广东省交通规划设计研究院股份有限公司
摘要：本文从下沉式隧道地基处理的影响因素、方案选择，介绍下沉式隧道地基处理方案选择。
关键词：下沉式隧道；地基处理；设计；施工。
1 概述
近年，随着社会经济的发展，城区公路及城市快速路在新建或快速化改造中，交叉节点的下沉式隧道方案以其景观效果好、对周边地块开发影响小的优势，得到广泛采用。下沉式隧道由于其建设功能及所处的地下特殊位置，受沿线地质条件等因素的限制，对地基整体强度及稳定性有较高的要求。在软土路基上修筑下沉式隧道，当地基承载力或沉降不能满足设计要求时，须对基底土层进行加固处理，使其达到设计要求。
本文对隧道地基处理的原则、影响因素进行介绍，针对下沉式隧道不同的开挖深度、基底地质条件及抗浮设计，所采用不同的处理方案进行论述，供其他类似项目参考。
2 下沉式隧道地基处理的原理及影响因素分析
2.1 地基处理原理
地基在路基填方、构造物、交通荷载作用下，产生附加应力引起沉降。为满足工后沉降或构造物承载力要求，需对地基进行处理。
而对于下沉式隧道地基，主要考虑隧道闭合框架或U型槽结构自重与开挖置换土体重力的对比，即重点研究隧道开挖后附加应力的增减，确定地基处理方案。
处理后，应满足：
（1）满足隧道结构的承载力要求：
（2）隧道均匀沉降的要求：不同开挖深度隧道节段之间的差异沉降（1‰）及隧道与引道路基过渡沉降小于5cm。
2.2下沉式隧道地基处理的影响因素
2.2.1 不同开挖深度对隧道地基处理的影响
1、开挖深度较浅，隧道结构自重（W）＞置换土体重力（q）时
隧道基底将产生新的附加应力。尤其是原始地貌新建工程，需对基底进行处理，满足承载力及沉降要求；
2、开挖深度较深，隧道结构自重（W）＜置换土体重力（q）时
理论上基底不会产生新的附加应力，但还需根据基底地质条件确定是否处理。
a：若基底地质较好，则进行适当换填，满足工作面需求即可；
b：若基底为软土（淤泥、淤泥质类），承载力极低，不满足施工工作面需求，
亦须进行加固处理。
考虑到：①隧道基坑开挖后，层状土体应力释放，实际上仍以基底原状软土承载隧道结构；②降水施工后，地下水位恢复需1年左右，且后期经常因季节转换，地下水位发生变化，水位浮力不连续。
实际应用中，建议按“加固后地基承载力（fsp，k）＞W（结构自重）/B（隧道底板宽度）”的受力模式设计
2.2.3 隧道地基处理方案对基坑支护的影响
隧道地基处理与常规路基处理不同在于：不仅需考虑承载力要求，还需适当考虑地基处理后，对基坑内土的有一定的横向加固作用，以适当优化支护体系。
水泥搅拌桩或旋喷桩（注浆），对地基土有较好的加固作用，而CFG桩及预制管桩，因其桩间距较大，且为刚形状，对地基土的加固作用较弱。
3 下沉式隧道地基处理的方案选择
3.1 地基处理的理论计算
（1）、下沉式隧道基底附加应力计算
实际应用中，仅考虑隧道结构自重，不考虑开挖土体自重。
F（隧道基底应力）= W（结构自重）/A（隧道底板面积）
（2）、复合地基承载力计算
下沉式隧道底板均匀受力，一般要求复合地基承载力满足即可。
复合地基承载力：fsp，k=m×Rk/Ap+β×（1-m）×fs，k
其中，m为置换率，Rk为单桩承载力，Ap为桩截面积，β为桩间土发挥系数，fs，k为天然地基承载力；
单桩承载力计算：
按桩强度计算：Rk=μ×fcu×Ap，μ桩身强度折减系数，fcu为桩体抗压强度；
按桩体受力体系计算：Rk=qs×Up×L+α×Ap×qp，qs桩周平均摩阻力，Up桩周长，L为桩长，α为桩端承载力折减系数，qp为桩端承载力
当复合地基承载力（fsp，k）＞W（结构自重）B（隧道底板宽度）时，即满足隧道承载力要求。
3.2 地基处理方案介绍
目前，常规的地基处理方法有排水固结法、换填法、复合地基处理法等。
复合地基处理一般包括水泥搅拌桩、CFG桩及预制管桩等。实践表明，在施工质量控制较好的情况下，复合地基处理效果较好，基本能满足工程需要，适用于各类隧道工程的地基处理。按处理深度考虑，可采用悬浮桩或穿透软土层。另，在施工空间受限路段亦可采用高压旋喷桩。
3.3 地基处理方案的选择
在下沉式隧道地基处理设计中，应根据开挖深度和基底土的性质，结合抗浮设计，采用不同地基加固方法。同时要注意地下水的影响，做到安全适用，确保质量、经济合理，技术先进。
另外，还需适当考虑地基处理后，对基坑内土的有一定的横向加固作用，以适当优化支护体系。原则上处理深度满足的情况下，优先选用水泥搅拌桩处理。
（1）基底软弱土层深度小于1.5m时
若软土下卧层较好，满足承载力要求，则采用换填上层软土处理。但须考虑换填处理临时增加了基坑的深度，应适当加强基坑支护措施。
若软土下卧层地质一般，不满足承载力要求，推荐采用水泥搅拌桩短桩加固基底。
（2）基底软弱土层深度大于1.5m时
①抗浮桩抗浮段
推荐采用浅层复合地基处理方法（悬浮型或穿透型）。处理深度小于15m采用水泥搅拌桩穿透处理；处理深度大于15m时，采用悬浮、加密的水泥搅拌桩处理。
②其他路段
应采用穿透型复合地基处理，常规的搅拌桩、CFG桩、管桩即可，根据处理深度选取。
4 结语
本文通过对下沉式隧道地基处理原则、影响因素及处理方案进行综合论述后，阐明以下几个论点：
（1）理论上，下沉式隧道基底附加应力为结构自重扣减置换土体重力。实际应用中，①隧道基坑开挖后，层状土体应力释放，实际上仍以基底原状土体承载隧道结构；②降水施工后，地下水位恢复需1年左右，且后期因季节转换，地下水位经常发生变化，水位浮力不连续。考虑隧道工程为永久地下结构，从安全角度考虑，建议不考虑置换土体重力因素。
（2）隧道基底复合地基方案，结合地基条件、处理深度，可选用水泥搅拌桩、CFG桩、预制管桩等。结合基坑支护考虑，处理深度满足时，优先选用水泥搅拌桩。
（3）采用抗浮桩抗浮时，因其先行施工，可提供承载。实际工程中，隧道地基处理只要满足隧道底板承载力及施工工作面即可。根据地质情况可用换填法或浅层复合地基处理，基底软土较深时，可采用悬浮型水泥搅拌桩处理。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011。
[2]《公路软土地基路堤设计规范》 DB33/T 904-2013。
[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》 JTG D63-2007
[4]《土力学及地基基础》 丁金粟.虞石民.刘彦生 清华大学出版社
作者简介：
李钊，2005年毕业于湖南大学 土工工程专业，现就职于广东省交通规划设计研究院股份有限公司 市政设计分公司 从事管理、设计工作。
论文作者:李钊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/13
标签：地基论文; 隧道论文; 基底论文; 承载力论文; 深度论文; 基坑论文; 自重论文; 《基层建设》2017年第18期论文;