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摘要：地震液化极有可能导致严重的地下结构破坏，已成为工程领域中重要的研究课题。目前国内在可液化地层地铁抗震设计及施工的经验尚少，且现行的规范在针对液化地层的处理仅为原则性要求，现实中如何实施很难把握。本文以徐州地铁2号线盾构隧道下穿轻微～中等液化粉土层为背景，结合地震液化机理，抗震规范为基础，结合数值模拟，给出了液化地层位于地铁盾构隧道上部液化处理措施建议，并结合各项措施进行了分析。分析结果表明：抗液化措施应根据液化地层与隧道关系，液化地层的厚度，液化等级等综合确定。在结构承载力验算中应考虑液化引起的土压力增加的影响，抗浮稳定性验算中应考虑摩阻力减小及浮力增加的影响。注浆加固对盾构区间抗地震液化是有利的。
关键词：地震粉土液化盾构区间抗液化措施
引言
由于线网的规划及城市的地理位置条件，许多城市不可避免的会遇到地铁盾构隧道下穿液化地层的问题。国内对液化问题的重视始于1976年唐山大地震。目前我国针对抗震的规范有《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）、《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）（2009年版）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版），虽然这三本规范给出了原则性指导意见，但现实中如何实施很难把握。
因各地区的地震加速度峰值及加速度反应谱，液化地层与盾构隧道的关系各不相同，针对液化的处理措施因此不能一概而论。
本文针对徐州徐州地铁2号线盾构隧道下穿轻微一中等液化粉土层经过理论及数值模拟分析，对液化地层处于盾构隧道上部提出了有针对性，可操作性的处理方案，为以后类似工程设计及施工提供参考及建议。
1、液化机理
土体液化只饱和的砂土、粉土在地震里的作用下，瞬间失去强度，由固态转化为液态的过程。原先饱和的砂土、粉土颗粒间充满水，地震作用下，土颗粒与水之间相互作用，土颗粒的有效应力降低，水的有效应力增加。当土颗粒有效应力降低为零时，土体颗粒之间不再有力进行传递，土颗粒将悬浮在水中，随水而流动，这就是土体液化的过程。
2、工程概况
徐州地铁2号线某区间盾构段主要穿越地层为粉土2-5-3层、粉土2-5-4层、粉质黏土3-4-3层、黏土5-3-4层，结构底板下伏黏土5-3-4层。本区间穿越液化土层结构顶板覆土为9.6～13.4m。2-5-3、2-5-4粉土层为可液化土层，液化等级为中等及轻微，液化土多位于区间结构顶板以上或区间隧道上部范围内，隧道底以下为黏土层。
3、震陷及抗浮分析
3.1震陷分析
根据地勘地勘单位提供的地质纵断面图的液化范围与盾构区间位置分析，液化范围均位于盾构隧道拱腰以上，如图1。该场地为中等液化场地，液化进入隧道拱腰上方约2.8米，该处的覆土厚度为10米。根据区间隧道与地质液化范围的关系，区间隧道拱腰以下均位于不液化地层，不存在震陷的情况。
3.2抗浮分析
地震液化后，土颗粒之间的有效应力减小、孔隙水压力增大。抗浮计算中，盾构的浮力用水的重度或者用悬浊液的重度计算都不尽合理，因此可参照《铁路工程抗震设计规范》中土层的液化抵抗率对土体的有效应力乘以折减系数进行折减，减下来的部分增加在水浮力上，如图2。
4、液化及加固对结构受力影响的分析
在地震发生至结束过程中，盾构管片的受力存在以下几种工况：
（1）未发生地震，正常使用工况；
（2）发生地震，但未产生液化的工况；
（3）发生地震，产生液化的工况；
盾构隧道消除或部分消除液化的处理措施较多的采用洞内二次注浆对液化地层进行加固。按加固厚度不同，分为几种注浆加固的工况进行分析。
（4）发生地震，产生液化，加固范围0.15m的工况；
（5）发生地震，产生液化，加固范围0.50m的工况；
（6）发生地震，产生液化，加固范围1.00m的工况；
（7）发生地震，产生液化，加固范围2.00m的工况；
（8）发生地震，产生液化，加固范围3.00m的工况；
采用的计算方法为反应位移法，采用的软件为SPA84有限元软件。另采用Midas-GTS有限元软件校验。其计算结果如表2所示。
根據以上分析数据可知：盾构隧道结构在地震不液化工况及地震液化工况下，管片内力比于正常使用工况小。对液化范围进行加固，当地震发生液化时，管片位移最大值及径向位移差均呈减小趋势。
5、结论及建议
液化地层下的抗液化措施要做到经济合理，必须结合对铁隧道与液化土层的相互关系，液化等级，液化层厚度层综合确定。针对轻微一中等液化土层位于盾构隧道上部的情况得出以下结论及建议。
（1）区间拱腰以下为不液化地层，不需要对液化震陷情况做特殊加固处理。
（2）盾构区间结构受力为正常使用工况控制。
（3）地震液化时应根据液化土层厚度及液化抵抗折减后计算抗浮。
（4）对液化地层进行加固，可改善结构受力。随着加固体厚度增加，隧道结构内力及径向位移差成减小趋势。加固对隧道管片受力及变形是有利的
（5）建议提高盾构液化段的同步注浆浆液性能，保证同步注浆的效果。
（6）建议适当提高二次注浆的注浆压力，增加注浆量，适当扩大地层固结范围。
（7）建议考虑液化地层与非液化地层相邻环的变形协调性，加强管片连接螺栓强度及接缝防水性能。
关键词：地震粉土液化盾构区间抗液化措施
引言
由于线网的规划及城市的地理位置条件，许多城市不可避免的会遇到地铁盾构隧道下穿液化地层的问题。国内对液化问题的重视始于1976年唐山大地震。目前我国针对抗震的规范有《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）、《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）（2009年版）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版），虽然这三本规范给出了原则性指导意见，但现实中如何实施很难把握。
因各地区的地震加速度峰值及加速度反应谱，液化地层与盾构隧道的关系各不相同，针对液化的处理措施因此不能一概而论。
本文针对徐州徐州地铁2号线盾构隧道下穿轻微一中等液化粉土层经过理论及数值模拟分析，对液化地层处于盾构隧道上部提出了有针对性，可操作性的处理方案，为以后类似工程设计及施工提供参考及建议。
1、液化机理
土体液化只饱和的砂土、粉土在地震里的作用下，瞬间失去强度，由固态转化为液态的过程。原先饱和的砂土、粉土颗粒间充满水，地震作用下，土颗粒与水之间相互作用，土颗粒的有效应力降低，水的有效应力增加。当土颗粒有效应力降低为零时，土体颗粒之间不再有力进行传递，土颗粒将悬浮在水中，随水而流动，这就是土体液化的过程。
2、工程概况
徐州地铁2号线某区间盾构段主要穿越地层为粉土2-5-3层、粉土2-5-4层、粉质黏土3-4-3层、黏土5-3-4层，结构底板下伏黏土5-3-4层。本区间穿越液化土层结构顶板覆土为9.6～13.4m。2-5-3、2-5-4粉土层为可液化土层，液化等级为中等及轻微，液化土多位于区间结构顶板以上或区间隧道上部范围内，隧道底以下为黏土层。
3、震陷及抗浮分析
3.1震陷分析
根据地勘地勘单位提供的地质纵断面图的液化范围与盾构区间位置分析，液化范围均位于盾构隧道拱腰以上，如图1。该场地为中等液化场地，液化进入隧道拱腰上方约2.8米，该处的覆土厚度为10米。根据区间隧道与地质液化范围的关系，区间隧道拱腰以下均位于不液化地层，不存在震陷的情况。
3.2抗浮分析
地震液化后，土颗粒之间的有效应力减小、孔隙水压力增大。抗浮计算中，盾构的浮力用水的重度或者用悬浊液的重度计算都不尽合理，因此可参照《铁路工程抗震设计规范》中土层的液化抵抗率对土体的有效应力乘以折减系数进行折减，减下来的部分增加在水浮力上，如图2。
4、液化及加固对结构受力影响的分析
在地震发生至结束过程中，盾构管片的受力存在以下几种工况：
（1）未发生地震，正常使用工况；
（2）发生地震，但未产生液化的工况；
（3）发生地震，产生液化的工况；
盾构隧道消除或部分消除液化的处理措施较多的采用洞内二次注浆对液化地层进行加固。按加固厚度不同，分为几种注浆加固的工况进行分析。
（4）发生地震，产生液化，加固范围0.15m的工况；
（5）发生地震，产生液化，加固范围0.50m的工况；
（6）发生地震，产生液化，加固范围1.00m的工况；
（7）发生地震，产生液化，加固范围2.00m的工况；
（8）发生地震，产生液化，加固范围3.00m的工况；
采用的计算方法为反应位移法，采用的软件为SPA84有限元软件。另采用Midas-GTS有限元软件校验。其计算结果如表2所示。
根據以上分析数据可知：盾构隧道结构在地震不液化工况及地震液化工况下，管片内力比于正常使用工况小。对液化范围进行加固，当地震发生液化时，管片位移最大值及径向位移差均呈减小趋势。
5、结论及建议
液化地层下的抗液化措施要做到经济合理，必须结合对铁隧道与液化土层的相互关系，液化等级，液化层厚度层综合确定。针对轻微一中等液化土层位于盾构隧道上部的情况得出以下结论及建议。
（1）区间拱腰以下为不液化地层，不需要对液化震陷情况做特殊加固处理。
（2）盾构区间结构受力为正常使用工况控制。
（3）地震液化时应根据液化土层厚度及液化抵抗折减后计算抗浮。
（4）对液化地层进行加固，可改善结构受力。随着加固体厚度增加，隧道结构内力及径向位移差成减小趋势。加固对隧道管片受力及变形是有利的
（5）建议提高盾构液化段的同步注浆浆液性能，保证同步注浆的效果。
（6）建议适当提高二次注浆的注浆压力，增加注浆量，适当扩大地层固结范围。
（7）建议考虑液化地层与非液化地层相邻环的变形协调性，加强管片连接螺栓强度及接缝防水性能。