機場地下穿越工程工后沉降監(jiān)測及分析

朱 斌

（上海虹橋國際機場公司，上海市 200335）

0 引言

地下隧道施工對周圍土體產(chǎn)生不可避免的施工擾動，如改變巖土體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，引起地層變位及地表沉降，隧道施工所引起的地面沉降曲線一般稱之為“沉降槽”。引起地表沉降的因素很多，歸+納起來主要有兩類：一是盾構(gòu)施工引起的地層損失；二是后期固結(jié)和次固結(jié)沉降[1]。

盾構(gòu)施工對地層的擾動僅存于施工過程中，而施工擾動引起的相關(guān)地層位移及地層力學(xué)性態(tài)的變化卻是延續(xù)的，存在顯著的時效性，這種效應(yīng)一般在（飽和）軟土地層中顯得尤為突出[2-3]。由盾構(gòu)通過以及盾尾空隙產(chǎn)生的沉降稱為施工沉降，常在1～2個月內(nèi)完成。與此同時，由于盾構(gòu)通過時對地基土產(chǎn)生的擾動以及各種殘余影響，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，地表將繼續(xù)發(fā)生固結(jié)沉降和蠕變沉降，該部分沉降一般占總沉降的25%～40%[4-6]。土基的不均勻沉降會引起道面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，在飛機荷載的共同作用下，容易引發(fā)道面結(jié)構(gòu)性、功能性損壞，縮短道面使用壽命，嚴(yán)重時會威脅到飛行區(qū)的安全。

虹橋國際機場于2009年3～4月成功實現(xiàn)了上海軌道交通10號線地下穿越工程，成為國內(nèi)首例不停航條件下采用盾構(gòu)法下穿繁忙機場跑道的工程。在不停航施工期間未對機場跑道、滑行道、停機坪、航站樓、地下管線等設(shè)施造成不利影響。然而，考慮到工后沉降的進(jìn)一步發(fā)展，在地下穿越工程施工結(jié)束后，仍然有必要對穿越工程沿線土體深層固結(jié)沉降及道面沉降變形進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。本監(jiān)測方案及監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為國內(nèi)外其他機場類似工程提供有益的參考和借鑒。

1 監(jiān)測方案

1.1 監(jiān)測項目

隧道施工對深層土體產(chǎn)生擾動，通過道面表面沉降的形式表現(xiàn)出來。因此監(jiān)測的項目應(yīng)包括深層土體應(yīng)力、土層變形以及地表沉降等內(nèi)容，具體見表1。

表1 監(jiān)測項目

1.2 監(jiān)測斷面選擇

監(jiān)測斷面的選擇既要考慮其對機場運營的影響，也要兼顧監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性和代表性。具體布設(shè)原則如下：

（1）運營期監(jiān)測斷面應(yīng)盡量與施工期測點重合，以便于數(shù)據(jù)的連續(xù)積累。

（2）監(jiān)測斷面選擇應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，重點針對穿越工程沿線布點，同時考慮道面整體變形情況，方便進(jìn)行對比。穿越工程沿線道面表面橫向監(jiān)測斷面，測點間距不大于10 m，斷面監(jiān)測點數(shù)不少于3個，測點應(yīng)用油漆標(biāo)識，不得采用沉降釘；道面整體變形監(jiān)測斷面選擇跑道、滑行道和機坪橫斷面，每個斷面布點數(shù)不少于5個。

（3）為避免監(jiān)測工作對機場運營帶來影響，深層土體監(jiān)測道面應(yīng)選擇在土質(zhì)地帶內(nèi)，偏離穿越工程軸心線10 m以上，距道肩約10 m左右。測管高出地面不超過20 cm。深層土體監(jiān)測的同一監(jiān)測點，不同監(jiān)測項目距離不超過2 m。

為了監(jiān)測地下穿越工程變形，沿地鐵10號線布設(shè)了5個深層土體性狀監(jiān)測點，在穿越工程沿線道面表面布設(shè)沉降監(jiān)測斷面9個（兼顧軌道交通2號線下穿沿線，選取了3個斷面），每個斷面設(shè)3個監(jiān)測點，具體位置見圖1。

圖1 監(jiān)測點平面布置圖

1.3 測點布設(shè)方案

每個土體深層監(jiān)測點分別埋設(shè)了分層沉降管、地下水位測管及孔隙水壓力計，分層沉降管用5根2 m的管子拼接而成，由上至下共10個磁環(huán)，每米布設(shè)一個磁環(huán)；考慮到上海市地下水位較高，地下水位測管埋設(shè)了2 m；孔隙水壓力計的埋設(shè)深度分別為3.5 m、6.5 m、9.5 m。測試元件埋設(shè)見圖2。

圖2 地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間的變化圖

2 監(jiān)測結(jié)果分析

2.1 穿越工程沿線深層土體監(jiān)測結(jié)果分析

為了研究下穿區(qū)域地基的固結(jié)沉降情況，分別對各監(jiān)測點的地下水位、孔隙水壓力及分層沉降值進(jìn)行了監(jiān)測，頻率基本為每月一次，監(jiān)測結(jié)果及分析如下所述。

2.1.1 地下水位監(jiān)測結(jié)果及分析

地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間的變化見圖3。

圖3 地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間的變化圖

由圖3可知，地下水位受降雨的影響顯著，6、8月份降雨較多，地下水位升高，進(jìn)入11月份后，地下水位基本保持穩(wěn)定。

2.1.2 孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果及分析

分別對3.5 m、6.5 m、9.5 m埋深處的土壤孔隙水壓力進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果見圖4～圖6。分析可知，各監(jiān)測點埋深3.5 m、6.5 m及9.5 m處的空隙水壓力隨時間的變化基本一致，變化的范圍分別在5～25 kPa、30～55 kPa和60～75 kPa之間，且與地下水位存在良好的相關(guān)關(guān)系。

圖4 埋深3.5 m處孔隙水壓力隨時間變化

圖5 埋深6.5 m處孔隙水壓力隨時間變化

圖6 埋深9.5 m處孔隙水壓力隨時間變化

2.1.3 分層沉降監(jiān)測結(jié)果及分析

分析監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，由于埋設(shè)初期磁環(huán)周圍的土體還未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，加之6月份連雨，所以不宜用埋管子半個月后的初測值作為初始值。這里選用7月初的測值作為初始值，測定時間基本為每月一次，1、3、5號監(jiān)測點土體分層沉降情況見圖7～圖9。

圖7 1號測點沉降監(jiān)測結(jié)果

圖8 3號測點沉降監(jiān)測結(jié)果

圖9 5號測點沉降監(jiān)測結(jié)果

從圖7～圖9中可以看出，淺表層沉降量約為3 cm以內(nèi)。由于監(jiān)測點總體沉降量較小，各土層壓縮量不顯著，以分層沉降儀的精度難以精確測量。

2.2 穿越工程沿線道面沉降分析

地鐵穿越工程沿線道面選取了C1～C9共計9個斷面，每個斷面布設(shè)3個測點。由監(jiān)測結(jié)果可知，穿越工程沿線道面最大沉降發(fā)生在C6～C8斷面，最大沉降量為32.07 mm，其中平均沉降速率最大的點為C6-3，平均沉降速率為0.045 6 mm/d。對于C6～C8斷面，從三次監(jiān)測的沉降量變化情況來看，第一階段沉降量約占了總沉降量的一半，見圖10。以C6斷面為例，其三個階段的沉降速率繪于圖11。由圖11可知，C6斷面的沉降速率逐漸減小，且與穿越工程沿線外道面相比，沉降速率總體相近，說明穿越工程沿線道面沉降整體趨于穩(wěn)定，穿越工程施工控制效果良好。

圖10 各斷面累計沉降量

圖11 C6斷面沉降速率分布情況

3 結(jié)論

綜合穿越工程沿線土基固結(jié)沉降和道面沉降監(jiān)測結(jié)果可知，土基及道面沉降逐漸趨于穩(wěn)定，累計沉降量只有C6-3一點大于3 cm，且其沉降速率逐漸減小，說明穿越工程施工質(zhì)量較高，工后沉降控制在合理的范圍，對道面使用性能、結(jié)構(gòu)性能的影響很小，不會危及到飛行區(qū)運行的安全。

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