何锁宋, 桂登斌, 张 瑞, 李文涛, 赵 伟, 韩 勇, 王玉锁, 田 美

(1. 西南交通大学土木工程学院, 四川成都 610000; 2. 中铁二局第六工程有限公司, 四川成都 610000)

随着城市化进程的不断加快和土地资源的日益紧缺，我国越来越重视地下空间的开发和利用。近年来全国各地机场新建带来的新老航站楼之间的捷运工程、城市地铁车站修建、城市人防工程建设、下穿高铁及重要建筑物等大断面地下开发工程越来越多。林秀桂等[1]对软土地基城市明挖隧道的不均匀沉降控制问题进行了研究，分析了明挖隧道大面积高回填土下不均匀沉降控制标准和设计原则。国内对地表沉降控制研究较多[2-4]，如闻毓民等对超厚新人工填筑土地层超大断面隧道施工导致的地表沉降及其控制对策进行研究，得出了相比于隧道施工，土体固结是导致地表沉降的主要因素，并由此提出了控制地表沉降的主要对策。但针对机场大型明挖施工隧道群的回填研究较少。

穿越机场飞行区修建隧道作为一个崭新的课题，国内外可供借鉴经验较少。本文依托成都天府国际机场航站区地铁、高铁及相邻隧道工程项目，对北侧垂直滑行道部分明挖隧道群基坑回填沉降控制进行研究。

1 工程概况

成都天府国际机场位于简阳市，北距成都约50 km，西距天府新区东界约10 km，南距资阳约20 km，距离双流机场51 km，距离东客站42 km。其地理位置如图1所示。

图1 天府机场(项目)地理位置

标段起点里程YDK75+972，线路向北方前进2.593 km，达到本标段终点，终点里程DK78+565，如图2所示。

图2 标段范围(南往北方向)

项目场地原始地貌属浅丘宽谷地貌，场地高程大部分在420-450 m之间，相对高差在30 m以内，地形起伏不大，丘坡圆缓，缓坡地带多为旱地及荒坡，自然坡度10～30 °。项目所处区域现场图如图3所示。

图3 项目所处区域现场

标段内上覆人工填土、粉质黏土、粉质黏土(松软土)、黏土；下伏基岩为泥岩夹砂岩，岩性较为简单。北垂滑隧道群区域工程地质不连续，规划地面场平标高由原状地面填筑形成。

滑行道面影响范围内，结构侧边1 m范围内采用C15混凝土回填，其余部分采用土石回填。结构顶板以上0.5 m高范围采用黏土回填，再往上(面层之下)可采用用现场挖出来的土石回填。框架结构两侧设置30 cm厚C30混凝土搭板。滑行道A、B、C区回填剖面图如图4所示。

图4 滑行道A、B、C区回填剖面示意

2 飞机荷载

机场拟采用目前世界上最大的客机A380-800F型作为设计荷载，飞机满载最大设计荷载为5 920 kN。前鼻2个机轮占总重5 %，单个轮载5920×0.05/2=148kN；两个后点共20个机轮占总重95 %，单个轮载5920×0.95/20=281.2 kN，机轮着地宽度×长度=0.38×0.64。飞机机轮位置分布图如图5所示。

图5 飞机机轮位置分布

由于飞机在滑行过程中会产生振动效应，实际计算中偏于安全考虑将飞机荷载放大10 %[5]，并按静载考虑。

通过对飞机移动荷载简化的相关研究可知，简化为节点荷载相对于简化为面荷载对隧道的影响较大，本文偏于安全考虑，在数值计算中选择将飞机轮载简化为节点荷载进行分析研究[5]。

3 数值分析模型

采用 Midas GTS NX 数值模拟软件，结合施工参数[6]进行建模计算，具体计算参数分别如表1、表2所示。

表1 计算参数

表2 沥青面层材料参数[8][10]

按照1∶1的比例建立三维模型，底部边界节点X，Y，Z三个方向的平动自由度进行约束，相当于固定支座，左右两侧的边界进行水平方向的平动自由度约束，纵向考虑边界条件，沿纵向长度设置为100 m[3]，采用三维实体单元模拟结构各部分。实际分析中，由于飞机尾部荷载为主要荷载，拟采取将其分别布置在回填区域的A、B、C区中部，以研究飞机荷载对回填部分的作用。计算模型如图6所示。

计算工况汇总如表3所示。

4 结果及分析

当回填材料为压实填土时，飞机尾部荷载分别作用在A、B、C区中部的结果云图分别如图7所示。

当回填材料分别为级配碎石和泡沫混凝土时，飞机尾部荷载分别作用在A、B、C区中部的结果云图与上图相似，此处省去。

将上述计算结果汇总如表4所示。

由上述计算结果，可以得到如下结论：

(1)在三种回填材料中，当回填材料为压实填土时，飞机荷载作用下的A、B、C区地表沉降值最大；当回填材料是泡沫混凝土时，飞机荷载作用下的A、B、C区地表沉降值最小；当回填材料是级配碎石时，飞机荷载作用下的地表沉降介于二者之间。

(a)飞机尾部荷载作用于A区中部

(a)飞机尾部荷载作用于A区中部

表3 计算工况汇总

表4 计算结果汇总

(2)飞机尾部荷载作用处的沉降为测点中的最大值。当回填材料为级配碎石和泡沫混凝土时，飞机尾部荷载作用处的地表沉降最大不超过0.4 cm，其余两处测点地表沉降很小，不大于0.07 cm，总体沉降较小。当回填材料为压实填土时，飞机尾部荷载作用在A区中部时A区中部地表沉降高达4.34 cm，；当飞机尾部荷载作用在B、C区中部时A区中部沉降也总体较大，分别为2.59 cm、2.13 cm，总体沉降较大，实际施工中应采取相关措施。

综合以上分析，当回填材料采用压实填土时，应采取一定的措施进行地基处理。并且，针对A区回填部分，也应采取相应的措施减小地表沉降。

5 结论及建议

通过研究，有如下结论：

(1)回填材料是泡沫混凝土时，飞机荷载作用下的地表沉降值最小，级配碎石次之，而回填土石最大。

(2)飞机尾部荷载作用位置处，相应的地表沉降最大，且当回填材料是压实填土时，未设搭板部位中部地表沉降较大，实际施工运营时应采取相应措施进行处理。