機場滑行道不同回填材料的沉降規(guī)律研究

何鎖宋, 桂登斌, 張 瑞, 李文濤, 趙 偉, 韓 勇, 王玉鎖, 田 美

(1. 西南交通大學土木工程學院, 四川成都 610000; 2. 中鐵二局第六工程有限公司, 四川成都 610000)

隨著城市化進程的不斷加快和土地資源的日益緊缺，我國越來越重視地下空間的開發(fā)和利用。近年來全國各地機場新建帶來的新老航站樓之間的捷運工程、城市地鐵車站修建、城市人防工程建設、下穿高鐵及重要建筑物等大斷面地下開發(fā)工程越來越多。林秀桂等[1]對軟土地基城市明挖隧道的不均勻沉降控制問題進行了研究，分析了明挖隧道大面積高回填土下不均勻沉降控制標準和設計原則。國內(nèi)對地表沉降控制研究較多[2-4]，如聞毓民等對超厚新人工填筑土地層超大斷面隧道施工導致的地表沉降及其控制對策進行研究，得出了相比于隧道施工，土體固結是導致地表沉降的主要因素，并由此提出了控制地表沉降的主要對策。但針對機場大型明挖施工隧道群的回填研究較少。

穿越機場飛行區(qū)修建隧道作為一個嶄新的課題，國內(nèi)外可供借鑒經(jīng)驗較少。本文依托成都天府國際機場航站區(qū)地鐵、高鐵及相鄰隧道工程項目，對北側(cè)垂直滑行道部分明挖隧道群基坑回填沉降控制進行研究。

1 工程概況

成都天府國際機場位于簡陽市，北距成都約50 km，西距天府新區(qū)東界約10 km，南距資陽約20 km，距離雙流機場51 km，距離東客站42 km。其地理位置如圖1所示。

圖1 天府機場(項目)地理位置

標段起點里程YDK75+972，線路向北方前進2.593 km，達到本標段終點，終點里程DK78+565，如圖2所示。

圖2 標段范圍(南往北方向)

項目場地原始地貌屬淺丘寬谷地貌，場地高程大部分在420-450 m之間，相對高差在30 m以內(nèi)，地形起伏不大，丘坡圓緩，緩坡地帶多為旱地及荒坡，自然坡度10～30 °。項目所處區(qū)域現(xiàn)場圖如圖3所示。

圖3 項目所處區(qū)域現(xiàn)場

標段內(nèi)上覆人工填土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土(松軟土)、黏土；下伏基巖為泥巖夾砂巖，巖性較為簡單。北垂滑隧道群區(qū)域工程地質(zhì)不連續(xù)，規(guī)劃地面場平標高由原狀地面填筑形成。

滑行道面影響范圍內(nèi)，結構側(cè)邊1 m范圍內(nèi)采用C15混凝土回填，其余部分采用土石回填。結構頂板以上0.5 m高范圍采用黏土回填，再往上(面層之下)可采用用現(xiàn)場挖出來的土石回填?？蚣芙Y構兩側(cè)設置30 cm厚C30混凝土搭板。滑行道A、B、C區(qū)回填剖面圖如圖4所示。

圖4 滑行道A、B、C區(qū)回填剖面示意

2 飛機荷載

機場擬采用目前世界上最大的客機A380-800F型作為設計荷載，飛機滿載最大設計荷載為5 920 kN。前鼻2個機輪占總重5 %，單個輪載5920×0.05/2=148kN；兩個后點共20個機輪占總重95 %，單個輪載5920×0.95/20=281.2 kN，機輪著地寬度×長度=0.38×0.64。飛機機輪位置分布圖如圖5所示。

圖5 飛機機輪位置分布

由于飛機在滑行過程中會產(chǎn)生振動效應，實際計算中偏于安全考慮將飛機荷載放大10 %[5]，并按靜載考慮。

通過對飛機移動荷載簡化的相關研究可知，簡化為節(jié)點荷載相對于簡化為面荷載對隧道的影響較大，本文偏于安全考慮，在數(shù)值計算中選擇將飛機輪載簡化為節(jié)點荷載進行分析研究[5]。

3 數(shù)值分析模型

采用 Midas GTS NX 數(shù)值模擬軟件，結合施工參數(shù)[6]進行建模計算，具體計算參數(shù)分別如表1、表2所示。

表1 計算參數(shù)

表2 瀝青面層材料參數(shù)[8][10]

按照1∶1的比例建立三維模型，底部邊界節(jié)點X，Y，Z三個方向的平動自由度進行約束，相當于固定支座，左右兩側(cè)的邊界進行水平方向的平動自由度約束，縱向考慮邊界條件，沿縱向長度設置為100 m[3]，采用三維實體單元模擬結構各部分。實際分析中，由于飛機尾部荷載為主要荷載，擬采取將其分別布置在回填區(qū)域的A、B、C區(qū)中部，以研究飛機荷載對回填部分的作用。計算模型如圖6所示。

計算工況匯總?cè)绫?所示。

4 結果及分析

當回填材料為壓實填土時，飛機尾部荷載分別作用在A、B、C區(qū)中部的結果云圖分別如圖7所示。

當回填材料分別為級配碎石和泡沫混凝土時，飛機尾部荷載分別作用在A、B、C區(qū)中部的結果云圖與上圖相似，此處省去。

將上述計算結果匯總?cè)绫?所示。

由上述計算結果，可以得到如下結論：

(1)在三種回填材料中，當回填材料為壓實填土時，飛機荷載作用下的A、B、C區(qū)地表沉降值最大；當回填材料是泡沫混凝土時，飛機荷載作用下的A、B、C區(qū)地表沉降值最??；當回填材料是級配碎石時，飛機荷載作用下的地表沉降介于二者之間。

(a)飛機尾部荷載作用于A區(qū)中部

(a)飛機尾部荷載作用于A區(qū)中部

表3 計算工況匯總

表4 計算結果匯總

(2)飛機尾部荷載作用處的沉降為測點中的最大值。當回填材料為級配碎石和泡沫混凝土時，飛機尾部荷載作用處的地表沉降最大不超過0.4 cm，其余兩處測點地表沉降很小，不大于0.07 cm，總體沉降較小。當回填材料為壓實填土時，飛機尾部荷載作用在A區(qū)中部時A區(qū)中部地表沉降高達4.34 cm，；當飛機尾部荷載作用在B、C區(qū)中部時A區(qū)中部沉降也總體較大，分別為2.59 cm、2.13 cm，總體沉降較大，實際施工中應采取相關措施。

綜合以上分析，當回填材料采用壓實填土時，應采取一定的措施進行地基處理。并且，針對A區(qū)回填部分，也應采取相應的措施減小地表沉降。

5 結論及建議

通過研究，有如下結論：

(1)回填材料是泡沫混凝土時，飛機荷載作用下的地表沉降值最小，級配碎石次之，而回填土石最大。

(2)飛機尾部荷載作用位置處，相應的地表沉降最大，且當回填材料是壓實填土時，未設搭板部位中部地表沉降較大，實際施工運營時應采取相應措施進行處理。