盾構在巖溶地區(qū)下穿運營中的機場飛行區(qū)施工技術

周玉標，黃武軍

（廣東華隧建設集團股份有限公司，廣東 廣州 510000)

隨著我國經濟高質量發(fā)展，全面小康的美好生活畫卷正徐徐展開，以飛機、高鐵及軌道交通為代表的現代中國人出行方式正樹立起舒適、高效、便捷的新標桿。然而，隨著無縫銜接、立體交通網絡的形成一些較為復雜的建設工程如盾構下穿機場飛行區(qū)（停機坪、跑道及滑行道等)等隧道工程越來越多地出現。國內盾構下穿機場飛行區(qū)的工程有上海軌道交通10 號線下穿虹橋機場跑道、北京市軌道交通機場線T2 支線穿越首都機場停機坪、天津地鐵2 號線機場延長線下穿天津濱海機場停機坪及南京寧高城際下穿祿口機場滑行道等。

近年來，針對這種特殊工況，國內學者開展一系列研究形成了相應的施工技術。宋杰[1]以成都軌道交通10 號線二期下穿雙流機場工程為例，提出富水砂卵石地層長距離盾構隧道穿越機場飛行區(qū)盾構配置優(yōu)化、克泥效工法、陸地聲吶法空洞探測及聯絡通道預注漿等一系列組合技術措施。王志新等[2]依托穗莞深城際鐵路SHZ-9標盾構隧道下穿越深圳寶安國際機場工程，推導出飛機荷載作用下土體任意深度處的附加應力公式。袁新朋[3]通過對珠三角城際鐵路下穿運營機場工程的資料調研和實地考察，采用三維數值分析方法對盾構隧道施工過程進行模擬分析，給出了施工過程對土體擾動的程度及影響范圍，同時提出施工過程的道面監(jiān)測建議。陳強[4]以南京至高淳城際快速軌道南京南站至祿口機場站工程為例，給出穿越前技術措施、獲取試驗段施工掘進參數、下穿段施工控制及全天候施工監(jiān)測措施等一套盾構穿越機場滑行道的施工技術。然而從現有研究來看，巖溶地區(qū)盾構下穿機場滑行道案例尚且少見，本文依托新白廣XBZH-1 標白云機場隧道段工程從不停航巖溶處理、沉降控制及施工監(jiān)測措施介紹巖溶地區(qū)盾構下穿運營中的機場滑行道施工技術。

1 工程概況

新白廣城際白云機場隧道段采用刀盤直徑9·13m 泥水土壓雙模式盾構式進行掘進，線路從機場T3 航站樓站引出，依次下穿新建第三跑道南側防吹坪、Y 繞滑道、B 繞滑道、FBO 停機坪區(qū)域、東跑道南側燈光保護區(qū)后向北穿過機場東南工作區(qū)、T1 滑行道、T2 滑行道、特種車道、航空加油站、外值班用房、1#道口及P1 停車場，最終到達機場T1 航站樓站。其中T3～T1 區(qū)間線路單線全長約2·7km，其中下穿機場飛行區(qū)范圍長達1·5km（圖1)。

圖1 盾構下穿機場飛行區(qū)衛(wèi)星圖

區(qū)間隧道穿越區(qū)域主要包括砂層、粘土層和巖層，據統(tǒng)計區(qū)間掌子面砂層占比約24%、粘土層占比約51%及巖層占比約25%。其中灰?guī)r巖面起伏較大，層頂高程在-6·11～1·55m 間（勘察場地地面標高為12·17～14·63m)，由于灰?guī)r地層存在巖石差異風化現象，巖石抗壓強度根據試驗在50～100MPa 間。同時，區(qū)間不良地質巖溶發(fā)育強烈，見洞率高達41·7%，屬于強發(fā)育巖溶地區(qū)。其中白云機場T1 滑行道地質鉆孔見洞率達到96%，T2 滑行道見洞率達到100%。

2 不停航巖溶處理

由于區(qū)間線路大部分位于機場圍網范圍內，給隧道線路沿線地質勘測和巖溶處理帶來了極大的困難。工程自開工以來重點開展飛行區(qū)巖溶處理不停航施工策劃，積極協調白云機場運營等各部門、取得中國民用航空廣東安全監(jiān)督管理局簽發(fā)的不停航施工行政許可。為減少施工對機場運行的影響，降低施工安全管控風險，對滑行道區(qū)域進行二期分段實施，并對各期施工區(qū)域進行獨立圍蔽，施工前利用夜間停航時間對滑行道區(qū)域進行管線探查，并完成飛行區(qū)外施工便道施工。完成道面砼破除后按照10m×10m=100m2范圍布置1 臺鉆機全面鋪開進行溶（土)洞探查，對發(fā)現的溶（土)洞遵循以下原則注漿處理，鑒于巖溶發(fā)育的不確定性，在滑行道兩側的土面區(qū)避開隧道結構預埋后續(xù)跟蹤注漿套管。

1)所有發(fā)現的土洞必須處理。隧道頂部溶洞必須處理。

2)當隧道底部位于弱風化灰?guī)r時，隧道結構輪廓線外放3m，隧道底板以下4m 以內的溶洞必須處理。

3)當隧道底為較穩(wěn)定隔水層（例如粘土、粉質粘土)時：①若隧道底板以下隔水層厚度≥5m，隧道底的溶洞一般不處理；②若隧道底板以下隔水層厚度＜5m，且最上層溶洞頂板厚度＜4m 或厚跨比＜1，則隧道結構輪廓線外放5m，巖面以下4m 范圍內的溶洞必須處理。

4)當隧道底至巖面范圍內為砂層或無較穩(wěn)定隔水層時：①若最上層溶洞頂板厚度≥5m，隧道底的溶洞一般不處理；②若最上層溶洞頂板厚度＜5m 或厚跨比＜1，則隧道結構輪廓線外放5m，巖面以下5m 范圍內的溶洞必須處理。

3 沉降控制措施

3.1 復合式盾尾注漿

在現有盾尾同步注漿系統(tǒng)的基礎上，在盾尾頂部增設特制的同步雙液注漿模塊及配套的復合注漿系統(tǒng)，在盾構掘進過程中，盾尾同步進行雙液漿及砂漿注漿，相當于在同步注漿階段同時進行一定的二次補漿，可解決盾構同步注漿頂部及周邊填充不密實的問題。復合注漿系統(tǒng)在盾構下穿機場滑行道內沉降控制重點區(qū)域時發(fā)揮巨大作用（圖2)。

圖2 復合式注漿系統(tǒng)同步雙液注漿模塊示意圖

3.2 濃泥漿取石

巖溶地區(qū)掘進掌子面普遍存在灰?guī)r，由于巖層風化程度不一通常存在裂隙發(fā)育，刀具進尺會使得開挖面的巖體沿著裂隙整塊剝離，導致剝離下來的較大直徑塊石無法順利由排漿管帶出，造成堵管頻繁，且會堆積在土倉內造成切口水壓波動容易造成地表沉降超限。濃泥漿取石是指在泥水、土壓兩種模式同時啟動的狀態(tài)下，采用濃泥漿進行防噴涌，利用螺旋機快速排除土倉積壓的塊石，快速恢復泥水掘進模式的一種倉內積石排出方法，減少了盾構下穿滑行道因塊石堵管引起倉內壓力波動過大而造成地表沉降異常（圖3)。

圖3 濃泥漿取石排出的倉內積壓塊石

4 施工監(jiān)測措施

4.1 自動化監(jiān)測

如圖4 所示，在建筑物或臨時支架處設置全站儀，采用太陽能板供電，安裝塑料透明保護罩既解決儀器頻繁更換電池難題，又防止惡劣天氣損壞儀器。通過掃描技術對道面區(qū)進行全天候自動化監(jiān)測，而對土面區(qū)則安裝改裝后棱鏡滿足飛行區(qū)布置高度為地面±0 標高要求。同時，在夜間停航時間人工采用電子水準儀復核，將全站儀采集的數據與水準儀測得的數據進行比較。通過自動監(jiān)測實時數據，及時反饋數據調整盾構掘進參數，盾構下穿滑行道監(jiān)測沉降最大為-7·6mm，隆起為4·5mm，變化大的監(jiān)測點均位于土面區(qū)且實現了道面區(qū)零沉降。

圖4 飛行區(qū)自動化監(jiān)測作業(yè)

4.2 現場巡視

盾構下穿前在圍網外設置臨時應急材料集裝箱作為現場巡視值班點，現場24h 巡查主要由已辦理機場圍網內通行的測量人員進行，由測量人員對其余巡視人員進行地面情況現場交底，包括線路行走方向，道面情況及監(jiān)測點分布情況等。現場巡視內容包括監(jiān)測點保護情況（是否被破壞)、盾構刀盤前20m 及盾構一周內完成掘進的地面情況（包括道面、土面區(qū)及道面混凝板分格縫是否冒漿、沉降、開裂、塌坑或震動異常等)。

5 結語

1)由于機場的特殊情況，勘察階段對機場圍網內無法進行常規(guī)的地質勘探，巖溶發(fā)育地區(qū)若溶（土)洞未得到妥善處理，不但造成盾構“磕頭”破壞已成型永久隧道結構，而且道面沉降過大或不均勻沉降將影響飛行的運行對機場運營安全風險大。通過積極協調、分期圍蔽及加大資源投入，對滑行道區(qū)域進行不停航巖溶處理，經實踐證明措施切實可行。

2)盾尾復合注漿及濃泥漿取石應用，及時填充開挖間隙、保證周邊填充密實，減少塊石堆積土倉、避免堵管引起的倉內壓力波動，有效地控制盾構下穿滑行道期間的沉降。

3)機場飛行區(qū)地表監(jiān)測有其特殊的約束條件，常規(guī)的沉降監(jiān)測點布置困難，而通過全天候自動化監(jiān)測及現場巡視，利用夜間停航時間進行人工監(jiān)測對比的措施，能很好地動態(tài)指導盾構下穿滑行道施工。