盾構(gòu)軟硬不均地層下穿機(jī)場(chǎng)滑行道施工技術(shù)研究

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(chǎng)建設(shè)內(nèi)容較多，且機(jī)場(chǎng)滑行道的質(zhì)量要求相對(duì)較高，由此各種施工技術(shù)的出現(xiàn)有效解決機(jī)場(chǎng)施工難度高、效率低、安全性差等問題。而在對(duì)過去相對(duì)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(xiǎn)性較高，且盾構(gòu)穿越機(jī)場(chǎng)滑行道施工的案例相對(duì)較少，由此本文借此背景簡(jiǎn)要的探討機(jī)場(chǎng)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(chǎng)站工程TA01-1 標(biāo)祿口機(jī)場(chǎng)站-1 號(hào)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(cè)措施來(lái)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(chǎng)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(chǎng)站工程TA01-1 標(biāo)祿口機(jī)場(chǎng)站-1 號(hào)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(zhǎng)度為1998.97m；右線起終里程長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度為370.9m 的范圍內(nèi)進(jìn)行下穿機(jī)場(chǎng)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(chǎng)道面下的管片增加注漿孔，每一塊增加2 個(gè)，共15個(gè)[1]。不同注漿孔的增加既保障二次注漿本身的針對(duì)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(duì)后期的沉降距離控制造成一定的困難。

2.改制刀盤

針對(duì)機(jī)場(chǎng)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(gè)定向的鉆孔，以此來(lái)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(lái)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(dòng)，將原有4 個(gè)注漿孔改造為現(xiàn)在的5 個(gè)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(duì)地面沉降做好有效控制，并且也可減少對(duì)機(jī)場(chǎng)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(gè)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(shí)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(duì)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(duì)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(gè)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(gè)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(lái)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(chǎng)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(lái)對(duì)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(duì)穿越段施工作業(yè)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，且可利用針對(duì)性的措施來(lái)減少土體沉降的范圍。

三、改良渣土措施分析

對(duì)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(shí)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(cāng)內(nèi)土體的穩(wěn)定性也會(huì)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(lái)的土體需要對(duì)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(duì)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(huì)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(shí)，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(shí)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(shí)可促進(jìn)隧道的縱向位置形成一條止水隔離帶。隨后對(duì)其實(shí)際的沉降情況進(jìn)行觀測(cè)，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(chǎng)監(jiān)測(cè)和沉降分析

（一）布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)

在地表布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位應(yīng)當(dāng)在盾構(gòu)穿越祿口機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn)布置結(jié)構(gòu)。

（二）監(jiān)測(cè)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(cè)，并且定期采取人工幾何水準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行對(duì)比監(jiān)測(cè)。

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

（三）報(bào)警值的監(jiān)測(cè)

結(jié)合《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)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(cè)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(gè)斷面管片的編號(hào)和對(duì)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(gè)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(duì)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(duì)于左線造成的影響相對(duì)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(duì)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(duì)于左線的影響也相對(duì)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(shí)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(bào)警值監(jiān)測(cè)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(cè)設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語(yǔ)

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(chǎng)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)。