李文廣

（北京中航空港建設(shè)工程有限公司，北京 101399）

前言

機(jī)場建設(shè)內(nèi)容較多，且機(jī)場滑行道的質(zhì)量要求相對較高，由此各種施工技術(shù)的出現(xiàn)有效解決機(jī)場施工難度高、效率低、安全性差等問題。而在對過去相對較多的穿越建筑物和管線以及隧道建成的案例分析中，發(fā)現(xiàn)其風(fēng)險性較高，且盾構(gòu)穿越機(jī)場滑行道施工的案例相對較少，由此本文借此背景簡要的探討機(jī)場滑行道盾構(gòu)穿越施工的相關(guān)內(nèi)容。本次工程以南京到南淳城際快速軌道南京南站到祿口機(jī)場站工程TA01-1 標(biāo)祿口機(jī)場站-1 號盾構(gòu)井段施工作業(yè)為例，在前期的準(zhǔn)備工作和試驗(yàn)段施工作業(yè)中進(jìn)行參數(shù)的獲取，并以下穿段施工作業(yè)和相關(guān)監(jiān)測措施來作為本工程研究的重點(diǎn)內(nèi)容。最終結(jié)果表示該技術(shù)有著良好的施工成效，已經(jīng)形成一套完整的地鐵盾構(gòu)區(qū)間穿越機(jī)場滑行道的施工技術(shù)體系，可供類似工程作為參考案例。

一、工程背景及分析

本工程主要為南京到南淳城際快速軌道南京南站到祿口機(jī)場站工程TA01-1 標(biāo)祿口機(jī)場站-1 號盾構(gòu)井段施工作業(yè)，該區(qū)域區(qū)間隧道中，左線設(shè)計(jì)的里程起終段為ZDK0+671.000--ZDK2+669.910，總長度為1998.97m；右線起終里程長度為1999.00m，其中隧道拱頂部的覆土為5.60--19.40m。

本段施工線路設(shè)計(jì)為“W”形式的縱坡，最大縱坡為7.5%，長度為913m，最小的豎曲線半徑為3000.0m（R）。在里程YDK0+671.000--YDK1+041.877、總長度為370.9m 的范圍內(nèi)進(jìn)行下穿機(jī)場停機(jī)坪和滑行道施工作業(yè)，此段覆土的高度為5.6-11.0m。本段地層主要位于粉質(zhì)粘土、中風(fēng)化和全風(fēng)化安山巖層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件軟硬布局均勻，上下軟硬不均勻，也有著沿著線路走向的軟硬交替情況，形式復(fù)雜多變。

二、施工措施分析

（一）穿越前技術(shù)

1.注漿孔增加

在本次工程中，需要將機(jī)場道面下的管片增加注漿孔，每一塊增加2 個，共15個[1]。不同注漿孔的增加既保障二次注漿本身的針對性更強(qiáng)，也防止了多次壁后注漿所發(fā)生的注漿孔堵塞的情況，進(jìn)而對后期的沉降距離控制造成一定的困難。

2.改制刀盤

針對機(jī)場段穿越本身的地層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的情況進(jìn)行分析，決定在盾構(gòu)機(jī)的刀盤上設(shè)定三個定向的鉆孔，以此來進(jìn)行選擇性的取芯和超前注漿等操作。并且將刀盤的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，原有轉(zhuǎn)速為2.3rpm，現(xiàn)調(diào)整到3.0rpm，以此來增加盾構(gòu)機(jī)刀盤切削土體的能力。

3.優(yōu)化盾構(gòu)機(jī)同步的注漿設(shè)備

同步注漿過程中，采取2 套SCHWING 雙出料口系統(tǒng)作為注漿作業(yè)的系統(tǒng)。

（1）增設(shè)同步注漿孔。將原有通向盾尾的注漿管路和注漿孔進(jìn)行改造，原有注漿管路為2 套不動，將原有4 個注漿孔改造為現(xiàn)在的5 個注漿孔，減少在實(shí)際施工作業(yè)中堵管問題的發(fā)生，可對地面沉降做好有效控制，并且也可減少對機(jī)場正常運(yùn)行的秩序影響[2]。

（2）開孔盾構(gòu)機(jī)。在盾構(gòu)機(jī)的開口環(huán)和盾尾環(huán)的環(huán)向上增加5 個定向鉆孔，以此實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)減少摩擦、背土、進(jìn)出洞止水加固期間向盾構(gòu)機(jī)外部壓注漿液，以及必要時進(jìn)行多角度的定向超前注漿作業(yè)的目標(biāo)。

4.優(yōu)化漿液

采取相互適應(yīng)的單漿液作為同步注漿的漿液形式，該漿液在壓注的初期，其本身得屈服值就相對較高，且有著較小的壓縮性和泌水性，能夠?qū)λ淼赖纳细∵M(jìn)行有效控制[3]。

（二）試驗(yàn)段施工作業(yè)

1.地質(zhì)補(bǔ)勘

地質(zhì)補(bǔ)勘作業(yè)中，需要對盾構(gòu)軸線兩側(cè)、且距離隧道中心線兩側(cè)6.0m 的位置各自取1 個孔作為地質(zhì)補(bǔ)勘點(diǎn)，深度取盾構(gòu)下部2.0m 的位置，每個勘察點(diǎn)之間需要保持5.0m 的距離。在補(bǔ)勘點(diǎn)位上的補(bǔ)勘孔，其直徑大約在13cm，深度約為21.0m，在隧道的頂部保障10.5m 的埋深深度。結(jié)合詳細(xì)的地質(zhì)補(bǔ)勘來細(xì)化的了解沿線地質(zhì)情況。

2.模擬推進(jìn)

在里程YDK1+041.877 到+141.877（ZDK1+041.741 到+141.742）、且穿越100m的設(shè)定區(qū)域定為祿口機(jī)場穿越的模擬推進(jìn)段，在試驗(yàn)段需要分析土體的壓力、推進(jìn)的速度、出土量和注漿量以及注漿壓力和地面沉降關(guān)系等內(nèi)容，以此來對該區(qū)間的盾構(gòu)推進(jìn)土體沉降變化的規(guī)律以及土體性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)掌握，對穿越段施工作業(yè)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，且可利用針對性的措施來減少土體沉降的范圍。

三、改良渣土措施分析

對渣土進(jìn)行改良的原理為，在渣土中注入15-30L/min 的泡沫原液和150-200L/min 的壓縮空氣，需要保障發(fā)泡率在10-15 倍，此時的效果比較明顯，并且所產(chǎn)生的氣泡也不容易破裂，渣土可被改良，倉內(nèi)土體的穩(wěn)定性也會得到一定的保障[4]。

四、穿越期間的參數(shù)控制方法

（1）所選擇的平衡壓力值為1.2bar。

（2）出土量控制經(jīng)過公式計(jì)算為39.67m3。管片的環(huán)寬度為1.2m，在巖層掘進(jìn)過程中，經(jīng)過盾構(gòu)所開挖出來的土體需要對其松散系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)考慮，保障每一環(huán)的出土量在53m3。

（3）對推進(jìn)速度進(jìn)行設(shè)定，一般正常推進(jìn)的速度需要控制每分鐘2 到3cm 之間[5]。

（4）采取高比重的單漿液進(jìn)行同步注漿作業(yè)，內(nèi)部原料有粉煤灰、砂、添加劑、石灰和水。在壓注初期就會有著較高的屈服值，且有著較小的壓縮性和泌水性，能夠?qū)Φ孛娴某两岛退淼郎细〉惹闆r進(jìn)行有效控制。其盾構(gòu)的外徑為6.49m，管片的外徑為6.20m[6]。經(jīng)過公式的計(jì)算可以了解到，每進(jìn)行一環(huán)的推進(jìn)，其建筑的空隙則為3.46m3。其中每一環(huán)的壓漿量需要保持在建筑空隙的150-180%之間，也就是5.1-6.2m3之間。

（5）在施工作業(yè)中如果需要糾正隧道的軸線、環(huán)面的傾斜角度或者是平整度時，需要采取專用的楔料進(jìn)行糾正處理，以此糾正的量不可超出5mm。

（6）二次注漿。在壁后進(jìn)行二次注漿期間，需要采取雙液漿進(jìn)行關(guān)注，配重比例為：水∶水泥∶水玻璃=0.5 ∶1.0 ∶0.3，如果襯砌在盾尾位置脫出，此時則需要進(jìn)行二次補(bǔ)注漿作業(yè)，每相隔3-5 環(huán)，就在隧道的周圍形成一道“環(huán)箍”，這時可促進(jìn)隧道的縱向位置形成一條止水隔離帶。隨后對其實(shí)際的沉降情況進(jìn)行觀測，每相隔5 到7 環(huán)之間再以具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)漿作業(yè)。

五、現(xiàn)場監(jiān)測和沉降分析

（一）布置監(jiān)測點(diǎn)

在地表布置沉降監(jiān)測點(diǎn)，點(diǎn)位應(yīng)當(dāng)在盾構(gòu)穿越祿口機(jī)場范圍內(nèi)的監(jiān)測區(qū)域縱向延伸370m 大約為308 環(huán)，區(qū)域內(nèi)部沿著中心線，和兩側(cè)的6,12,8m 布置監(jiān)測點(diǎn)，共7 排，每一排的間距大約在5 環(huán)（6m）的范圍內(nèi)，最終可形成方格網(wǎng)狀的監(jiān)測點(diǎn)布置結(jié)構(gòu)。

（二）監(jiān)測儀器布置與方法

利用全站儀三維紅外掃描技術(shù)進(jìn)行全天候的沉降情況監(jiān)測，并且定期采取人工幾何水準(zhǔn)來進(jìn)行對比監(jiān)測。

以平行隧道邊線15m 的范圍內(nèi)作為監(jiān)測區(qū)域，利用標(biāo)準(zhǔn)測程最長的全站儀進(jìn)行監(jiān)測，一般所監(jiān)測的范圍不能超出200m。根據(jù)370m 左右的范圍在監(jiān)測區(qū)域的兩端各設(shè)置一臺監(jiān)測儀器。

（三）報警值的監(jiān)測

結(jié)合《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的內(nèi)容可以明確以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

（1）地表最大的隆沉量為+10mm 到-30mm 的范圍內(nèi)，速率需要在3mm/d 范圍以下。

（2）隧道拱頂部的沉降需要在20mm 的范圍下，速率需要≤3mm/24h。

（3）板塊之間的差異沉降不能超出1.5cm。

（四）分析監(jiān)測數(shù)據(jù)

本次選擇3 點(diǎn)典型的斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，3 個斷面管片的編號和對應(yīng)的地質(zhì)情況分別為：1460（停機(jī)坪區(qū)域中風(fēng)化安山巖段）、1515（軟硬交接面段）、1570（停機(jī)坪區(qū)域粉質(zhì)黏土段）。每個斷面其最終的橫向沉降槽如圖1 到圖3 所示。

圖1：中風(fēng)化安山巖段斷面橫向沉降槽

圖2：軟硬交接段斷面橫向沉降槽

圖3：粉質(zhì)粘土段斷面橫向沉降槽

由圖1 可以明確的是，盾構(gòu)穿越中風(fēng)化安山巖地層期間，由于其本身的條件相對良好，因此最大的沉降僅僅為6.4mm，并且在開挖右線過程中對于左線造成的影響相對較小。

由圖2 可以明確的是，盾構(gòu)穿越軟硬交接段，由于該區(qū)段地表沉降被控制得較好，最大值為10.7mm，和硬巖段地表沉降僅僅相差4.3mm。

由圖3 可以明確的是，在粉質(zhì)黏土段最大的地表沉降為15.8m，并且橫向上其對距離的影響也隨之增加，但是隨著隧道距離逐漸地變遠(yuǎn)，開挖右線對于左線的影響也相對較小。

并且結(jié)合沉降槽可明確的是，沉降較大的地方是粉質(zhì)黏土段，因此選擇該段的右線供頂?shù)乇沓两惦S著時間變化的曲線進(jìn)行分析。分析后發(fā)現(xiàn)，右線的拱頂位置地表沉降在開挖12 天之后逐漸趨于平緩，最大沉降為15.7mm，日平均最大的沉降速率為2mm。

結(jié)合前面所設(shè)定的報警值監(jiān)測要求和數(shù)據(jù)分析可以，本工程所設(shè)計(jì)的內(nèi)容滿足監(jiān)測設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語

綜上所述，結(jié)合上述施工技術(shù)與措施的綜合應(yīng)用，能夠有效完成難度十分高的盾構(gòu)施工作業(yè)，解決了在軟硬不均下穿機(jī)場滑行道的盾構(gòu)施工作業(yè)，并且各項(xiàng)指標(biāo)均在合理的要求標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。