城市轨道交通隧道施工中的软土地层处理技术

【摘要】城市轨道交通隧道施工中，软土地层是施工过程中最容易遇到的地质问题之一，也是影响施工安全和质量的主要因素之一。本文综述了传统和新型软土地层处理技术，重点研究了土钉墙、桩柱加固、喷浆加固以及地铁盾构隧道施工中的软土地层处理技术，并分析了它们的优缺点和应用效果。研究结果表明，不同的软土地层处理技術可以根据具体情况选择使用，可以有效地提高施工质量和安全性。

【关键词】城市轨道交通；隧道施工；软土地层

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.032

Soft Soil Stratum Treatment Technology in Urban Rail Transit Tunnel Construction

CHAI Quancheng

（China Water Conservancy and Hydropower Seventh Engineering Bureau

Chengdu Hydropower Construction Engineering Co.， Ltd.， Chengdu 611130， China）

Abstract： In the construction of urban rail transit tunnel， soft soil stratum is one of the most easily encountered geological problems in the construction process， and it is also one of the main factors affecting the construction safety and quality. This paper summarizes the traditional and new soft soil stratum treatment technologies， focusing on soil nailing wall， pile column reinforcement， shotcrete reinforcement and soft soil stratum treatment technologies in subway shield tunnel construction， and analyzes their advantages and disadvantages and application effects. The research results show that different soft soil stratum treatment technologies can be selected and used according to specific conditions， which can effectively improve the construction quality and safety.

Key words： urban rail transit； tunnel construction； soft soil stratum

城市轨道交通是现代城市交通运输体系中重要的组成部分，隧道是城市轨道交通建设的核心部分。然而，城市轨道交通隧道施工中，软土地层是常见的地质问题之一，它会严重影响隧道施工的安全性和质量，甚至引发严重的工程事故。因此，研究城市轨道交通隧道施工中的软土地层处理技术，对于提高隧道施工的安全性和质量具有重要的意义。

1.1软土地层的特点和分类

软土地层是指含有大量水分和较少固体颗粒的土层，通常具有一定的压缩性、强度低、易发生流变性和渗透性等特点。根据软土的来源和特性，可以将其分为天然软土和人工填筑软土两类。

1.2软土地层的力学性质及其影响因素

软土地层的力学性质受到多种因素的影响，主要包括土层的含水量、土层的压缩性、土层的强度、土层的黏聚力和土颗粒之间的内摩擦力等。在隧道施工过程中，软土地层的变形和力学性质的变化会对隧道的稳定性和安全性产生重要影响。

1.3城市轨道交通隧道施工对软土地层的影响

隧道施工对软土地层会产生一定的影响，主要表现为土体压实、土体变形、孔隙水压力变化等。在隧道施工过程中，软土地层的变化可能会引发地面塌陷、隧道变形等安全问题。

1）土体压实：隧道施工需要在地下开挖，对周围的土体产生一定的侧向和竖向压力，从而引起土体压实。特别是在软土地层中，土体本身比较松散，容易受到挤压，施工过程中需要控制土体的变形，以保证隧道的稳定性。

2）土体变形：隧道施工中，土体受到的应力和变形会导致土体的变形和沉降，从而影响地表的稳定性。

3）孔隙水压力变化：隧道施工中，土体中的孔隙水压力会发生变化，从而影响地下水位和地下水流。在软土地层中，孔隙水压力对土体的稳定性和承载力具有重要的影响，需要对孔隙水压力进行监测和控制。

4）安全问题：隧道施工过程中，软土地层的变化可能会引发地面塌陷、隧道变形等安全问题，对地下管线和周围建筑物也会产生一定的影响。

2.1传统软土地层处理技术

传统软土地层处理技术主要包括挖土加固、土钉墙加固和灌浆加固等。这些技术在实践中得到了广泛的应用，但存在一定的缺陷，如施工时间长、成本高等问题。

2.2新型软土地层处理技术

新型软土地层处理技术包括桩柱加固、高压水射流加固和地下冻结加固等。这些技术具有施工时间短、成本低、施工效果好等优点，成为当前软土地层处理技术的研究热点。

2.3相关工法的优缺点分析

传统软土地层处理技术施工周期长、成本高、效果不稳定；新型软土地层处理技术施工时间短、成本低、效果稳定。不同的处理技术可以根据具体情况选择使用，见表1。

3.1土钉墙技术在软土地层中的应用

土钉墙是通过在土壤中插入钢筋或钢筋混凝土制成的钉杆，将其与墙体组成一定的夹角固定在软土地层中，形成一个具有一定抗剪和抗拔强度的支撑结构。土钉墙的主要作用是增强软土地层的整体稳定性和抗剪强度，同时也能够减小软土地层的变形和沉降。在隧道施工中，土钉墙还能够控制地下水位，提高施工的安全性和稳定性。

土钉墙的施工过程一般分为三个步骤：预处理、土钉布置和喷涂混凝土。

首先进行预处理，包括软土地层的开挖、清理和加固等，以保证软土地层的整体稳定性。然后根据设计要求，在软土地层中布置钢筋或钢筋混凝土制成的土钉，将其与墙体固定在一起，并进行墙体的加固。最后在土钉墙的表面喷涂混凝土，以提高墙体的整体强度和稳定性。

土钉墙作为一种传统的软土地层处理技术，在城市轨道交通隧道施工中得到了广泛的应用。通过加固软土地层，土钉墙能够提高软土地层的整体稳定性和抗剪强度，同时也能够减小软土地层的变形和沉降。在隧道施工中，土钉墙还能够控制地下水位，提高施工的安全性和稳定性。

3.2桩柱加固技术在软土地层中的应用

桩柱加固技术是一种较新型的软土地层处理技术，主要包括钢筋混凝土桩、复合地基桩、灌注桩、螺旋桩、岩石填充桩、搅拌桩等多种形式。在隧道施工中，桩柱加固技术能够增加软土地层的承载能力和抗剪强度，减小软土地层的变形和沉降，提高隧道施工的安全性和稳定性。

桩柱加固技术的施工过程中，需要先进行土体的钻孔、振动、压实等处理，然后再进行钢筋混凝土浇筑、灌浆加固等工序。与土钉墙相比，桩柱加固技术具有抗侧压性能较强、承载能力更高、整体稳定性更好等优点，但施工周期较长，成本也相对较高。

桩柱加固技术在隧道施工中的应用案例比较多，例如广州地铁2号线的花地湾站、深圳地铁7号线的大铲岭站等都采用了桩柱加固技术。此外，近年来随着技术的不断发展和完善，桩柱加固技术也逐渐形成了多样化和高效化的施工形式，例如现浇桩、预制桩、螺旋桩和搅拌桩等，能够满足不同地质条件下的需求。

3.3喷浆加固技术在软土地层中的应用

喷浆加固技术是一种常见的软土地层处理技术，可以通过喷射高压浆料来提高软土地层的强度和稳定性。喷浆加固技术的优点在于无需大量挖土，可以大大减少施工对周围环境的影响，同时还可以控制地下水位和减少地表沉降。在城市轨道交通隧道施工中，喷浆加固技术的应用也越来越广泛。

喷浆加固技术的施工过程包括浆液的调配、高压喷射和养护三个阶段。在调配浆液时，需要根据软土地层的特性选择适当的材料，并根据实际需要进行加固深度和浆液比例的调整。在喷射过程中，需要使用高压泵将浆液喷射到软土地层中，形成一定厚度的加固层。在养护阶段，需要对加固层进行一定的养护，使其达到预期的强度和稳定性。

喷浆加固技术的施工效果受到多种因素的影响，如浆液配合比、施工压力、喷射时间等。在实际应用中，由于软土地层的性质不同，施工效果也会有所差异。因此，需要根据实际情况进行调整和优化。

喷浆加固技术的应用也存在一定的局限性。首先，喷浆加固需要使用高压泵和其他设备，施工成本较高。其次，喷浆加固技术存在喷浆量控制难度大、施工效果不稳定等问题，需要经验丰富的工程师进行技术掌握和施工管理。

3.4地铁盾构隧道施工中软土地层的处理技术

地铁盾构隧道施工中需要处理软土地层，常用的处理技术包括土钉墙、桩柱加固和喷浆加固等。不同的软土地层处理技术可以根据地质条件和施工要求灵活选择，以保证隧道施工的安全性和稳定性。

3.4.1土钉墙技术在地铁盾构隧道施工中的应用

土钉墙技术在地铁盾构隧道施工中的应用范围比较广泛，主要用于软土地层的加固和支护。土钉墙加固后的软土地层能够提高地层的整体稳定性和抗剪强度，同时还可以控制地下水位，减少地表沉降。在施工过程中，需要注意土钉墙的稳定性和刚度，以防止墙体变形和开裂等问题。

3.4.2桩柱加固技术在地铁盾构隧道施工中的应用

桩柱加固技术在地铁盾构隧道施工中也有一定的应用。该技术主要是通过钻孔成孔，灌注灰浆或水泥混凝土，形成一定间距的桩柱体，来提高软土地层的承载力和稳定性。桩柱加固技术相对于土钉墙技术具有更大的抗侧力和抗拉力，适用于一些地层条件较为复杂的地区。

3.4.3喷浆加固技术在地铁盾构隧道施工中的應用

喷浆加固技术在地铁盾构隧道施工中也有应用，但需要注意喷浆量的控制和施工效果的稳定性。喷浆加固技术可以通过喷射高压浆料来加固软土地层，提高地层的强度和稳定性，同时还可以控制地下水位和减少地表沉降。但是，喷浆加固技术的施工效果容易受到地质条件和施工环境的影响，需要仔细评估和预测施工效果。

城市轨道交通隧道施工中的软土地层处理技术研究是一个复杂而又实用的问题，需要综合考虑地质条件、施工要求和技术效果等因素，灵活选择相应的处理技术。传统的土钉墙、桩柱加固和喷浆加固等技术在软土地层处理中已经得到广泛应用，并在实践中逐步完善和优化。未来，随着技术的不断进步和发展，相信城市轨道交通隧道施工中的软土地层处理技术将会得到更好的应用和发展。

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【作者简介】

柴全成，男，1987年出生，工程师、经济师，学士，研究方向为地铁高架桥、车站施工。

（编辑：于淼）