盾构软硬不均地层下穿机场滑行道施工技术研究

李文广

（北京中航空港建设工程有限公司，北京 101399）

前言

机场建设内容较多，且机场滑行道的质量要求相对较高，由此各种施工技术的出现有效解决机场施工难度高、效率低、安全性差等问题。而在对过去相对较多的穿越建筑物和管线以及隧道建成的案例分析中，发现其风险性较高，且盾构穿越机场滑行道施工的案例相对较少，由此本文借此背景简要的探讨机场滑行道盾构穿越施工的相关内容。本次工程以南京到南淳城际快速轨道南京南站到禄口机场站工程TA01-1 标禄口机场站-1 号盾构井段施工作业为例，在前期的准备工作和试验段施工作业中进行参数的获取，并以下穿段施工作业和相关监测措施来作为本工程研究的重点内容。最终结果表示该技术有着良好的施工成效，已经形成一套完整的地铁盾构区间穿越机场滑行道的施工技术体系，可供类似工程作为参考案例。

一、工程背景及分析

本工程主要为南京到南淳城际快速轨道南京南站到禄口机场站工程TA01-1 标禄口机场站-1 号盾构井段施工作业，该区域区间隧道中，左线设计的里程起终段为ZDK0+671.000--ZDK2+669.910，总长度为1998.97m；右线起终里程长度为1999.00m，其中隧道拱顶部的覆土为5.60--19.40m。

本段施工线路设计为“W”形式的纵坡，最大纵坡为7.5%，长度为913m，最小的竖曲线半径为3000.0m（R）。在里程YDK0+671.000--YDK1+041.877、总长度为370.9m 的范围内进行下穿机场停机坪和滑行道施工作业，此段覆土的高度为5.6-11.0m。本段地层主要位于粉质粘土、中风化和全风化安山岩层的地质结构中，地质结构条件软硬布局均匀，上下软硬不均匀，也有着沿着线路走向的软硬交替情况，形式复杂多变。

二、施工措施分析

（一）穿越前技术

1.注浆孔增加

在本次工程中，需要将机场道面下的管片增加注浆孔，每一块增加2 个，共15个[1]。不同注浆孔的增加既保障二次注浆本身的针对性更强，也防止了多次壁后注浆所发生的注浆孔堵塞的情况，进而对后期的沉降距离控制造成一定的困难。

2.改制刀盘

针对机场段穿越本身的地层结构十分复杂的情况进行分析，决定在盾构机的刀盘上设定三个定向的钻孔，以此来进行选择性的取芯和超前注浆等操作。并且将刀盘的转速进行调整，原有转速为2.3rpm，现调整到3.0rpm，以此来增加盾构机刀盘切削土体的能力。

3.优化盾构机同步的注浆设备

同步注浆过程中，采取2 套SCHWING 双出料口系统作为注浆作业的系统。

（1）增设同步注浆孔。将原有通向盾尾的注浆管路和注浆孔进行改造，原有注浆管路为2 套不动，将原有4 个注浆孔改造为现在的5 个注浆孔，减少在实际施工作业中堵管问题的发生，可对地面沉降做好有效控制，并且也可减少对机场正常运行的秩序影响[2]。

（2）开孔盾构机。在盾构机的开口环和盾尾环的环向上增加5 个定向钻孔，以此实现盾构减少摩擦、背土、进出洞止水加固期间向盾构机外部压注浆液，以及必要时进行多角度的定向超前注浆作业的目标。

4.优化浆液

采取相互适应的单浆液作为同步注浆的浆液形式，该浆液在压注的初期，其本身得屈服值就相对较高，且有着较小的压缩性和泌水性，能够对隧道的上浮进行有效控制[3]。

（二）试验段施工作业

1.地质补勘

地质补勘作业中，需要对盾构轴线两侧、且距离隧道中心线两侧6.0m 的位置各自取1 个孔作为地质补勘点，深度取盾构下部2.0m 的位置，每个勘察点之间需要保持5.0m 的距离。在补勘点位上的补勘孔，其直径大约在13cm，深度约为21.0m，在隧道的顶部保障10.5m 的埋深深度。结合详细的地质补勘来细化的了解沿线地质情况。

2.模拟推进

在里程YDK1+041.877 到+141.877（ZDK1+041.741 到+141.742）、且穿越100m的设定区域定为禄口机场穿越的模拟推进段，在试验段需要分析土体的压力、推进的速度、出土量和注浆量以及注浆压力和地面沉降关系等内容，以此来对该区间的盾构推进土体沉降变化的规律以及土体性质进行详细掌握，对穿越段施工作业的参数进行调整，且可利用针对性的措施来减少土体沉降的范围。

三、改良渣土措施分析

对渣土进行改良的原理为，在渣土中注入15-30L/min 的泡沫原液和150-200L/min 的压缩空气，需要保障发泡率在10-15 倍，此时的效果比较明显，并且所产生的气泡也不容易破裂，渣土可被改良，仓内土体的稳定性也会得到一定的保障[4]。

四、穿越期间的参数控制方法

（1）所选择的平衡压力值为1.2bar。

（2）出土量控制经过公式计算为39.67m3。管片的环宽度为1.2m，在岩层掘进过程中，经过盾构所开挖出来的土体需要对其松散系数进行详细考虑，保障每一环的出土量在53m3。

（3）对推进速度进行设定，一般正常推进的速度需要控制每分钟2 到3cm 之间[5]。

（4）采取高比重的单浆液进行同步注浆作业，内部原料有粉煤灰、砂、添加剂、石灰和水。在压注初期就会有着较高的屈服值，且有着较小的压缩性和泌水性，能够对地面的沉降和隧道上浮等情况进行有效控制。其盾构的外径为6.49m，管片的外径为6.20m[6]。经过公式的计算可以了解到，每进行一环的推进，其建筑的空隙则为3.46m3。其中每一环的压浆量需要保持在建筑空隙的150-180%之间，也就是5.1-6.2m3之间。

（5）在施工作业中如果需要纠正隧道的轴线、环面的倾斜角度或者是平整度时，需要采取专用的楔料进行纠正处理，以此纠正的量不可超出5mm。

（6）二次注浆。在壁后进行二次注浆期间，需要采取双液浆进行关注，配重比例为：水∶水泥∶水玻璃=0.5 ∶1.0 ∶0.3，如果衬砌在盾尾位置脱出，此时则需要进行二次补注浆作业，每相隔3-5 环，就在隧道的周围形成一道“环箍”，这时可促进隧道的纵向位置形成一条止水隔离带。随后对其实际的沉降情况进行观测，每相隔5 到7 环之间再以具体情况进行适当的补浆作业。

五、现场监测和沉降分析

（一）布置监测点

在地表布置沉降监测点，点位应当在盾构穿越禄口机场范围内的监测区域纵向延伸370m 大约为308 环，区域内部沿着中心线，和两侧的6,12,8m 布置监测点，共7 排，每一排的间距大约在5 环（6m）的范围内，最终可形成方格网状的监测点布置结构。

（二）监测仪器布置与方法

利用全站仪三维红外扫描技术进行全天候的沉降情况监测，并且定期采取人工几何水准来进行对比监测。

以平行隧道边线15m 的范围内作为监测区域，利用标准测程最长的全站仪进行监测，一般所监测的范围不能超出200m。根据370m 左右的范围在监测区域的两端各设置一台监测仪器。

（三）报警值的监测

结合《城市轨道交通工程监测技术规范》的内容可以明确以下几点内容。

（1）地表最大的隆沉量为+10mm 到-30mm 的范围内，速率需要在3mm/d 范围以下。

（2）隧道拱顶部的沉降需要在20mm 的范围下，速率需要≤3mm/24h。

（3）板块之间的差异沉降不能超出1.5cm。

（四）分析监测数据

本次选择3 点典型的断面数据进行分析，3 个断面管片的编号和对应的地质情况分别为：1460（停机坪区域中风化安山岩段）、1515（软硬交接面段）、1570（停机坪区域粉质黏土段）。每个断面其最终的横向沉降槽如图1 到图3 所示。

图1：中风化安山岩段断面横向沉降槽

图2：软硬交接段断面横向沉降槽

图3：粉质粘土段断面横向沉降槽

由图1 可以明确的是，盾构穿越中风化安山岩地层期间，由于其本身的条件相对良好，因此最大的沉降仅仅为6.4mm，并且在开挖右线过程中对于左线造成的影响相对较小。

由图2 可以明确的是，盾构穿越软硬交接段，由于该区段地表沉降被控制得较好，最大值为10.7mm，和硬岩段地表沉降仅仅相差4.3mm。

由图3 可以明确的是，在粉质黏土段最大的地表沉降为15.8m，并且横向上其对距离的影响也随之增加，但是随着隧道距离逐渐地变远，开挖右线对于左线的影响也相对较小。

并且结合沉降槽可明确的是，沉降较大的地方是粉质黏土段，因此选择该段的右线供顶地表沉降随着时间变化的曲线进行分析。分析后发现，右线的拱顶位置地表沉降在开挖12 天之后逐渐趋于平缓，最大沉降为15.7mm，日平均最大的沉降速率为2mm。

结合前面所设定的报警值监测要求和数据分析可以，本工程所设计的内容满足监测设计要求。

结语

综上所述，结合上述施工技术与措施的综合应用，能够有效完成难度十分高的盾构施工作业，解决了在软硬不均下穿机场滑行道的盾构施工作业，并且各项指标均在合理的要求标准范围内。