凌建明，譚 悅，袁 捷

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804）

隨著航空交通量的快速增長(zhǎng)，大量樞紐、干線(xiàn)機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)了運(yùn)能緊張的局面。為了提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)輸能力，機(jī)場(chǎng)開(kāi)始對(duì)飛行區(qū)進(jìn)行改擴(kuò)建。為了避免對(duì)機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行的影響，大部分機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程選擇了不停航施工，但改擴(kuò)建工程必然會(huì)面臨新老道面的拼接，而拼接段的新道面施工會(huì)改變老道面周邊土體的平衡狀態(tài)。類(lèi)似土體開(kāi)挖、基礎(chǔ)處理、結(jié)構(gòu)層施工等環(huán)節(jié)，勢(shì)必會(huì)對(duì)老道面產(chǎn)生影響。由于機(jī)場(chǎng)運(yùn)行對(duì)安全要求等級(jí)高，拼接段施工對(duì)老道面尤其是跑道道面的影響，必須要控制在合理范圍內(nèi)。但由于機(jī)場(chǎng)的特殊性，國(guó)內(nèi)外很少開(kāi)展拼接工程對(duì)道面影響的研究工作。

本課題組依托虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)擴(kuò)建工程，對(duì)新建9條聯(lián)絡(luò)道與既有跑道的拼接工程從施工到投入運(yùn)行進(jìn)行了全程監(jiān)測(cè)。通過(guò)全面監(jiān)測(cè)，得到拼接工程施工對(duì)既有跑道的影響規(guī)律。

拼接部位平面示意圖如圖1所示，新建道面與既

1 監(jiān)測(cè)方案

機(jī)場(chǎng)類(lèi)似工程較少，開(kāi)展的相關(guān)研究也不多?？刹榈降闹挥薪鸹吹萚1－2]對(duì)盾構(gòu)下穿首都機(jī)場(chǎng)時(shí)進(jìn)行了全面高程監(jiān)測(cè)。本次監(jiān)測(cè)方案的制定主要借鑒公路中的新老路基拼接工程監(jiān)測(cè)[3－7]。

為全面反映拼接工程施工對(duì)跑道道面的影響，在每個(gè)拼接段區(qū)域的跑道道面上選取2個(gè)橫斷面進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，并對(duì)每個(gè)拼接區(qū)域的土體進(jìn)行水平位移、豎向位移、孔隙水壓力及地下水位監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目明細(xì)Tab.1 Monitoring detail

土體水平位移、豎向位移、孔隙水壓力及地下水位監(jiān)控點(diǎn)位布設(shè)方案的縱斷面如圖3所示，道面高程監(jiān)測(cè)斷面及土體監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位布設(shè)平面圖如圖4所示。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.1 跑道道面沉降監(jiān)測(cè)

自2009年3月開(kāi)始，對(duì)跑道道面高程進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀(guān)測(cè)，至2010年5月，已連續(xù)觀(guān)測(cè)14個(gè)月，共進(jìn)行了20余次高程測(cè)量。如表2所示，計(jì)算得到了2008年3月到2010年5月期間道面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的累計(jì)沉降量。其中1#～5#表示一個(gè)測(cè)試橫斷面上的5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為跑道斷面5等分點(diǎn)。其中5#點(diǎn)與拼接段相鄰。

表2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降Tab.2 Total settlement of monitoring points

對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖5所示。

由圖4可以看出，跑道道面表面高程變化不大，超過(guò)60%的測(cè)點(diǎn)豎向位移小于3 mm，只有6%的測(cè)點(diǎn)豎向位移達(dá)到了9～12 mm，最大值為12 mm。相對(duì)而言，與拼接段相鄰一側(cè)道面高程變化要顯著一些。

2.2 地下水位監(jiān)測(cè)

從2009年6月到2010年6月，共測(cè)地下水位30次。一個(gè)季度的地下水位平均值對(duì)比數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 地下水位監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.3 Monitoring results of ground water table

將表3的測(cè)試結(jié)果以圖形表示，如圖6所示。

如圖6所示，從施工期到運(yùn)營(yíng)期，拼接段區(qū)域地下水位較為穩(wěn)定。在正常氣候條件下，地下水位通常都在地下1.2～1.5 m。其中前4～6月地下水位距地表只有0.2～0.4 m，這是由于當(dāng)時(shí)處于雨季，地下水位較平常要高。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，拼接工程施工對(duì)周邊土體內(nèi)的地下水位影響不大。

2.3 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

從各個(gè)道口拼接段施工開(kāi)始，進(jìn)行為期1年的定期觀(guān)測(cè)，孔隙水壓力共測(cè)試30次。每個(gè)道面施工時(shí)間大約為3個(gè)月，以每3個(gè)月測(cè)試結(jié)果的平均值作為評(píng)價(jià)單位進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.4 Monitoring results of pore-water pressure

將測(cè)試數(shù)據(jù)以圖形形式表示，如圖7所示。

當(dāng)深層土體沒(méi)有超孔隙水壓力時(shí)，孔隙水壓力p=ρgh，其中h為測(cè)點(diǎn)到地下水位頂面的距離。但通常周邊區(qū)域施工時(shí)會(huì)引起土體撓動(dòng)，由于土顆粒、水和空氣的三相受力特性，一般會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)超孔隙水壓力現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從表4和圖6可以看出以下規(guī)律：

1）施工會(huì)引起土體產(chǎn)生超孔隙水壓力，深度越大，影響越小。施工期間在深度2.5 m處，超孔隙水壓力最大可達(dá)正常孔隙水壓力的1.98倍。該值在深度4.0 m處為1.57，深度6.0 m處為1.30，深度7.0 m處為1.20。

2）施工3個(gè)月后，2.5 m處超孔隙水壓力最大為正?？紫端畨毫Φ?.67倍，深度4.0 m處最大為1.42倍，深度6.0 m處最大為1.25倍，深度7.0 m處最大為1.16倍。

3）施工1年后，2.5 m處超孔隙水壓力最大為正常孔隙水壓力的1.27倍，深度4.0 m處最大為1.15倍，深度6.0 m處最大為1.10倍，深度7.0 m處最大為1.08倍。

由此可見(jiàn)，拼接工程施工會(huì)使周邊土體出現(xiàn)超孔隙水壓力，最大為正?？紫端畨毫Φ慕?倍，影響深度超過(guò)了7 m。在施工1年后深層土體超孔隙水壓力基本消散，淺層土體還殘留一定的超孔隙水壓力。

2.4 分層沉降

從各個(gè)道口拼接段施工開(kāi)始便對(duì)9個(gè)拼接段深層土體豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)深度1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 和 7.0 m 這 7 個(gè)點(diǎn)位的豎向位移，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位從施工到2010年5月這期間的積累豎向位移如圖8所示。

從圖8中可以得到以下結(jié)論：

1）拼接工程施工會(huì)引起周邊土體產(chǎn)生豎向位移，在近1年時(shí)間內(nèi)，淺層土體最大累計(jì)豎向位移達(dá)到近40 mm；

2）深度達(dá)到7 m時(shí)，拼接工程施工引起的土體豎向位移量已很小，通常為2～3 mm?？梢哉J(rèn)為，從豎向位移指標(biāo)來(lái)看，拼接工程施工對(duì)土體影響的顯著性在深度超過(guò)7 m后已非常低；

3）施工期間及工后3個(gè)月的累計(jì)豎向位移占總量的90%以上。

2.5 測(cè)斜

測(cè)斜主要測(cè)試深層土體的水平向位移。截止2010年5月31日，共完成測(cè)斜測(cè)試10次。共有7個(gè)道口，每個(gè)道面有深0.5～7.0 m共14個(gè)測(cè)試點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位的累計(jì)水平方向位移統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖9所示。

由圖9可以得出以下結(jié)論：

1）拼接工程施工會(huì)引起周邊土體產(chǎn)生水平方向位移，且深度越淺影響程度越大；

2）淺層土體水平方向位移一般小于30 mm，只有個(gè)別道面水平位移達(dá)到近60 mm；

3）當(dāng)深度達(dá)7.0 m時(shí)，土體水平方向位移一般小于10 mm，相對(duì)淺層土體而言影響較小。從水平位移指標(biāo)來(lái)看，拼接工程施工對(duì)土體的影響深度不超過(guò)7.0 m；

4）施工期間及工后3個(gè)月的累計(jì)水平位移占總量的90%以上。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)西區(qū)擴(kuò)建工程與既有跑道拼接段的持續(xù)監(jiān)測(cè)及對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可得到以下結(jié)論：

1）拼接工程對(duì)道面高程有一定影響，但影響程度較小，超過(guò)60%的測(cè)點(diǎn)高程變化量小于3 mm，最大為12 mm，對(duì)跑道運(yùn)行影響較??；

2）拼接工程對(duì)周邊土體地下水位影響不大；

3）拼接工程會(huì)引起周邊土體產(chǎn)生超孔隙水壓力，最大可達(dá)到正?？紫端畨毫Φ慕?倍，深層土體超孔隙水壓力在施工結(jié)束1年后基本消散；

4）拼接工程會(huì)引起周邊土體產(chǎn)生水平位移和豎向位移，最大水平位移近60 mm，最大豎向位移近40 mm，但深度超過(guò)7.0 m后影響較小；

5）下步分析可采用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值仿真，將仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，得到適用性更廣泛的規(guī)律。

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