jià)施工時(shí)期也許遭遇的現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)，展現(xiàn)淤泥質(zhì)地層隧道暗挖相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)源，指出合理的風(fēng)險(xiǎn)管控舉措。（3）依靠現(xiàn)場(chǎng)工程，使用規(guī)模龐大的通用有限元軟件MIDAS GTS/NX對(duì)此類(lèi)城市隧道創(chuàng)建有限元計(jì)算模型，對(duì)淤泥質(zhì)地層地表豎直旋噴樁的加固參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，對(duì)比分析不同參數(shù)旋噴樁加固過(guò)程中圍巖的應(yīng)力、位移，一級(jí)完整支

30、護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)開(kāi)展深入研究和比較，得到此地層條件下最完善高效的具體方案，為今后類(lèi)似隧道施工提供借鑒。（4）利用上述得出的最合理的旋噴樁加固參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，研究管棚在不同間距，長(zhǎng)度和直徑條件下應(yīng)力情況，分析參數(shù)變化對(duì)圍巖唯一、圍巖應(yīng)力和管棚內(nèi)力的變化，在滿足隧道施工安全性要求的前提下，挑選最科學(xué)的管棚支護(hù)方案，為此后相似地層條件下支護(hù)方案的挑選準(zhǔn)備良好的依據(jù)。（5）以現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目的淤泥質(zhì)地層城市隧道案例為基礎(chǔ)。第二章 淤泥質(zhì)隧道淺埋暗挖法施工難點(diǎn)2.1 淤泥質(zhì)地層軟土分布及特性2.1.1 淤泥質(zhì)軟土分布（1）軟土軟土是之前水下沉積的飽和粘性土，大部分產(chǎn)生在很早之前。綜合進(jìn)行分析，軟土是出現(xiàn)時(shí)間久

31、的沉積物，大部分是位于沉積期的欠固結(jié)軟土。軟土大部分位于濱海、湖泊、沼澤、河灘及谷地等區(qū)域，其他國(guó)家北歐眾多（丹麥不再此范圍內(nèi)、英國(guó)倫敦、墨西哥、新加坡、泰國(guó)曼谷、加拿大、美國(guó)北部、底格里斯河、恒河等全球關(guān)鍵河流的三角洲都積累了此類(lèi)軟土層。我國(guó)內(nèi)地與沿海區(qū)域軟土地層較多，此外表現(xiàn)出區(qū)域性特征。從南到北珠江三角洲區(qū)域的廣州、深圳、湛江，長(zhǎng)江三角洲的福州等多個(gè)地區(qū)。上述區(qū)域是各個(gè)城市、企業(yè)、機(jī)場(chǎng)、碼頭等匯聚點(diǎn)，不同建構(gòu)筑物比較集中。現(xiàn)有一些規(guī)范55-60對(duì)于軟土的定義如下：公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范（JTJ017-96）要求特征指標(biāo)分辨軟土（參考表1-2）。注：表內(nèi)十字板剪切強(qiáng)度（Su）3

32、5kPa所對(duì)照的靜力觸探總貫入阻力（Ps）大概是750kPa日本道路公團(tuán)指出的軟土地基的要求參考表1-361：表1-3 軟土地基的要求（1987年日本道路公團(tuán)）公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTJ051-85）對(duì)軟土的分類(lèi)參考表1-4，修改之后規(guī)程沒(méi)有此表。以上要求對(duì)軟土確定的概念有細(xì)微的不同，但是綜合進(jìn)行分析，軟土也就是由細(xì)粒土構(gòu)成的孔隙比大(e1.0)、天然含水量高（WWL、壓縮性高（壓縮系數(shù)從12 0.5Mpa-1）、強(qiáng)度低（不排水抗剪強(qiáng)度低于20kPa）一級(jí)具備敏銳結(jié)構(gòu)性的土層，此處主要包含淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、淤質(zhì)粉土等。按照地質(zhì)因素，國(guó)內(nèi)軟土產(chǎn)生主要被劃分成濱海、海陸過(guò)渡、河流等多個(gè)環(huán)境。（2）

33、淤泥質(zhì)土層根據(jù)軟土相關(guān)概念與特點(diǎn)可以知道，淤泥與淤泥質(zhì)土是軟土的一類(lèi)。在天然孔隙比超過(guò)1.5時(shí)被叫做淤泥，天然孔隙比超過(guò)1但是低于1.5時(shí)的粘土與亞粘土就可以被叫做淤泥質(zhì)粘土與淤泥質(zhì)亞粘土62。淤泥質(zhì)土在國(guó)內(nèi)濱海平原、河口三角洲、湖盆地四周和山澗谷地都有較多的分布，按照形成與劃分情況，被劃分成沿海沉積的淤泥質(zhì)軟土以及內(nèi)地、山區(qū)湖盆地和山前谷地沉積的淤泥質(zhì)軟土。通常來(lái)說(shuō)，前者分布相對(duì)平穩(wěn)，厚度較高，土質(zhì)不硬；后者則是相對(duì)分散，厚度不高，土的性質(zhì)變化明顯。按照沉積環(huán)境淤泥質(zhì)軟土被劃分成濱海相、湖泊相、河灘相、沼澤相等不同種類(lèi)。濱海相淤泥質(zhì)軟土63：在表面主要分布有近代多種應(yīng)力影響產(chǎn)生的黃褐色粘性土

34、硬殼，厚00.3m，一般包含貝殼和海生物殘骸。其主要特點(diǎn)是厚度大，分散范圍廣，掩埋深，甚至達(dá)到幾十米。湖泊相淤泥質(zhì)軟土：是近代湖盆地的沉積、比如鄱陽(yáng)湖、洞庭湖等眾多湖盆地的沉積。此類(lèi)物質(zhì)顆粒細(xì)微且勻稱(chēng)，具備顯著的層理結(jié)構(gòu)。此類(lèi)土體結(jié)構(gòu)松散，為分散劃分，厚度差異明顯，性質(zhì)各異。河灘相淤泥質(zhì)軟土：主要包含河漫灘相與牛輒湖相，比如長(zhǎng)江中下游、松花江、珠江下游等地區(qū)，主要表現(xiàn)出帶狀分布，成分不統(tǒng)一，沿著水平與垂直方向變動(dòng)明顯。沼澤相淤泥質(zhì)軟土：主要位于地下水、地表水排泄不順暢的低桂區(qū)域，大部分出現(xiàn)泥炭，此外經(jīng)常被暴露在外。淤泥質(zhì)的粒度成分大部分是粉粒與粘粒，其礦物成分內(nèi)點(diǎn)土礦物以水云母為重點(diǎn)，此外也包

35、含少部分高嶺石和多水高嶺石，另外也有一定的有機(jī)質(zhì)，甚至高達(dá)89%，上述高親水性的物質(zhì)，給予淤泥質(zhì)土的眾多獨(dú)特性質(zhì)。在有機(jī)質(zhì)含量較高的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)泥炭層，在湖泊、沼澤相土內(nèi)一般會(huì)遭遇泥炭夾層或透鏡體。淤泥質(zhì)土內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)含鐵的倍半氧化物與碳酸鹽類(lèi)物質(zhì)。因?yàn)橛倌噘|(zhì)土的沉積時(shí)間不長(zhǎng)，天然壓密影響不大，顆粒間必須凝聚聯(lián)系，無(wú)化學(xué)結(jié)晶聯(lián)系，導(dǎo)致上述土具備結(jié)構(gòu)松軟、強(qiáng)度不高、可觸變性等特點(diǎn)。海相沉積的淤泥層一般包含粉細(xì)砂土層。湖相沉積層內(nèi)出現(xiàn)泥炭透鏡體。因?yàn)榇祟?lèi)土內(nèi)存在大量粘粒，此外包含有機(jī)質(zhì)，根據(jù)水膜較厚，顆粒間的連接力弱等情況會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)情況。在此類(lèi)土的沉積到相同厚度時(shí)，在重力壓密影響下，會(huì)出現(xiàn)固結(jié)，促使

36、顆粒彼此間匯聚，少數(shù)水析出，連接力提升，強(qiáng)度不斷提升。下面就敘述了我國(guó)有關(guān)淤泥質(zhì)地層64的相關(guān)物理力學(xué)內(nèi)容2.1.2 淤泥質(zhì)軟土特性淤泥質(zhì)地層65-68在上海、杭州、溫州、福建等重要地區(qū)普遍存在，此地層內(nèi)要想創(chuàng)建地下項(xiàng)目，就需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪M(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，此外也需要較高的工程造價(jià)。此類(lèi)地層的主要特點(diǎn)簡(jiǎn)單的敘述成：(1) 高壓縮承載水平不高，會(huì)導(dǎo)致建筑物沉淀，變化不明顯、連續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。(2) 高靈敏具備敏銳的觸變性，依照地層的含水量變動(dòng)表現(xiàn)出不一樣的敏銳度，含水量高靈敏度就更高。(3) 高蠕變此地層觸變變化的范圍和其余地層相比更大，此外維持時(shí)間久。(4) 高含水量水是地下項(xiàng)目的重要阻礙。含水量多少是

37、評(píng)估地層優(yōu)良的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，還是設(shè)計(jì)、施工需要全面分析的部分，含水量差異會(huì)影響其余重要指標(biāo)。(5) 低強(qiáng)度地下開(kāi)挖項(xiàng)目會(huì)導(dǎo)致土體受損、失穩(wěn)坍塌，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)差異或綜合沉降，損害結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。(6) 低透水性給項(xiàng)目降水、排水造成阻礙。圖2.1所示是國(guó)內(nèi)沿海區(qū)域比較突出的淤泥質(zhì)原狀土，根據(jù)上述情況可知，和一般土體比較，此類(lèi)土體具備相應(yīng)的軟流塑性，此外含水量很高。2.2 淤泥質(zhì)地層城市隧道施工特點(diǎn)及難點(diǎn)淤泥質(zhì)地層工程性質(zhì)不高，遭受工程變化影響會(huì)出現(xiàn)變形與沉降。此外地層變形領(lǐng)域大、維持時(shí)間久。所以，對(duì)于地基等重要項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，需要對(duì)淤泥質(zhì)地層實(shí)施加固改善，以便提升其強(qiáng)度且減少含水率。其中對(duì)于淤泥質(zhì)地層內(nèi)的地下

38、項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，暗挖項(xiàng)目開(kāi)展難點(diǎn)主要是下面幾個(gè)部分：地層土體不硬，含水率較高，自穩(wěn)水平不高，此外因?yàn)榈貙油馏w強(qiáng)度較低，自承載水平不高，開(kāi)挖的時(shí)候掌子面和上方揭露的土體自穩(wěn)水平不高，通常不具備自穩(wěn)時(shí)間，施作支護(hù)操作時(shí)間較短，所以暗挖法施工需要開(kāi)展地層改善加固，以便提升土體自穩(wěn)水平，確保施工順利進(jìn)行。(1) 地層土體受到施工影響變形較大、維持時(shí)間久，最后變形量大在淤泥質(zhì)地層開(kāi)挖隧道，開(kāi)挖項(xiàng)目肯定會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力釋放，損耗之前地層的應(yīng)力均衡局面，四周土體出現(xiàn)松動(dòng)。因?yàn)橥馏w強(qiáng)度不高，開(kāi)挖造成的變形與應(yīng)力擾動(dòng)延伸范圍較廣泛，土體內(nèi)高含水量導(dǎo)致變形維持時(shí)間增加，上述都對(duì)隧道周?chē)ㄖ镌斐擅黠@的負(fù)面影響，此外變形持續(xù)提

39、升到相應(yīng)量值也會(huì)導(dǎo)致地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。(2) 施工時(shí)期地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩者的共同承載效果不突出，對(duì)于淤泥質(zhì)地層來(lái)說(shuō)，隧道暗挖施工一直到早期支護(hù)封閉成環(huán)以后，地層土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩者間的承載效果不突出。重點(diǎn)體現(xiàn)在：開(kāi)挖后施做初支，拱腳處會(huì)出現(xiàn)積水此外受力匯聚，一般會(huì)導(dǎo)致初支沉降突出，必須利用分部開(kāi)挖、施作暫時(shí)仰拱與鎖腳錯(cuò)桿等方式約束；在地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)全面影響的時(shí)候，地層可以施加支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗力影響不高，所以支護(hù)結(jié)構(gòu)需要具有充足的剛度；因?yàn)榈刭|(zhì)環(huán)境、含水量和外界荷載的差距，支護(hù)結(jié)構(gòu)一般會(huì)出現(xiàn)受力不均衡的問(wèn)題，造成差異變形或下沉，支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題。（4） 施工時(shí)期風(fēng)險(xiǎn)較高，因?yàn)榈刭|(zhì)與水文環(huán)境的獨(dú)特

40、性、施工預(yù)案的不明確性和市區(qū)環(huán)境的繁雜性，造成在此地層開(kāi)展隧道暗挖工廠具備較高的風(fēng)險(xiǎn)。依照此方式的具體特征與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于其中的監(jiān)控量測(cè)和維護(hù)舉措有較高的要求。淤泥質(zhì)土地層作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大，如上海，北京具有典型的軟土以及淤泥質(zhì)地層，列舉發(fā)生的幾個(gè)事故如下：案例一：上海地鐵四號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道出現(xiàn)流沙涌水，造成隧道內(nèi)部行線明顯積水，進(jìn)入泥沙。此外以風(fēng)井為核心的地面逐漸發(fā)生裂縫、下沉問(wèn)題。造成四周音像樓出現(xiàn)變形問(wèn)題，墻面開(kāi)裂，房屋出現(xiàn)傾斜問(wèn)題（圖2-2）。案例二：廣州地鐵三號(hào)線石牌橋站附近地下9m處有通往珠江的渠道，渠道處于砂土層，斷面為矩形，施工難度高。暗挖時(shí)期，作業(yè)面出現(xiàn)1.3m高的軟弱土體塌落問(wèn)題，最后

41、導(dǎo)致塌方問(wèn)題（圖2-3）。匯總各個(gè)國(guó)家專(zhuān)家的分析結(jié)果，隧道施工導(dǎo)致的地層變形機(jī)理一般表現(xiàn)在三部分：開(kāi)挖、支護(hù)引起的地應(yīng)力變化、地下水滲流及超孔隙水壓力變化、土體的流變時(shí)效特性。而淤泥質(zhì)地層城市隧道施工其地層變形機(jī)理比較特殊，具體如下；（1）地層應(yīng)力狀態(tài)改變。淺埋暗挖隧道施工是在出現(xiàn)初始地應(yīng)力場(chǎng)69-70的土層內(nèi)開(kāi)展的，施工影響造成應(yīng)力重分布產(chǎn)生二次應(yīng)力場(chǎng)，開(kāi)挖造成的應(yīng)力釋放與支護(hù)時(shí)期造成的附加應(yīng)力都會(huì)造成地層發(fā)生彈塑性變形問(wèn)題，引發(fā)地表沉降。順利開(kāi)挖以后，洞壁臨空面處的地應(yīng)力最先釋放，原本的三向應(yīng)力局面開(kāi)始變成兩向應(yīng)力局面，表現(xiàn)為指向隧道內(nèi)部的徑向應(yīng)力和沿洞壁的切向應(yīng)力，洞壁周?chē)霈F(xiàn)較大的應(yīng)力

42、集中現(xiàn)象，進(jìn)而造成四周土層朝向隧道內(nèi)側(cè)變化。隨著變形增長(zhǎng)，周?chē)翆拥那邢驊?yīng)力逐漸增大，經(jīng)過(guò)應(yīng)力調(diào)整后，相鄰?fù)翆拥膽?yīng)力大小又進(jìn)一步發(fā)生改變，隨之產(chǎn)生變形。在應(yīng)力位移交替變動(dòng)開(kāi)始從隧道四周向更遠(yuǎn)的地層擴(kuò)散，一直達(dá)到全新應(yīng)力均衡。因?yàn)榈貙討?yīng)力的變動(dòng)，通常隧道開(kāi)挖之后四周土層會(huì)產(chǎn)生多個(gè)區(qū)域：松動(dòng)圈、應(yīng)力增高區(qū)以及原始地應(yīng)力區(qū)?；跍\埋暗挖隧道進(jìn)行分析。開(kāi)挖之后掌子面處出現(xiàn)應(yīng)力釋放，在原始側(cè)向應(yīng)力影響下掌子面土體向隧道內(nèi)轉(zhuǎn)移，造成地層改變。若初支襯砌支護(hù)不及時(shí)，或者由于初支支護(hù)與周?chē)貙游淳o密貼合也會(huì)造成土體應(yīng)力釋放。此外，當(dāng)初支襯砌強(qiáng)度不足，在周?chē)翂毫ψ饔孟鲁两递^大，會(huì)進(jìn)一步加大土體應(yīng)力釋放量，引更

43、大的地層變形。由于實(shí)際隧道施工過(guò)程十分復(fù)雜，巖土層性質(zhì)、開(kāi)挖方式及支護(hù)方法均對(duì)應(yīng)力路徑變化存在明顯影響，導(dǎo)致土體應(yīng)力釋放過(guò)程也有所不同。例如及時(shí)支護(hù)可以減小地應(yīng)力釋放率，限制巖土體變形，減小塑性區(qū)的發(fā)展。隧道掌子面在推進(jìn)過(guò)程中，對(duì)地層形成三維空間約束效應(yīng)，故地層應(yīng)力并不是瞬間全部釋放，而是漸進(jìn)釋放。周順華等（1997）指出應(yīng)力釋放率的統(tǒng)計(jì)模型，且創(chuàng)建和位移釋放率之間的關(guān)系，此模型概念在二維數(shù)值研究與模型測(cè)試中得到全面使用。（2-1）式中：-掌子面空間效應(yīng)前方 l0-后方影響區(qū)；S-釋放應(yīng)力； -地層初始應(yīng)力；US-掌子面通過(guò)之后的位移和之前就出現(xiàn)位移的差異；UIo-開(kāi)挖面通過(guò)前已有的位移；US

44、-掌子面通過(guò)點(diǎn)的距離超過(guò)后，點(diǎn)不支撐所出現(xiàn)的虛擬位移；-與地質(zhì)條件和施工方法有關(guān)的參數(shù)（如圖區(qū)域取值范圍為1/31。）隧道開(kāi)挖引起的應(yīng)力釋放計(jì)算方法從荷載結(jié)構(gòu)理論發(fā)展至連續(xù)介質(zhì)法。荷載結(jié)構(gòu)法使用散體壓力觀點(diǎn)，只統(tǒng)計(jì)影響隧道結(jié)構(gòu)的土體荷載，地表變形一般使用經(jīng)驗(yàn)公式法預(yù)估。之后專(zhuān)家了解到隧道和地層屬于受力完整體，對(duì)于洞室開(kāi)挖之后放出的巖土體壓力需要由隧道結(jié)構(gòu)和圍巖構(gòu)成的地下結(jié)構(gòu)體系全面擔(dān)負(fù)，文獻(xiàn)分析內(nèi)的巖土體應(yīng)力的彈性、彈塑性和粘彈性解答也開(kāi)始出現(xiàn)。（2）地下水滲流及固結(jié)天然土體通常是包含土體顆粒、孔隙水和氣體等部分。思考到土顆粒與孔隙水的壓縮變形一般可以不關(guān)注，所以固結(jié)變形的理論是由于土體內(nèi)孔隙

45、水的流出與氣體積的縮減，之后導(dǎo)致土顆粒之間距離變短造成的。若不考慮孔隙氣的作用，兩相飽和土體的固結(jié)變形主要是來(lái)由于孔隙水隨時(shí)間逐漸排出，土體有效應(yīng)力逐步增大，導(dǎo)致土體產(chǎn)生壓縮變形。對(duì)于富水地層中淺埋暗挖施工，當(dāng)采取地層降水措施，或者超前支護(hù)對(duì)地下水阻隔效果不佳時(shí)，將產(chǎn)生地下水滲流、引起水位下降。此外，隧道注漿加固時(shí)期會(huì)在特定范圍內(nèi)造成超孔隙水壓力。由于孔隙水壓力變動(dòng)與滲透力影響，地層會(huì)出現(xiàn)固結(jié)變形問(wèn)題。如果在地下水滲流過(guò)程中伴隨有土顆粒流失，也將加劇地層變形。當(dāng)前，定量分析固結(jié)變形的觀念一般是Terzaghi-Rendulic固結(jié)與Biot固結(jié)兩部分觀點(diǎn)。兩者共同基本假設(shè)為：土體為各向同性的彈

46、性體且完全飽和；土體產(chǎn)生的變形均為小變形；孔隙水的流動(dòng)服從Darcy定律；土顆粒和孔隙水均不可壓縮；單位時(shí)間從土單元流出的水和土體孔隙壓縮量相同。準(zhǔn)三維的Terzaghi-Rendulic基本方程為： （2-2） （2-3）式中：Kx，Ky，Kz分別為x,y,z方向的滲透系數(shù)；u-超孔隙水壓力； W-水的重度；E-彈性模量； µ-泊松比；和Terzaghi-Rendulic固結(jié)觀點(diǎn)進(jìn)行比較，Biot固結(jié)觀點(diǎn)沒(méi)有假設(shè)法向總應(yīng)力和隨時(shí)間不變，其孔壓和固結(jié)時(shí)期的土體位移相關(guān)，相對(duì)嚴(yán)苛推測(cè)出表現(xiàn)孔隙水壓力消散和土骨架變形關(guān)系的三維固結(jié)方程： （2-4） （2-5）式中：Kx，Ky，Kz分別為

47、x,y,z方向的滲透系數(shù)；WX,WY,WZ分別為x,y,z方向的土體位移；U- 超孔隙水壓力， W- 水的重度；- 土體重度； 2-拉普斯算子（）根據(jù)Biot固結(jié)觀點(diǎn)，我們就可以知道淺埋暗挖隧道在富水地層中運(yùn)作，土層應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)彼此耦合。若隧道施工引起巖土體滲流場(chǎng)出現(xiàn)改變，變化的孔隙水壓力將影響巖土體的應(yīng)力場(chǎng)，那么巖土體的位移場(chǎng)也隨著應(yīng)力場(chǎng)的改變而變化；其中巖土體位移變動(dòng)也會(huì)反面作用于滲流場(chǎng)。由于土體流固耦合問(wèn)題較為復(fù)雜，目前能得到的解析解很少，大多數(shù)情況下通過(guò)數(shù)值計(jì)算來(lái)解決該問(wèn)題。（3）土骨架的流變性軟土和風(fēng)化巖地層受到隧道項(xiàng)目影響之后，在荷載影響下，土體骨架一般出現(xiàn)連接不斷地黏滯流動(dòng)，應(yīng)力、應(yīng)變隨著時(shí)間開(kāi)始改變，也就是土體流變性，宏觀層面是蠕變變形與應(yīng)力松散，土體沉降在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)73。一般而言，淺埋暗挖隧道在施工