摘 要：天津地铁一号线改造工程是在原有地铁线路的基础上对车站和部分隧道进行重建，为了列车的运行安全，必须严格控制新旧隧道结构交接处的差异沉降。通过有限元数值分析，对所要采用的高压旋喷加固地基方案进行数值模拟，确定了加固方式和厚度。现场实测结果表明，此次数值模拟是符合实际的，所选取的方案是经济合理的。

　　1 前 言

　　在基坑工程当中，差异沉降往往是造成建筑物开裂、结构失效的主要原因之一。引起差异沉降的原因主要有：地基土层性质分布不均;基础顶面荷载分布不均;新旧结构相接处地基沉降不同。在紧邻既有结构物一侧进行基坑开挖和新结构的施作，如果地基的差异沉降控制不好就会引起构件的开裂失效。对于地下铁路而言，地基的差异沉降将会严重威胁列车运行安全。

　　天津地铁一号线工程是沿南北交通主轴在既有地铁线路的基础上进行的南延北伸。既有线路位于市区中心地铁一号线的中段，在拆除与旧车站相连的部分区间段的基础上，重新修建地铁区间隧道，将新建车站与既有区间隧道连接起来。这样大规模的地铁改造工程在世界范围内实属罕见。新旧区间隧道的差异沉降控制是改造工程中的技术难点和重点[1]，其研究结果对保证既有结构和列车运营的安全具有重大意义。该工程采用高压旋喷加固新建隧道下地基土的加固方案，本文通过有限元数值分析来确定其加固型式和厚度，并用现场观测的差异沉降数值进行的对照，结果表明，差异沉降控制措施是合理的。

　　2 工程概况

　　该工程位于天津市南开区地铁一号线西南角站，地貌上属冲积平原，地形较为平坦。勘探深度范围内土层自上而下共分 8 层，分别是第四系全新人工填土层、新近沉积层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层、第Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相层、第Ⅳ陆相层。岩性以杂填土、粉质黏土、粉土为主，土质松软多呈可塑～流塑状，属中高压缩性土。无地震可液化层，地震基本烈度为Ⅶ度。地下水埋深0.8～4 m，水位变幅 1～2 m，隧道埋深为 2.96 m。

　　3 差异沉降控制方案

　　在新旧区间隧道相接处，新建结构在基坑开挖、隧道体施工、覆土回填的过程中由于基底土体回弹和压缩会产生固结沉降，沉降量的大小与支护情况、基底土质、地下水位高低等因素有关;另一方面，既有地铁线路建于 1970 年，基底土经过长期的固结，沉降已趋于稳定。因此，在新旧结构相接处必然会产生一个差异沉降。然而，地铁运行安全的要求是该差异沉降值必须控制在 5 mm 范围内，否则将会危及列车运行安全。

　　在现有的地基加固处理方法当中，高压旋喷法是一种较为灵活有效的新方法，常用于复合地基中加固地基土以提高承载力和减少基础沉降。利用高压喷射注浆形成的固结体，还可以有效地纠正因基础不均匀沉降而导致的建筑物倾斜，充填有裂隙和洞穴的地层或地下工程壁后空隙。因此，为了严格地控制差异沉降，在新旧隧道相接的过渡段处，新结构隧道底板下采用高压旋喷法加固地基土，如图1 所示。基坑两侧采用咬合桩作为基坑的支护结构和止水帷幕，所用桩长 L=16.2 m，桩径φ=1 000mm;同时，在过渡段既有结构一侧 10 m 范围内的隧道两侧及基底下一定深度内分别设置 6 m和 3 m的纵横向高压旋喷桩止水帷幕来改变渗流路径，防止地下水向新隧道基坑内渗入，新旧隧道之间设置2 mm 的沉降缝。由于新结构坑底地基土加固是控制差异沉降的关键措施，因此有必要通过有限元数值计算来确定高压旋喷加固的型式和加固厚度。目前，在地铁基坑设计当中，经常采用的高压旋喷加固方法有基底水平面全断面加固、抽条加固以及旋喷桩加固 3 种型式。在本文的数值计算分析当中，采用 3 类对比方案：①基底不加固;②厚度分别为4 m，5 m，6 m 的全断面加固;③厚度分别为 4 m，5 m，6 m 的抽条加固(抽条宽度 2.066 m，间距从1m 开始逐渐加宽，增幅为 0.5 m)。钢筋砼隧道体的弹性模量E和泊松比μ分别为3.1×107kPa和0.2，咬合桩和高压旋喷桩体的 E 与 μ 分别为 2.5×107kPa和 0.25，各土层参数见表 1。

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