盾构穿越运营中的机场滑行道施工技术

2018-04-04范欣琦

建筑施工 2018年12期

范欣琦

1. 上海市基础工程集团有限公司上海 200002；2. 上海城市非开挖建造工程技术研究中心上海 200002

1 工程背景介绍

上海浦东国际机场三期扩建捷运系统工程中，T1航站楼站—S1卫星厅站区间为双线盾构区间，总长约1 321 m。采用2台φ6 760 mm的日本小松盾构机进行施工，2台盾构施工过程中需穿越高杆灯基础、航油管等众多重要建（构）筑物，其中包含T0、T3、T4这3条滑行道，对应管片环号为279～514环，总长约283.2 m，盾构机在滑行道区域覆土埋深为12.47～13.64 m，穿越段隧道的平面曲线为直线，纵断面为－0.4%下坡。

由于盾构穿越期间T0、T3滑行道正常运行，采用不停航施工方法，故施工期间滑行道不能随时关闭、滑行道上不可做明显标志物、监测人员不可进入滑行道工作，盾构施工不得影响机场正常运营。

本次盾构穿越施工中，右线（西线）盾构机率先进行穿越3条滑行道施工，施工时间41 d。左线（东线）盾构机相隔约1个月时间再次进行穿越施工（图1）。

图1 T1—S1区间隧道与既有滑行道剖面关系

2 穿越滑行道难点分析

2.1 地质条件及滑行道结构

根据勘察资料，滑行道段地层情况从上至下依次为②1粉质黏土、②2粉质黏土夹黏质粉土、②3砂质粉土、③1淤泥质粉质黏土、③2砂质粉土、④淤泥质黏土、⑤1黏土。其中区间盾构下穿滑行道段掘进的土层主要为④淤泥质黏土，紧贴上层③2砂质粉土，下卧层为⑤1黏土，该土层灵敏度高，扰动性大，盾构在其中施工需经较长时间才能稳定下来。滑行道下方地层经堆载预压后，先进行厚40 cm（分2次施工，每层厚20 cm）水泥稳定碎石施工，经养护后再采用厚36～42 cm现浇水泥混凝土施工，最终形成道面结构，3条滑行道均如此（图2）。

2.2 运行状态

在盾构穿越期间，T0和T3滑行道处于24 h运行状态，T4滑行道处于关闭状态。3条滑行道对应环号范围如下：1,2

图2 隧道穿越滑行道段地质剖面示意

1）T0滑行道：盾构穿越期间，飞机需从此处滑行，属于禁区范围，环号范围为279～340环，长约74.4 m，此段最小埋深为12.47 m。

2）T3滑行道：盾构穿越期间，飞机需从此处滑行，属于禁区范围，环号范围为341～431环，长约109.2 m，此段最小埋深为13.21 m。

3）T4滑行道：盾构穿越期间属非禁区范围，环号范围为432～514环，长约99.6 m，此段最小埋深为13.64 m。

禁区内的滑行道道面监测以自动化监测（2～3 h反馈一次数据）手段为主，但由于盾构穿越时正值高温季节，且运行中飞机机翼及尾部所产生的热浪会影响自动化监测数据精度，因此每天在夜间飞机停航后，按照机场内规定，实施人员对滑行道道面进行一次人工复测工作；非禁区内可24 h自由出入，对滑行道道面实施人工监测。

2.3 设计要求

鉴于滑行道的特殊性及重要性，根据设计要求，将施工监控等级定为特级，允许地层损失率0.2%，允许沉降量为10 mm，沉降控制要求较高。

3 盾构穿越施工技术

由于盾构穿越的T0、T3、T4这3条滑行道为浦东机场正常运行的“生命线”，因此盾构施工过程中容不得半点闪失，尤其是穿越期间运行中的T0和T3滑行道（T4滑行道虽划为非禁区，但同样以T0和T3滑行道的标准控制施工）。为此，首先通过Peck公式预测地表沉降，并选取最小埋深处的断面，即12.47 m处预测沉降曲线。计算结果显示，当地层损失率达到0.2%时，预计隧道中心线上的地面沉降最大为9.96 mm≤10 mm，满足设计要求，从理论数据上验证了穿越滑行道的沉降控制可行性。其次将229～279环作为穿越模拟段，在穿越施工期间实行24 h交接班制度并制订主要技术控制措施如下：

1）土压力。合理设置土压力值以减少对土体扰动，为准确反映盾构正面平衡土压力，模拟段采用水土分算方法对盾构正面土压进行预测，在此基础上结合监测数据（刀盘切口前30 m范围内）进行调整，施工过程中土压力设定应保证切口区域地表处于微隆状态（1～2 mm范围），当施工过程中盾构切口地表发生沉降时，上调正面土压力，调节土压按小幅度（0.01 MPa）多次调原则。整个穿越阶段土压力控制范围数据为0.25～0.34 MPa（图3）。

图3 土压力参数统计

2）推进速度。穿越滑行道段推进速度不宜过快，速度过快可能造成同步注浆跟不上或因超挖等原因造成地层沉降；同时亦不宜过慢，盾构掘进速度过慢可能造成刀盘转动的圈数增多，从而增加地层扰动导致地面不均匀沉降。根据专家的建议并结合模拟段施工结果，推进速度要求≤20 mm/min，实际施工时基本稳定在20 mm/min，推进时应确保参数平稳，不得出现较大波动。

3）刀盘转速。刀盘转速同样不宜过快或过慢，过快或过慢均会造成地层不均匀沉降。根据模拟段控制结果，要求控制为0.8 r/min。

4）同步注浆。采用申通地铁标准厚浆，并对进场浆液的坍落度等指标进行检测，不合格浆液禁止投入施工，施工中同步注浆的浆液用量以及注浆压力应结合前一阶段施工的用量以及监测数据进行合理选择，并合理选择注浆孔位。同步注浆尽可能保证匀速、均匀、连续，避免推进与注浆不同步进行，当盾尾区域出现地面沉降时，应增加同步注浆量，反之则减少。整个穿越阶段同步注浆量控制在2.5～3.2 m3（理论值125%～160%），过程中根据监测参数进行调整（图4）。

图4 注浆量统计

5）监测数据。地面沉降监测数据将直接关系到下达的盾构技术参数的准确性。由于穿越期间，自动化监测数据每隔2～3 h反馈一次，且数据的精准度易受外部影响，因此根据机场不停航施工要求安排，测量人员在夜间1点进入滑行道进行人工复核。同时为避免监测参数的差异性，由第三方监测和施工监测人员在同一时间段进行监测，并及时对比，防止监测数据出现较大误差。

6）数据收集及反馈。利用数据采集系统实时对盾构施工参数进行监控，技术人员在监控室将同步反馈的盾构施工参数记录成表，结合相对应的监测数据进行分析后，下达参数调整指令（主要为土压力和同步注浆量）。

7）二次注浆。安排一支有经验的注浆队伍，技术人员根据监测数据，安排在盾构机后方进行二次注浆，防止后期沉降过大。注浆浆液选用凝固较快且收缩率小的浆液配比，为减少浆液渗漏，降低注浆压力，防止抬升过大，采取隔环跳孔施工形式，注浆压力控制在0.3 MPa以下，注浆流量控制在10～20 L/min。

8）在第1台盾构完成穿越滑行道施工后，及时对施工情况进行总结，以指导下一台盾构施工，当第2台盾构穿越完成后，及时进行后期隧道内跟踪补浆[1-2]。