盾構(gòu)穿越運(yùn)營中的機(jī)場滑行道施工技術(shù)

范欣琦

1. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；2. 上海城市非開挖建造工程技術(shù)研究中心 上海 200002

1 工程背景介紹

上海浦東國際機(jī)場三期擴(kuò)建捷運(yùn)系統(tǒng)工程中，T1航站樓站—S1衛(wèi)星廳站區(qū)間為雙線盾構(gòu)區(qū)間，總長約1 321 m。采用2臺φ6 760 mm的日本小松盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，2臺盾構(gòu)施工過程中需穿越高桿燈基礎(chǔ)、航油管等眾多重要建（構(gòu)）筑物，其中包含T0、T3、T4這3條滑行道，對應(yīng)管片環(huán)號為279～514環(huán)，總長約283.2 m，盾構(gòu)機(jī)在滑行道區(qū)域覆土埋深為12.47～13.64 m，穿越段隧道的平面曲線為直線，縱斷面為－0.4%下坡。

由于盾構(gòu)穿越期間T0、T3滑行道正常運(yùn)行，采用不停航施工方法，故施工期間滑行道不能隨時(shí)關(guān)閉、滑行道上不可做明顯標(biāo)志物、監(jiān)測人員不可進(jìn)入滑行道工作，盾構(gòu)施工不得影響機(jī)場正常運(yùn)營。

本次盾構(gòu)穿越施工中，右線（西線）盾構(gòu)機(jī)率先進(jìn)行穿越3條滑行道施工，施工時(shí)間41 d。左線（東線）盾構(gòu)機(jī)相隔約1個(gè)月時(shí)間再次進(jìn)行穿越施工（圖1）。

圖1 T1—S1區(qū)間隧道與既有滑行道剖面關(guān)系

2 穿越滑行道難點(diǎn)分析

2.1 地質(zhì)條件及滑行道結(jié)構(gòu)

根據(jù)勘察資料，滑行道段地層情況從上至下依次為②1粉質(zhì)黏土、②2粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、②3砂質(zhì)粉土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③2砂質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1黏土。其中區(qū)間盾構(gòu)下穿滑行道段掘進(jìn)的土層主要為④淤泥質(zhì)黏土，緊貼上層③2砂質(zhì)粉土，下臥層為⑤1黏土，該土層靈敏度高，擾動(dòng)性大，盾構(gòu)在其中施工需經(jīng)較長時(shí)間才能穩(wěn)定下來?；械老路降貙咏?jīng)堆載預(yù)壓后，先進(jìn)行厚40 cm（分2次施工，每層厚20 cm）水泥穩(wěn)定碎石施工，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后再采用厚36～42 cm現(xiàn)澆水泥混凝土施工，最終形成道面結(jié)構(gòu)，3條滑行道均如此（圖2）。

2.2 運(yùn)行狀態(tài)

在盾構(gòu)穿越期間，T0和T3滑行道處于24 h運(yùn)行狀態(tài)，T4滑行道處于關(guān)閉狀態(tài)。3條滑行道對應(yīng)環(huán)號范圍如下：1,2

圖2 隧道穿越滑行道段地質(zhì)剖面示意

1）T0滑行道：盾構(gòu)穿越期間，飛機(jī)需從此處滑行，屬于禁區(qū)范圍，環(huán)號范圍為279～340環(huán)，長約74.4 m，此段最小埋深為12.47 m。

2）T3滑行道：盾構(gòu)穿越期間，飛機(jī)需從此處滑行，屬于禁區(qū)范圍，環(huán)號范圍為341～431環(huán)，長約109.2 m，此段最小埋深為13.21 m。

3）T4滑行道：盾構(gòu)穿越期間屬非禁區(qū)范圍，環(huán)號范圍為432～514環(huán)，長約99.6 m，此段最小埋深為13.64 m。

禁區(qū)內(nèi)的滑行道道面監(jiān)測以自動(dòng)化監(jiān)測（2～3 h反饋一次數(shù)據(jù)）手段為主，但由于盾構(gòu)穿越時(shí)正值高溫季節(jié)，且運(yùn)行中飛機(jī)機(jī)翼及尾部所產(chǎn)生的熱浪會(huì)影響自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)精度，因此每天在夜間飛機(jī)停航后，按照機(jī)場內(nèi)規(guī)定，實(shí)施人員對滑行道道面進(jìn)行一次人工復(fù)測工作；非禁區(qū)內(nèi)可24 h自由出入，對滑行道道面實(shí)施人工監(jiān)測。

2.3 設(shè)計(jì)要求

鑒于滑行道的特殊性及重要性，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將施工監(jiān)控等級定為特級，允許地層損失率0.2%，允許沉降量為10 mm，沉降控制要求較高。

3 盾構(gòu)穿越施工技術(shù)

由于盾構(gòu)穿越的T0、T3、T4這3條滑行道為浦東機(jī)場正常運(yùn)行的“生命線”，因此盾構(gòu)施工過程中容不得半點(diǎn)閃失，尤其是穿越期間運(yùn)行中的T0和T3滑行道（T4滑行道雖劃為非禁區(qū)，但同樣以T0和T3滑行道的標(biāo)準(zhǔn)控制施工）。為此，首先通過Peck公式預(yù)測地表沉降，并選取最小埋深處的斷面，即12.47 m處預(yù)測沉降曲線。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)貙訐p失率達(dá)到0.2%時(shí)，預(yù)計(jì)隧道中心線上的地面沉降最大為9.96 mm≤10 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，從理論數(shù)據(jù)上驗(yàn)證了穿越滑行道的沉降控制可行性。其次將229～279環(huán)作為穿越模擬段，在穿越施工期間實(shí)行24 h交接班制度并制訂主要技術(shù)控制措施如下：

1）土壓力。合理設(shè)置土壓力值以減少對土體擾動(dòng)，為準(zhǔn)確反映盾構(gòu)正面平衡土壓力，模擬段采用水土分算方法對盾構(gòu)正面土壓進(jìn)行預(yù)測，在此基礎(chǔ)上結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)（刀盤切口前30 m范圍內(nèi)）進(jìn)行調(diào)整，施工過程中土壓力設(shè)定應(yīng)保證切口區(qū)域地表處于微隆狀態(tài)（1～2 mm范圍），當(dāng)施工過程中盾構(gòu)切口地表發(fā)生沉降時(shí)，上調(diào)正面土壓力，調(diào)節(jié)土壓按小幅度（0.01 MPa）多次調(diào)原則。整個(gè)穿越階段土壓力控制范圍數(shù)據(jù)為0.25～0.34 MPa（圖3）。

圖3 土壓力參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2）推進(jìn)速度。穿越滑行道段推進(jìn)速度不宜過快，速度過快可能造成同步注漿跟不上或因超挖等原因造成地層沉降；同時(shí)亦不宜過慢，盾構(gòu)掘進(jìn)速度過慢可能造成刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)增多，從而增加地層擾動(dòng)導(dǎo)致地面不均勻沉降。根據(jù)專家的建議并結(jié)合模擬段施工結(jié)果，推進(jìn)速度要求≤20 mm/min，實(shí)際施工時(shí)基本穩(wěn)定在20 mm/min，推進(jìn)時(shí)應(yīng)確保參數(shù)平穩(wěn)，不得出現(xiàn)較大波動(dòng)。

3）刀盤轉(zhuǎn)速。刀盤轉(zhuǎn)速同樣不宜過快或過慢，過快或過慢均會(huì)造成地層不均勻沉降。根據(jù)模擬段控制結(jié)果，要求控制為0.8 r/min。

4）同步注漿。采用申通地鐵標(biāo)準(zhǔn)厚漿，并對進(jìn)場漿液的坍落度等指標(biāo)進(jìn)行檢測，不合格漿液禁止投入施工，施工中同步注漿的漿液用量以及注漿壓力應(yīng)結(jié)合前一階段施工的用量以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行合理選擇，并合理選擇注漿孔位。同步注漿盡可能保證勻速、均勻、連續(xù)，避免推進(jìn)與注漿不同步進(jìn)行，當(dāng)盾尾區(qū)域出現(xiàn)地面沉降時(shí)，應(yīng)增加同步注漿量，反之則減少。整個(gè)穿越階段同步注漿量控制在2.5～3.2 m3（理論值125%～160%），過程中根據(jù)監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行調(diào)整（圖4）。

圖4 注漿量統(tǒng)計(jì)

5）監(jiān)測數(shù)據(jù)。地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)將直接關(guān)系到下達(dá)的盾構(gòu)技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性。由于穿越期間，自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)每隔2～3 h反饋一次，且數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度易受外部影響，因此根據(jù)機(jī)場不停航施工要求安排，測量人員在夜間1點(diǎn)進(jìn)入滑行道進(jìn)行人工復(fù)核。同時(shí)為避免監(jiān)測參數(shù)的差異性，由第三方監(jiān)測和施工監(jiān)測人員在同一時(shí)間段進(jìn)行監(jiān)測，并及時(shí)對比，防止監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差。

6）數(shù)據(jù)收集及反饋。利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)對盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，技術(shù)人員在監(jiān)控室將同步反饋的盾構(gòu)施工參數(shù)記錄成表，結(jié)合相對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，下達(dá)參數(shù)調(diào)整指令（主要為土壓力和同步注漿量）。

7）二次注漿。安排一支有經(jīng)驗(yàn)的注漿隊(duì)伍，技術(shù)人員根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，安排在盾構(gòu)機(jī)后方進(jìn)行二次注漿，防止后期沉降過大。注漿漿液選用凝固較快且收縮率小的漿液配比，為減少漿液滲漏，降低注漿壓力，防止抬升過大，采取隔環(huán)跳孔施工形式，注漿壓力控制在0.3 MPa以下，注漿流量控制在10～20 L/min。

8）在第1臺盾構(gòu)完成穿越滑行道施工后，及時(shí)對施工情況進(jìn)行總結(jié)，以指導(dǎo)下一臺盾構(gòu)施工，當(dāng)?shù)?臺盾構(gòu)穿越完成后，及時(shí)進(jìn)行后期隧道內(nèi)跟蹤補(bǔ)漿[1-2]。

4 穿越控制效果

通過一系列的施工技術(shù)控制，盾構(gòu)穿越段中左線最大累計(jì)沉降量為513環(huán)的－6.1 mm，右線最大累計(jì)沉降量為478環(huán)的－5.3 mm（圖5）。

圖5 穿越段累計(jì)沉降值統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語

在本工程中，通過穿越前期的精心策劃，預(yù)測理論沉降的Peck公式為穿越的沉降量提供參考；穿越過程中嚴(yán)格控制，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整技術(shù)參數(shù)；各參建單位人員均按照職責(zé)所在管理和配合現(xiàn)場施工。最終在參建各方的共同努力下，達(dá)到了盾構(gòu)安全平穩(wěn)穿越滑行道的目標(biāo)。