淤泥质地层城市隧道施工影响分析与支护参数优化研究 重后

1、第一章 绪论1.1 研究的目的和意义伴随国内社会与经济的长久进步，城市化进度也开始更加深化，更多的民众汇聚到规模庞大的城市中，城市地区人数增加，进而导致交通堵塞、资源不足等众多现实问题。全面利用地上、地面以及地下空间能够高效缓和当前人数众多造成的交通负担，比如随着市政交通堵塞问题更加明显，政府也需要增加全新的隧道工程。淤泥质地层基本上位于国内东南部沿海区域，特别是福州、杭州等部分城市所占比值很高；此地层具备“高压缩、高敏锐、高蠕变、高含水量、低强度”等众多特征，厚度从几米到几十米都有，呈现带状特点；淤泥质土体受到影响会出现液化，造成土体不稳定。所以，在此类地层建设地下项目，设计与施工问题容易出

2、现，工程造价也会提高。当前，我国对位于软土地层（包含淤泥质地层）的浅埋隧道普遍使用明挖法、暗挖法以及盾构法等方式。明挖法或盾构法建设市区地下项目一般会遭遇众多外界因素的影响。比如城市繁华地区一般没有明挖基础（管线拆迁和维护、交通约束与环境作用）；地下过街通道隧道一般任务量较少，隧道断面轮廓一般沿纵向不同，隧道短或跨越地层地质变动明显，盾构法也并不符合。所以，城市地下工程浅埋暗挖法的使用范畴依旧宽广。但是，城市重要地区的淤泥质地层环境下隧道浅埋暗挖法设计与施工会遇到众多问题，首先要确保暗挖施工时期地层平稳性，其次也需要管控隧道暗挖工程造成的变形问题，避免过量变形造成的周边建筑物受损。所以，分析此

3、类地层土体变形受损的特点和改善加固的方式，寻找高效科学的地层改良加固举措和手法，以便提升地层平稳性，促使具备操作灵动且科技完善的隧道浅埋暗挖法使用到软土中，尤其是淤泥质地层，是目前需要尽早处理的现实问题。1.2 浅埋暗挖法研究现状国内在年代早期逐渐把新奥法使用到地下项目中，八十年代后期把其使用到浅埋软弱地层。在顺利使用到北京地铁复兴门车站折返线项目之后，开始在众多地区隧道和地下项目内普遍使用。浅埋暗挖法项目的主要理念是“管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤测量”来囊括,这也是此方式的重要内涵。通过长久的持续汇总、健全、宣传使用，目前逐渐产生健全的浅埋隧道施工技术体系。比如：1986年，王

4、梦恕、罗琼等人6叙述了北京地铁折返线工程使用的浅埋暗挖法施工，当时城市没有得到发展，四周建筑不多，使用明挖法相对理智和合理，然而此地理方位相对繁杂，施工时间短暂，因此开始使用浅埋暗挖方式，打开浅埋暗挖施工方式的全新时代。1988年，因为北京地铁折返线项目第一次采用浅埋暗挖法建设地铁项目，由于其拆迁占地面积不大，交通波及不大，资金占用少等众多优势。此项目也得到北京地区科技进步一等奖。此方式也开始得到行业内人士的关注和认可，开始得到普遍使用7。1989年，王梦恕等人8在岩土力学工程报纸上，公开论文，全面研究北京地铁折返线工程使用浅埋暗挖法施工的优势，科学比较之前的明挖法，此方式能够把地表沉降全面管

5、控在30mm范畴内等众多优点。全面诠释了此方式的领先优势。对于此方式与工艺的全面叙述，激发了领域内专家对于此方式使用与普及的而积极性。1989年，隧道局研究所张建华、赵希普等人9指出使用全新的分析方式都需要充足的安全监测信息来确保施工的顺利进行，使用暗挖法依旧是根据新奥法的理论，要全面监控来确保施工顺利和相关方案的改善，避免因为太过保守而导致浪费问题，为挑选最佳施工方案准备充足的数据。此方式也得到相应的改善和普及。1990年铁道部隧道工程局王梦恕、刘招伟等专家10在浅埋暗挖法建设复兴门折返线顺利之后，第二次指出使用此方式建设地铁车站。使用柱洞法施工提高项目效率。1994年吴康宝、景诗庭等专家1

6、1在我国岩石力学和工程学会第三次会议中指出浅埋暗挖地下结构稳定度研究。基于“荷载-结构模型”运用有限元的方式创建极限状态方程。分析此模式的稳定度。从结构和力学层面分析此方式的合理性，此外指出部分支护参数的改善意见。1994年王燕凯，苗兰等专家12在中国土木工程学会隧道和地下项目学会第八届年会上指出有关浅埋暗挖法的小室施工方式，且得出隧道各个时期的地表策划，分析其具备影响规律和范围。此方式发展时间长，开始更加健全。1995年隧道工程局北京指挥部白笑忍、陈慧珠等人13汇总浅埋暗挖法在1986年引入国内之后在众多工况内的使用，认可其具备的优势，认可其产生的经济与社会效益。对此方式中采用的众多施工预案

7、和支护参数的取值开展汇总，为此后此方式的普遍使用准备良好的理论知识。1998年许燕峰、苏均等人14基于隧道施工时期造成的地面下沉因素开展大致研究,寻找多种环境下地面下沉的规律,且依照各个场地施工状况,指出全新的沉降拉制方案,其分析结论为此后相似项目的顺利施工准备合理借鉴。2016年西部某隧道冒顶塌方管理使用浅埋暗挖方式，主管者邹金杰，顾鑫杰等人15，依照“浅埋暗挖法”的主要理论，对松散体实施表面封闭，且使用小导管前进式分段注浆超前加固；根据“加固后方、封闭岩面、平稳塌体”的塌方处置理论，对没有塌方段提前使用钢拱架与长锚杆加固避免问题扩散，强化支护。通过数值模拟统计与实地监控信息反馈，众多管理举

8、措高效完善。到现在浅埋暗挖法在项目内依旧被普遍使用。和其余施工方式进行比较，浅埋暗挖法具备良好的优点，然而缺点也非常突出。比如施工效率不高，工艺受到工作人员技术能力影响，地层需要自稳等。所以此方式此后需要向提升工效、确保质量等方向进发。具体如下：此方式的使用范围持续扩展：当前此方式应用逐渐延伸到部分特殊或艰难的地下项目；少数隧道项目下穿众多民房。伴随地区交通、市政等相似地下项目的增多，为了确保施工安全和弱化对周围环境的波及，依旧需要全面分析全新的辅助方式与施工技艺，以便适应众多地层、隧道跨度与埋深等恶劣环境。完善信息化设计与施工：在地表建筑物过于集中的时候，需要谨慎挑选科学的地表沉降控制值，在

9、浅埋暗挖施工时期强化监管量测，利用相关信息研究和反馈，按时调节、改善支护参数。辅助施工措施优选与工艺改进：目前常用的辅助施工措施有：开挖面喷混凝土封闭；超前描杆；超前注装小导管；设置临时仰拱；地层深孔注浆；管棚；地层冻结法；水平旋喷超前支护；高压旋喷加固；洞内外降水法。基于项目的实际特征与标准，需要分析多种辅助项目举措的重要适用条件和相关预案，在特定时期改善相关施工方案，进而完成安全、高效、科学的目标。支护参数和施工方法的优选： 改善初支喷混凝土厚度，分析具体的喷射方式、原料、配合比、外加剂对于喷射混凝土强度提升的影响；改善施工技艺，达到支护结构标准，防止地层过量变形问题。 从工程造价、具体进

10、度与施工安等部分全面分析，挑选科学的施工方案，比如正台阶法、工法、眼镜工法等众多方案。富水地层的结构防水：浅埋暗挖法施工的隧道工程防水功能无法达到预期目标。所以需要在防水设计理念、衬砌构造、地层预加固、具体工艺等部分开展全面的考量和改善。1.3 淤泥质软流塑地层浅埋暗挖隧道研究现状1.3.1 淤泥质地层浅埋暗挖隧道研究现状在软土项目内开展工程建设，由于工程特性不好，无法达到项目标准，需要对地层实施加固处置，各个工程内对加固后地层的标准各不相同。建筑产业软土地基的处置方式主要包含：置换法、排水固结法、加筋法、灌浆法、复合地基法在软土项目特点和处置方式上，目前国内外研究很多。软土地层中隧道开挖大部

11、分使用明挖法、暗挖法、盾构法，各个国家对不同工法也有一定的分析。伴随城市创建的持续加快，城市开展明挖施工的概率并不高；伴随城市进度的不断加快，原本老旧基础设备的更新换代变成重中之重，因此要建设多种类型的地下项目，尤其是地下人行通道。此部分项目大部分使用浅埋暗挖法施工方式。但是，此方式使用的基础是地层具备相应的自稳水平，也就是达到开挖土体特定范围暴露的标准之后才可以进行早期支护；对于平稳性不好、含水量较高的软土来说，使用此方式需要提早对地层实施加固，不然，开挖揭露的土体易塌方或缺少充足的自稳时间。当前地层加固方式众多，主要是注浆、管棚、管幕、旋喷等。有关软土地层浅埋暗挖的分析叙述，在理论分析部分

12、为：同济大学地下建筑和工程系张冬梅专家16 使用粘弹性流变模型且稱合太沙基固结观点分析软土隧道地表沉降。结论指出,软土隧道长久沉降持续时间过久,与瞬时沉降进行比较，长期沉降量非常明显。固结观点的粘弹性流变研究方式是隧道长期沉降研究的重要统计方式。同济大学地下建筑和工程系专家林华国17 对众多实测信息开展研究，可以得到上海区域软土侧向基床反力系数和变动情况。研究与整理出不同土层Kh值的范畴和其伴随深度的变化情况,且把计算值和规范参考值进行对比。上述结论为上海区域水平受荷桩、基坑项目与隧道项目的开展准备理论知识。浙江大学袁静、龚晓南等专家18 创建立软土各向异性三维屈服面流变模型。建设软土各向异性

13、三屈服面流变模型,全面叙述了此类模型的本构方程、硬化规律与流变特点，此外使用实例对此模型弹塑性与流变特点开展检验和分析,其计算值与测试值符合。同济大学地下建筑和工程系专家蒋洪胜、候学渊19“全面研究圆形隧道荷载的作用条件。指出依照典型的主动土压力观点与静止土压力观点统计出隧道侧压力小于实际测试值,此外双方差异显著。依照本文指出的圆形隧道土压力的余弦变化规律观点对三个隧道的荷载开展统计,最终结论和真实测试值符合。关于预加固方法及机理方面，具体有如下研究：吉小明20深入研究软土地层预加固理论，基于管棚指出体积分数定义来评估加固成果的方式，指出此类加固对弱化地表沉降效果非常明显，但是对限制开挖面挤出

14、效果的影响并不大。董新平21基于软土地层管棚受力模型研究，分析管棚直径对位移的敏锐度和其影响情况，指出管径79-108mm段，敏感度开始降低，直径改变对地层位移的作用比较明显。王秀英22使用三维程序分析机械预切槽法在软土地层的现实成果。在施工方法方面，浅埋暗挖法中运用了多种施工方法，整理相关技术人员所做论文研究，具体有如下方2007年，李飞鸥23等叙述了注衆加固与超前小导管预支护、CD法开挖等施工科技用在软土地层某电厂地下通道。2010年叶军惠等24根据静安寺交通要道地下连通通道工程案例，对比研究明挖（盖挖）法、顶管法、盾构法等众多具体方案，最后挑选大管棚与小导管开展共同支护、使用WSS二重管

15、钻进双液注衆改善软弱地层、对隧道开挖区和四周特定范畴内开展注衆加固的施工活动，在现场工程成功实施。2005年丁锐等25根据某软土浅埋暗挖矩形隧道施工，使用数值方式研究隧道各部开挖对地表沉降的作用，指出施工方案与具体挖掘流程对软土隧道的地层造成明显的影响，此地层内需要挑选严谨的工法、确定科学的开挖顺序。2005年黄美群26全面叙述了软土地层暗挖隧道早期支护、超前支护设计，此外指出有关隧道开挖与高效管控地面沉降的观点。2007年刘得旭27叙述多种预支护方式的优点和不足。从超前锚杆、管棚、管幕和超前注浆小导管等部分叙述隧道和地下项目普遍使用的预支护方式,叙述了不同预支护方式的优点和不足、使用标准,提

16、出需要依照各个围岩类型与施工标准使用对应的预案,从而确保施工质量,降低工程造价。近期，软土地层内浅埋暗挖法使用范畴持续扩张，现有众多良好的应用案例和资料。根据上述信息可知，在软土地层内使用此方式开展设计施工具备一定的可执行性，重点就是以地层预加固为基础的暗挖施工。伴随工艺和现实活动的进行，软土地层预加固方式得到众多分析结论，此处注浆、管棚注装预加固科技的影响机理和加固成效分析非常多，预加固参数设计有关分析不多。和此类技术的现实使用进行比较，其理论分析显著缺乏，特别是在地层预加固的影响理论、参数设定、预加固地层力学理论等部分就更少。对此地层（特别是对于淤泥质地层）的此类施工即便出现大量的文献叙述

17、，然而依旧缺少理论结果与全面的汇总，无法产生理论与-现实融合的完善系统。比如：2005年，岩土相关学者宋玉香等人28分析某隧道隧道穿越的软流塑状淤泥质粉质粘土层段长301. 4m,占据区间综合长度的46. 3%。为确保施工顺利,使用工作面预注浆科技对地层实施加固。利用注浆材料室内测试,对作用于浆液功能的众多条件开展深入研究。挑选符合的注浆材料和浆液配比,确保注浆成效。2006年，知名专家刘志春29等人分析了淤泥质地层地铁隧道施工地表沉降情况，为未来有关项目预测和研究准备相应的参考凭证。周书明30等基于南京地铁南北线一期项目珠江路站一一鼓楼站区间隧道穿越的软流塑淤泥质粉质粘土层实施注浆材料室内测

18、试。分析此类地层浅埋暗挖隧道的整体施工方案,研究施工成效且得出结果。2007年隧道技术相关专家周石喜31为处理地铁隧道在软土内矿山法暗挖掘进的相关问题,根据南京地铁鼓玄区间软流塑地层的项目特征与重点,叙述我国第一次在市区建筑物下的地铁软流塑暗挖隧道施工的详细方案:大管棚+小导管超前支护,掌子面超前注浆加固,且利用监管数据反应最终结果。整理研究其良好经验,供此后相似工程学习。2003年张梅32穿越针对隧道穿越浅埋、松散地层,且在房屋下大断面隧道施工与软流塑地层浅埋暗挖隧道施工,各个国家都将其当做难点项目。具体施工中使用大管棚以及小导管超前支护,掌子面深孔注浆和多分部法等整体科技,确保施工顺利与最

19、终的项目质量。马军33等根据南京地铁鼓楼站一玄武门站区间软流塑地层的项目特征，叙述大管棚+小导管超前支护、掌子面超前注奖加固等暗众多具体方案与举措。2004年，隧道工作职员刘志春等人34 基于南京地铁珠江路站鼓楼站区间监管测试信息研究，利用对量测信息的研究论述了全新的监测方式以及现实效果。2007年李凤蓉专家等人35深入分析众多施工辅助方式，主要对劈裂注浆的理论、可执行性、加固范畴和扩散半行、注浆负担、注浆量、浆体原料和配比等开展全面分析。关风良等36基于上海淤泥质地层开展注浆测试，研究出具体顺序、扩散范围、各个配比等条件对双重管注浆成效的作用。况勇等37叙述了上海含水淤泥地层管幕超前预支护等

20、众多具体的工艺。李文江等38根据工况上海地铁二号线西延伸工程威宁路站重点穿越无自稳水平的淤泥质地层,其准备创建的3、4号出入口通道使用浅埋暗挖法管幕预支护施工。使用有限元数值方式对其具体效应开展研究。最终结论指出,具体过程洞室平稳,此类施工方式具备较高的可执行性,地表变位符合地区环境标准。2002年，工程项目人员周书明等39指出淤泥质地层洞内超前预注浆工艺具备可行性，注浆原料需要固化吸水。2010年地铁施工学者沈讳东等40基于高富水厚淤泥质砂层大跨径地铁隧道施工情况，全面叙述双侧壁导坑法的情况。2005年同济大学道路和交通工程教育部重要实验室董新平，周顺华等41依照深圳地下通道的现实发展情况，

21、指出开挖阶段支护整体下沉量与拆撑时期隔墙受力的变大是造成地表沉降量值持续的关键因素。李琦等42利用室内测试和数值研究对水泥土无侧限抗压强度的规律开展深入分析。结果对于深圳地区海相淤泥水泥土地区工程具有借鉴作用，本文具有极高的研究价值。2006年，隧道专业学者邓建林等43叙述了淤泥质地层水平搅拌加固工艺。叙述出符合淤泥质地层的全新土体加固工艺水平搅拌，此工艺不只处理了在地面上不具备施工条件的问题,此外还可以利用检测与管控孔口的返浆量来全面高效的管控地面沉降问题。2006年张蕾等44基于监测信息研究出在淤泥质地层双液注浆和搅拌桩地基加固造成的地层变形情况，指出建筑物四周不能采用搅拌桩开展加固。王志

22、达，袭晓南等45推测出隧道开挖进尺公式，且使用到成层土内。利用对相关人行地道开展有限差分模拟，指出可利用地层加固方式、使用科学施工方式、缩减地面超载等方式促进工程进行。重庆交通设计规划院李强等46 基于软弱地层大跨度超浅埋过街通道暗挖的工程地质资质与繁杂的周围环境, 遵照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”相关标准,利用选择科学的施工预案、稳定的支护方案与科学的监控量测预案, 设定出具体的施工方式, 最后保证通道顺利完工。邹金杰、陈钢等47把杭州紫之隧道北口浅埋暗挖段项目当做基础，根据结论可知:在地下水渗流影响下,横向与纵向地表沉降槽宽度系数的拟合值都超过当前对黏土的建议值。20

23、13年徐杭杰等48将莞惠轨道交通土建GZH-5标段当做项目背景,将DK32+300-DK32+927.303当做分析主体,利用模型测试分析浅埋暗挖隧道项目内隧道和支护结构的受力变形情况、开挖对地表沉降的作用和变形规律、超前注浆对地层内力和地表变形的作用。2012年，隧道学者彭跃松等49对浅埋暗挖法开展全面叙述,主要包含价值、作用、发展情况和后续走势;之后对其出现以及需要处理的有关问题开展叙述,主要包含地质特征、沉降、力学、施工科技等部分;最终在具体方式上指出包含注浆、支护以及施工等意见,表述此类工艺的关键价值,且准备了相应的借鉴。2010年，隧道学者黄正家50通过数理统计与回归研究等方式,对深

24、圳地铁大剧院科学馆区间隧道的洞内变形、地表沉降等相关信息开展深入研究,指出在软弱富水地层用浅埋暗挖法建设隧道的时候相关规律性结果。2008年，同济大学专家徐明星等51汇总出众多普遍存在的地下穿越项目工艺,大致叙述了浅埋暗挖法、盾构法、顶管法等主要理论、优点和不足、具体适用领域,为实际工程的设计和施工提供科学依据。2001年，隧道学者肖广智52深入分析软弱地层内使用浅埋暗挖法建设地铁车站的地层适应性、结构型式、防水、施工方式、减少费用,提出了一些新观点。2010年，隧道学者蔡启章等53叙述了地铁浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工技艺,分析双侧壁导坑法在地铁浅埋暗挖隧道内的普遍使用,进而汇总出地铁施工的

25、现实经验。2001年，隧道学者李海等54根据广州地铁二号线某区间地铁隧道项目 ，基于此隧道跨度大、围岩不强、埋深浅等特征 ,科学开展隧道结构设定 ，且全面叙述了此隧道具体施工环节与方式。确保施工全面开展 ,且完成管控地表沉降与洞室变形的目标 。根据上述分析，浅埋暗挖法在南京、上海、福州、广州等多个城市淤泥质地层内的顺利使用检验了其具备的可执行性。此方式使用的时候需要对地层实施预加固，注浆加固成效是淤泥质地层浅埋暗挖的重点，需要使用的预加固方式是，大管棚小导管注浆、掌子面注浆、管幕注浆、搅拌桩等多个部分。此外也可以使用压密注浆、可反复高压灌架描杆等方式开展预加固。当前此地层内注浆原料大部分使用（

26、特殊）水泥一水玻璃双液架。施工时期需要全面管控地表沉降、减少隧道施工对四周环境的负面作用。所以，去除使用暗挖法一般的地层预支护等相关举措之外，最重要的是对隧道周围和掌子面土体实施改善加固，以便完成堵水、止水、提升地层强度的目标，确保暗挖施工时期掌子面和地层平稳性。1.3.2 淤泥质地层隧道研究不足当前，有关淤泥质地层暗挖隧道的具体分析也表现出下面的缺点和问题。（1）淤泥质地层隧道暗挖施工的风险评估缺失淤泥质地层的工程特点是：高压缩、高敏锐、高蠕变、高含水量、低强度等部分。对于此类地层内的地下项目来说，暗挖方案执行问题主要是：地层土体软弱，包含大量水分，自稳水平不高；土体遭受施工影响会出现变形、

27、维持时间长，最后变形范围大；地层土体会出现渐进式伤害；施工时期地层和支护结构两者的共同承载功能不突出。为了确保施工时期的地层平稳和周围建筑物稳定，只使用支护结构强化的模式不能处理暗挖施工出现的问题。当前基于地下项目进行分析，逐渐创建了山岭与盾构、沉埋管隧道完善且科学的项目风险评估模型，然而对淤泥质地层内的地下项目的风险评估上却缺少深入分析，目前还没有与之相关的项目风险评估模型。（2）地层改良加固机理相对欠缺对淤泥质地层改良加固理论的科学、全面的了解对于设计、施工方案的修订来说非常关键。但是，因为此部分分析工作的缺乏，目前淤泥质地层改良加固预案的设计大部分依赖经验、实地试验与工程类比等模式。对于

28、依照预期目标需要使用的加固参数，比如改善与加固领域、力学参数提升程度等，并未提供精准的理论数据。对于暗挖隧道开挖后地层的承载重要地区、变形失稳特点等机理研究部分却没有得到良好的结果。（3）地层改良加固技术有待发展因为地层水文地质环境的独特性，导致此类地层改良加固工艺难度较高。为了得到预期地层改良与加固目标，要全面详细的修订预案，加强施工监管。非常明显的是精细化的科技举措和施工场地的环境情况之间存在矛盾。怎样探寻合理的地层改良加固预案，以便达到暗挖隧道施工的主要标准，但是却不会提升场地操作难度，是目前需要全面分析的重要问题。1.4 本文的主要研究内容本文基于淤泥质地层城市隧道浅埋暗挖施工方案，根

29、据工程情况，使用数值研究与工程验证等手方式开展深入探索。主要内容如下：（1）利用文献调研汇总国内淤泥质地层的分布状况，叙述淤泥质地层工程特点，叙述此地层内使用暗挖施工的重要性、可实施性和目前出现的关键问题。（2）基于市区淤泥质地层城市隧道浅埋暗挖设计施工有关情况，分析设计与施工主要观点与重点；评价施工时期也许遭遇的现实风险，展现淤泥质地层隧道暗挖相关风险源，指出合理的风险管控举措。（3）依靠现场工程，使用规模庞大的通用有限元软件MIDAS GTS/NX对此类城市隧道创建有限元计算模型，对淤泥质地层地表竖直旋喷桩的加固参数进行对比研究，对比分析不同参数旋喷桩加固过程中围岩的应力、位移，一级完整支

30、护结构的受力特点开展深入研究和比较，得到此地层条件下最完善高效的具体方案，为今后类似隧道施工提供借鉴。（4）利用上述得出的最合理的旋喷桩加固参数，在此基础上，研究管棚在不同间距，长度和直径条件下应力情况，分析参数变化对围岩唯一、围岩应力和管棚内力的变化，在满足隧道施工安全性要求的前提下，挑选最科学的管棚支护方案，为此后相似地层条件下支护方案的挑选准备良好的依据。（5）以现场项目的淤泥质地层城市隧道案例为基础。第二章 淤泥质隧道浅埋暗挖法施工难点2.1 淤泥质地层软土分布及特性2.1.1 淤泥质软土分布（1）软土软土是之前水下沉积的饱和粘性土，大部分产生在很早之前。综合进行分析，软土是出现时间久

31、的沉积物，大部分是位于沉积期的欠固结软土。软土大部分位于滨海、湖泊、沼泽、河滩及谷地等区域，其他国家北欧众多（丹麦不再此范围内、英国伦敦、墨西哥、新加坡、泰国曼谷、加拿大、美国北部、底格里斯河、恒河等全球关键河流的三角洲都积累了此类软土层。我国内地与沿海区域软土地层较多，此外表现出区域性特征。从南到北珠江三角洲区域的广州、深圳、湛江，长江三角洲的福州等多个地区。上述区域是各个城市、企业、机场、码头等汇聚点，不同建构筑物比较集中。现有一些规范55-60对于软土的定义如下：公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ017-96）要求特征指标分辨软土（参考表1-2）。注：表内十字板剪切强度（Su）3

32、5kPa所对照的静力触探总贯入阻力（Ps）大概是750kPa日本道路公团指出的软土地基的要求参考表1-361：表1-3 软土地基的要求（1987年日本道路公团）公路土工试验规程（JTJ051-85）对软土的分类参考表1-4，修改之后规程没有此表。以上要求对软土确定的概念有细微的不同，但是综合进行分析，软土也就是由细粒土构成的孔隙比大(e1.0)、天然含水量高（WWL、压缩性高（压缩系数从12 0.5Mpa-1）、强度低（不排水抗剪强度低于20kPa）一级具备敏锐结构性的土层，此处主要包含淤泥、淤泥质黏性土、淤质粉土等。按照地质因素，国内软土产生主要被划分成滨海、海陆过渡、河流等多个环境。（2）

33、淤泥质土层根据软土相关概念与特点可以知道，淤泥与淤泥质土是软土的一类。在天然孔隙比超过1.5时被叫做淤泥，天然孔隙比超过1但是低于1.5时的粘土与亚粘土就可以被叫做淤泥质粘土与淤泥质亚粘土62。淤泥质土在国内滨海平原、河口三角洲、湖盆地四周和山涧谷地都有较多的分布，按照形成与划分情况，被划分成沿海沉积的淤泥质软土以及内地、山区湖盆地和山前谷地沉积的淤泥质软土。通常来说，前者分布相对平稳，厚度较高，土质不硬；后者则是相对分散，厚度不高，土的性质变化明显。按照沉积环境淤泥质软土被划分成滨海相、湖泊相、河滩相、沼泽相等不同种类。滨海相淤泥质软土63：在表面主要分布有近代多种应力影响产生的黄褐色粘性土

34、硬壳，厚00.3m，一般包含贝壳和海生物残骸。其主要特点是厚度大，分散范围广，掩埋深，甚至达到几十米。湖泊相淤泥质软土：是近代湖盆地的沉积、比如鄱阳湖、洞庭湖等众多湖盆地的沉积。此类物质颗粒细微且匀称，具备显著的层理结构。此类土体结构松散，为分散划分，厚度差异明显，性质各异。河滩相淤泥质软土：主要包含河漫滩相与牛辄湖相，比如长江中下游、松花江、珠江下游等地区，主要表现出带状分布，成分不统一，沿着水平与垂直方向变动明显。沼泽相淤泥质软土：主要位于地下水、地表水排泄不顺畅的低桂区域，大部分出现泥炭，此外经常被暴露在外。淤泥质的粒度成分大部分是粉粒与粘粒，其矿物成分内點土矿物以水云母为重点，此外也包

35、含少部分高岭石和多水高岭石，另外也有一定的有机质，甚至高达89%，上述高亲水性的物质，给予淤泥质土的众多独特性质。在有机质含量较高的时候，会出现泥炭层，在湖泊、沼泽相土内一般会遭遇泥炭夹层或透镜体。淤泥质土内也会出现含铁的倍半氧化物与碳酸盐类物质。因为淤泥质土的沉积时间不长，天然压密影响不大，颗粒间必须凝聚联系，无化学结晶联系，导致上述土具备结构松软、强度不高、可触变性等特点。海相沉积的淤泥层一般包含粉细砂土层。湖相沉积层内出现泥炭透镜体。因为此类土内存在大量粘粒，此外包含有机质，根据水膜较厚，颗粒间的连接力弱等情况会出现流动情况。在此类土的沉积到相同厚度时，在重力压密影响下，会出现固结，促使

36、颗粒彼此间汇聚，少数水析出，连接力提升，强度不断提升。下面就叙述了我国有关淤泥质地层64的相关物理力学内容2.1.2 淤泥质软土特性淤泥质地层65-68在上海、杭州、温州、福建等重要地区普遍存在，此地层内要想创建地下项目，就需要更加严谨的进行设计与施工，此外也需要较高的工程造价。此类地层的主要特点简单的叙述成：(1) 高压缩承载水平不高，会导致建筑物沉淀，变化不明显、连续时间长。(2) 高灵敏具备敏锐的触变性，依照地层的含水量变动表现出不一样的敏锐度，含水量高灵敏度就更高。(3) 高蠕变此地层触变变化的范围和其余地层相比更大，此外维持时间久。(4) 高含水量水是地下项目的重要阻碍。含水量多少是

37、评估地层优良的关键标准，还是设计、施工需要全面分析的部分，含水量差异会影响其余重要指标。(5) 低强度地下开挖项目会导致土体受损、失稳坍塌，导致建筑物出现差异或综合沉降，损害结构稳定性。(6) 低透水性给项目降水、排水造成阻碍。图2.1所示是国内沿海区域比较突出的淤泥质原状土，根据上述情况可知，和一般土体比较，此类土体具备相应的软流塑性，此外含水量很高。2.2 淤泥质地层城市隧道施工特点及难点淤泥质地层工程性质不高，遭受工程变化影响会出现变形与沉降。此外地层变形领域大、维持时间久。所以，对于地基等重要项目来说，需要对淤泥质地层实施加固改善，以便提升其强度且减少含水率。其中对于淤泥质地层内的地下

38、项目来说，暗挖项目开展难点主要是下面几个部分：地层土体不硬，含水率较高，自稳水平不高，此外因为地层土体强度较低，自承载水平不高，开挖的时候掌子面和上方揭露的土体自稳水平不高，通常不具备自稳时间，施作支护操作时间较短，所以暗挖法施工需要开展地层改善加固，以便提升土体自稳水平，确保施工顺利进行。(1) 地层土体受到施工影响变形较大、维持时间久，最后变形量大在淤泥质地层开挖隧道，开挖项目肯定会导致应力释放，损耗之前地层的应力均衡局面，四周土体出现松动。因为土体强度不高，开挖造成的变形与应力扰动延伸范围较广泛，土体内高含水量导致变形维持时间增加，上述都对隧道周围建筑物造成明显的负面影响，此外变形持续提

39、升到相应量值也会导致地层与支护结构不稳定。(2) 施工时期地层和支护结构两者的共同承载效果不突出，对于淤泥质地层来说，隧道暗挖施工一直到早期支护封闭成环以后，地层土体和支护结构两者间的承载效果不突出。重点体现在：开挖后施做初支，拱脚处会出现积水此外受力汇聚，一般会导致初支沉降突出，必须利用分部开挖、施作暂时仰拱与锁脚错杆等方式约束；在地层和支护结构全面影响的时候，地层可以施加支护结构的抗力影响不高，所以支护结构需要具有充足的刚度；因为地质环境、含水量和外界荷载的差距，支护结构一般会出现受力不均衡的问题，造成差异变形或下沉，支护结构出现开裂问题。（4） 施工时期风险较高，因为地质与水文环境的独特

40、性、施工预案的不明确性和市区环境的繁杂性，造成在此地层开展隧道暗挖工厂具备较高的风险。依照此方式的具体特征与技术标准，对于其中的监控量测和维护举措有较高的要求。淤泥质土地层作业风险大，如上海，北京具有典型的软土以及淤泥质地层，列举发生的几个事故如下：案例一：上海地铁四号线联络通道出现流沙涌水，造成隧道内部行线明显积水，进入泥沙。此外以风井为核心的地面逐渐发生裂缝、下沉问题。造成四周音像楼出现变形问题，墙面开裂，房屋出现倾斜问题（图2-2）。案例二：广州地铁三号线石牌桥站附近地下9m处有通往珠江的渠道，渠道处于砂土层，断面为矩形，施工难度高。暗挖时期，作业面出现1.3m高的软弱土体塌落问题，最后

41、导致塌方问题（图2-3）。汇总各个国家专家的分析结果，隧道施工导致的地层变形机理一般表现在三部分：开挖、支护引起的地应力变化、地下水渗流及超孔隙水压力变化、土体的流变时效特性。而淤泥质地层城市隧道施工其地层变形机理比较特殊，具体如下；（1）地层应力状态改变。浅埋暗挖隧道施工是在出现初始地应力场69-70的土层内开展的，施工影响造成应力重分布产生二次应力场，开挖造成的应力释放与支护时期造成的附加应力都会造成地层发生弹塑性变形问题，引发地表沉降。顺利开挖以后，洞壁临空面处的地应力最先释放，原本的三向应力局面开始变成两向应力局面，表现为指向隧道内部的径向应力和沿洞壁的切向应力，洞壁周围出现较大的应力

42、集中现象，进而造成四周土层朝向隧道内侧变化。随着变形增长，周围土层的切向应力逐渐增大，经过应力调整后，相邻土层的应力大小又进一步发生改变，随之产生变形。在应力位移交替变动开始从隧道四周向更远的地层扩散，一直达到全新应力均衡。因为地层应力的变动，通常隧道开挖之后四周土层会产生多个区域：松动圈、应力增高区以及原始地应力区。基于浅埋暗挖隧道进行分析。开挖之后掌子面处出现应力释放，在原始侧向应力影响下掌子面土体向隧道内转移，造成地层改变。若初支衬砌支护不及时，或者由于初支支护与周围地层未紧密贴合也会造成土体应力释放。此外，当初支衬砌强度不足，在周围土压力作用下沉降较大，会进一步加大土体应力释放量，引更

43、大的地层变形。由于实际隧道施工过程十分复杂，岩土层性质、开挖方式及支护方法均对应力路径变化存在明显影响，导致土体应力释放过程也有所不同。例如及时支护可以减小地应力释放率，限制岩土体变形，减小塑性区的发展。隧道掌子面在推进过程中，对地层形成三维空间约束效应，故地层应力并不是瞬间全部释放，而是渐进释放。周顺华等（1997）指出应力释放率的统计模型，且创建和位移释放率之间的关系，此模型概念在二维数值研究与模型测试中得到全面使用。（2-1）式中：-掌子面空间效应前方 l0-后方影响区；S-释放应力； -地层初始应力；US-掌子面通过之后的位移和之前就出现位移的差异；UIo-开挖面通过前已有的位移；US

44、-掌子面通过点的距离超过后，点不支撑所出现的虚拟位移；-与地质条件和施工方法有关的参数（如图区域取值范围为1/31。）隧道开挖引起的应力释放计算方法从荷载结构理论发展至连续介质法。荷载结构法使用散体压力观点，只统计影响隧道结构的土体荷载，地表变形一般使用经验公式法预估。之后专家了解到隧道和地层属于受力完整体，对于洞室开挖之后放出的岩土体压力需要由隧道结构和围岩构成的地下结构体系全面担负，文献分析内的岩土体应力的弹性、弹塑性和粘弹性解答也开始出现。（2）地下水渗流及固结天然土体通常是包含土体颗粒、孔隙水和气体等部分。思考到土颗粒与孔隙水的压缩变形一般可以不关注，所以固结变形的理论是由于土体内孔隙

45、水的流出与气体积的缩减，之后导致土颗粒之间距离变短造成的。若不考虑孔隙气的作用，两相饱和土体的固结变形主要是来由于孔隙水随时间逐渐排出，土体有效应力逐步增大，导致土体产生压缩变形。对于富水地层中浅埋暗挖施工，当采取地层降水措施，或者超前支护对地下水阻隔效果不佳时，将产生地下水渗流、引起水位下降。此外，隧道注浆加固时期会在特定范围内造成超孔隙水压力。由于孔隙水压力变动与渗透力影响，地层会出现固结变形问题。如果在地下水渗流过程中伴随有土颗粒流失，也将加剧地层变形。当前，定量分析固结变形的观念一般是Terzaghi-Rendulic固结与Biot固结两部分观点。两者共同基本假设为：土体为各向同性的弹

46、性体且完全饱和；土体产生的变形均为小变形；孔隙水的流动服从Darcy定律；土颗粒和孔隙水均不可压缩；单位时间从土单元流出的水和土体孔隙压缩量相同。准三维的Terzaghi-Rendulic基本方程为： （2-2） （2-3）式中：Kx，Ky，Kz分别为x,y,z方向的渗透系数；u-超孔隙水压力； W-水的重度；E-弹性模量； µ-泊松比；和Terzaghi-Rendulic固结观点进行比较，Biot固结观点没有假设法向总应力和随时间不变，其孔压和固结时期的土体位移相关，相对严苛推测出表现孔隙水压力消散和土骨架变形关系的三维固结方程： （2-4） （2-5）式中：Kx，Ky，Kz分别为

47、x,y,z方向的渗透系数；WX,WY,WZ分别为x,y,z方向的土体位移；U- 超孔隙水压力， W- 水的重度；- 土体重度； 2-拉普斯算子（）根据Biot固结观点，我们就可以知道浅埋暗挖隧道在富水地层中运作，土层应力场和渗流场彼此耦合。若隧道施工引起岩土体渗流场出现改变，变化的孔隙水压力将影响岩土体的应力场，那么岩土体的位移场也随着应力场的改变而变化；其中岩土体位移变动也会反面作用于渗流场。由于土体流固耦合问题较为复杂，目前能得到的解析解很少，大多数情况下通过数值计算来解决该问题。（3）土骨架的流变性软土和风化岩地层受到隧道项目影响之后，在荷载影响下，土体骨架一般出现连接不断地黏滞流动，应力、应变随着时间开始改变，也就是土体流变性，宏观层面是蠕变变形与应力松散，土体沉降在长时间内持续增长73。一般而言，浅埋暗挖隧道在施工