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摘要：随着地铁建设工作的不断发展，局部液化区逐渐成为地铁隧道工程施工中的常见现象。基于此，本文主要从地铁隧道局部结构上浮方面、地铁隧道内力响应峰值方面、地基失效及滑塌方面入手，分析局部液化区对地铁区间地震响应的影响作用；并提出采用加强液化土层处理、调整地铁隧道结构埋深、针对性处理方法等抗液化策略，削弱地震液化对地铁区间隧道结构稳定性的影响，以期为地铁建设的发展提供理论参照。
关键词：局部液化区；地铁区间；地震
前言：近年来，随着我国经济的不断发展，私家车数量日趋增多，加之城市人口的高速增长，对城市交通带来一定压力。地铁是缓解地上交通拥堵的有效方法，其地铁隧道运行的安全性直接影响人们的出行决策。随着我国地铁建设工作的飞速发展，局部液化区对地铁区间隧道结构稳定的影响也变得越来越明显。因此，分析局部液化区对地铁区间地震响应影响具有一定的现实意义。
一、局部液化区对地铁区间地震响应的影响
局部液化区对地铁区间地震响应的影响作用主要体现在以下几方面：
（一）地铁隧道局部结构上浮方面
从地铁区间的安全性层面来看，由于受到地层约束作用的影响，加之地铁隧道多采用具有良好适应地层变形功能的装配式圆形结构、现浇钢筋混凝土结构，当地铁区间所处位置发生地震时，地下结构的震害显著轻于地上结构。但随着我国城市人口的不断增多，地铁地下结构数量也越来越多。在地铁建设过程中，地铁地下结构可能会穿过局部液化区，这一区域为地铁区间的稳定性带来的一定的威胁作用。具体表现为，当地铁区间穿过局部液化区时，局部液化区可诱发地铁隧道结构局部上浮，但局部结构的上浮量参数相对较小，尚处于可控范围内。
（二）地铁隧道内力响应峰值方面
局部液化区对地铁隧道区间内力响应峰值的影响为：当地铁隧道穿过局部液化区时，隧道的内力响应峰值参数将发生相应增加，地震所引发内力峰值参数增加幅度与地铁隧道区间与局部液化区距离呈负相关关系，即随着地铁与局部液化区距离的缩小，地震条件下地铁区间的内力峰值参数增幅将逐渐增加，这一状况严重威胁着隧道结构的稳定性及安全性[1]。
（三）地基失效及滑塌方面
地震条件下，局部液化区诱发地铁区间地基失效的作用机制为：局部液化区粒间有效正应力与地基土层承载能力之间呈正相关关系，当地震发生时，局部液化区砂体可能转为悬浮状态，有效正应力趋近于0，此时，地铁区间的地基承载力基本处于消失状态，进而导致地铁区间出现倒塌或沉陷等问题。此外，地震条件下，局部液化区也可能导致地铁区间因饱水疏松砂密度变大而产生地面塌陷、沉降或滑塌。某地铁工程的地面塌陷状况如图1所示。
图 1 某地铁工程的地面塌陷状况
二、应对局部液化区对地铁区间地震响应影响的策略
为了弱化局部液化区对地铁区间地震响应的影响，可将以下几种策略应用于地铁区间建设工作中：
（一）加强液化土层处理
液化土层处理是保障地震条件下地铁区间安全的基本途径。这种方法应对局部液化区对地铁区间地震响应影响的原理为：利用各种液化土层处理方法提高土层密度，将地铁区间原有地基转化为复合地基，满足地铁隧道结构的安全性要求。
可行的液化土层处理方法主要包含以下几种：第一，局部液化区碎石桩加密。这种处理方法是指，通过水冲、振动等方法于局部液化区地基中作出一定数量的孔洞，成孔后，借助机械加工设备将碎石桩挤压至液化地基中，形成密度较大的桩体，进而提高局部液化区的抗液化性能水平及抗剪强度[2]。第二，局部液化区换填处理。这种方法可通过高强度材料的填入，促使局部液化区符合地铁区间地震响应的安全性要求。例如，某地铁隧道工程为防止所穿局部液化区引发严重的地震响应，将局部液化区地基2-3m作为换填范围，分层填入灰土、砂、素土等不易液化材料。这种抗液化策略的应用效果表明，该地铁隧道运行4年内，仅发生1起地震灾害，经测量证实，局部液化区周围隧道结构未出现明显异常，充分证实这种方法具备良好的抗液化功能。
（二）调整地铁隧道结构埋深
在穿过局部液化区的地铁隧道工程中，隧道结构覆土埋深是地震液化的主要影响因素。调整地铁隧道结构埋深保障隧道结构稳定性的原理为：随着地铁隧道覆土埋深参数的增加，基底以下土层的竖向限制压力参数也会发生相应增加，当发生地震时，局部液化区对孔隙水压力参数的要求较高，难以发生液化，进而保障地铁隧道结构的安全。
例如，某地铁隧道工程采用增加隧道结构埋深方法施工后，通过构建地铁隧道模型的方式，对这种抗液化策略的分析效果进行模拟分析，结果表明：利用软件模拟地震条件时，模型隧道结构未出现上浮，此外，地震引发的隧道结构附加内力参数增加参数相对较小，基本不会影响隧道结构的稳定。与浅埋地铁隧道结构相比，高埋深地铁隧道结构在相同水平地震下的稳定性更高，有助于地铁隧道使用寿命的延长。
（三）针对性处理方法
在地铁区间局部液化区的地震响应影响应对中，针对性处理属于一种事后抗液化策略。这种处理方法根据局部液化区对地铁区间地震响应的实际影响内容，采用不同的方法，确保地铁隧道结构的安全与稳定。
例如，当地铁区间隧道下穿局部液化区时，为了有效保障地铁隧道结构的稳定性，可在局部液化区的影响范围内（3D），运用提高结构混凝土强度或提高管片配筋等方法，提升隧道结构在地震条件下的安全性。如地铁隧道结构因局部液化区的存在出现结构局部上浮问题，可采用增强纵向连接螺栓方法，抑制隧道的局部上浮，保障地铁隧道的使用寿命，降低地铁隧道的事故发生率。
事后针对性处理方法的应用优势在于，这种方法可以有效解决局部液化区引发的影响问题。但由于地震具有不确定性特征，随着地铁隧道运行时间的延长，局部液化区仍有可能威胁地铁隧道结构的稳定。因此，这种方法仅适用于局部液化区引发影响较为微弱或地铁隧道工程抗液化效果欠佳等少数状况。
结论：综上所述，局部液化区的存在为地震条件下地铁隧道结构的安全性带来了极大的隐患。为了避免地面沉降、滑塌等事故的发生，保障地铁隧道的安全运行，可根据地铁隧道工程的施工状况、资金等因素，选用适宜的抗液化策略，有效应对局部液化区引发的不良影响，延长地铁隧道区间的使用寿命，节约地铁隧道的后续修缮成本。
参考文献：
[1]安军海,陶连金,王焕杰等.可液化场地下盾构扩挖地铁车站结构地震破坏机制振动台试验[J].岩石力学与工程学报,2017,36(08):2018-2030.
[2]姚霁菲. 地铁车站地震液化上浮响应研究[D].济南大学,2017.
论文作者:向阳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/22
标签：地铁论文; 隧道论文; 局部论文; 区间论文; 结构论文; 土层论文; 地基论文; 《防护工程》2018年第4期论文;