跑道拼接工程對道面的影響

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，大量樞紐、干線機(jī)場出現(xiàn)了運(yùn)能緊張的局面。為了提高機(jī)場運(yùn)輸能力，機(jī)場開始對飛行區(qū)進(jìn)行改擴(kuò)建。為了避免對機(jī)場正常運(yùn)行的影響，大部分機(jī)場改擴(kuò)建工程選擇了不停航施工，但改擴(kuò)建工程必然會面臨新老道面的拼接，而拼接段的新道面施工會改變老道面周邊土體的平衡狀態(tài)。類似土體開挖、基礎(chǔ)處理、結(jié)構(gòu)層施工等環(huán)節(jié)，勢必會對老道面產(chǎn)生影響。由于機(jī)場運(yùn)行對安全要求等級高，拼接段施工對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)場的特殊性，國內(nèi)外很少開展拼接工程對道面影響的研究工作。

本課題組依托虹橋國際機(jī)場飛行區(qū)擴(kuò)建工程，對新建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。通過全面監(jiān)測，得到拼接工程施工對既有跑道的影響規(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)測方案

機(jī)場類似工程較少，開展的相關(guān)研究也不多。可查到的只有金淮等[1－2]對盾構(gòu)下穿首都機(jī)場時(shí)進(jìn)行了全面高程監(jiān)測。本次監(jiān)測方案的制定主要借鑒公路中的新老路基拼接工程監(jiān)測[3－7]。

為全面反映拼接工程施工對跑道道面的影響，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，并對每個(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，具體監(jiān)測項(xiàng)目的分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 監(jiān)測項(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)測斷面及土體監(jiān)測的點(diǎn)位布設(shè)平面圖如圖4所示。

2 監(jiān)測結(jié)果

2.1 跑道道面沉降監(jiān)測

自2009年3月開始，對跑道道面高程進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀測，至2010年5月，已連續(xù)觀測14個(gè)月，共進(jìn)行了20余次高程測量。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)測點(diǎn)位的累計(jì)沉降量。其中1#～5#表示一個(gè)測試橫斷面上的5個(gè)測點(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)測點(diǎn)的累計(jì)沉降Tab.2 Total settlement of monitoring points

對表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60%的測點(diǎn)豎向位移小于3 mm，只有6%的測點(diǎn)豎向位移達(dá)到了9～12 mm，最大值為12 mm。相對而言，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

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

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

將表3的測試結(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)測結(jié)果表明，拼接工程施工對周邊土體內(nèi)的地下水位影響不大。

2.3 孔隙水壓力監(jiān)測

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

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

將測試數(shù)據(jù)以圖形形式表示，如圖7所示。

當(dāng)深層土體沒有超孔隙水壓力時(shí)，孔隙水壓力p=ρgh，其中h為測點(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，一般會導(dǎo)致出現(xiàn)超孔隙水壓力現(xiàn)象。通過對數(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?？紫端畨毫Φ?.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常孔隙水壓力的1.67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?？紫端畨毫Φ?.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，拼接工程施工會使周邊土體出現(xiàn)超孔隙水壓力，最大為正常孔隙水壓力的近2倍，影響深度超過了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)道口拼接段施工開始便對9個(gè)拼接段深層土體豎向位移進(jìn)行監(jiān)測，每個(gè)觀測點(diǎn)分別監(jiān)測深度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)來看，拼接工程施工對土體影響的顯著性在深度超過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 測斜

測斜主要測試深層土體的水平向位移。截止2010年5月31日，共完成測斜測試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，相對淺層土體而言影響較小。從水平位移指標(biāo)來看，拼接工程施工對土體的影響深度不超過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

通過對虹橋國際機(jī)場西區(qū)擴(kuò)建工程與既有跑道拼接段的持續(xù)監(jiān)測及對監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可得到以下結(jié)論：

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

2）拼接工程對周邊土體地下水位影響不大；

3）拼接工程會引起周邊土體產(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)測數(shù)據(jù)對比，得到適用性更廣泛的規(guī)律。

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