运输机场工程轨道交通穿越区域的质量控制及管理

□□ 陈鹏举，黄明玺，王娟娟 (.民航专业工程质量监督总站中南地区监督站，广东 广州50406；.甘肃省民航机场集团有限公司，甘肃 兰州 70000；.铁科院(深圳)特种工程有限公司，广东 深圳 58000)

引言

近年来，为适应旅客便捷、高效、绿色、安全出行需求，国内新建和改扩建大型枢纽机场是以机场为核心的现代综合交通枢纽，已建设或规划接入高速铁路、城际铁路、市郊铁路、地铁等轨道交通，并在航站楼前建设综合交通中心，同时预留发展空间，对机场综合交通枢纽规划建设进行不断探索融合。根据机场的场址和轨道交通的规划选线，轨道交通引入运输机场穿越的方式主要有穿越航站楼、跑道滑行道系统、站坪和多个飞行区间的联络道等。随着旅客和货邮吞吐量等的高速增长，大型枢纽机场改扩建中，普遍采用规划建设新的航站区和飞行区，以解决机场既有功能区规划布局无法满足发展需要、预留发展空间和配套设施不足等问题，为了解决不同的航站区之间的接驳问题，在航站楼之间、航站楼与卫星厅之间设置轨道捷运系统。近年来，国内轨道交通穿越大型枢纽机场已有成功的案例，如上海虹桥机场、首都国际机场、成都天府双流国际机场等，但也存在有质量问题的案例。目前，国内正在进一步广泛而深入地研究以机场为核心的综合交通枢纽在空铁联运模式下轨道交通穿越对运输机场建设的影响，以及穿越区的关键技术和管理。

1 轨道交通穿越机场概况

1.1 轨道交通穿越机场的类型

轨道交通穿越机场的类型按照穿越的功能区主要可分为两种：一是穿越机场飞行区跑道、滑行道等直接影响飞行安全的功能区域。该类型主要采用盾构法和明挖法等。在运行的运输机场接入轨道交通，特别是因线路限制条件需穿越跑道、滑行道等区域的，考虑飞行区严格的安全和环境控制要求，综合施工期道面应力控制、道面沉降控制、道面变形控制，在确保飞行安全的情况下，一般均采用盾构法施工。在新建或迁建机场接入轨道交通，综合考虑轨道交通线路限制条件、工期、造价投资、建设实施的协同性、施工工艺的难易程度等，较多选择明挖法施工以及提前施工预埋段；二是穿越航站楼或航站区因建设空间条件的限制和立体综合交通枢纽换乘需要，一般采用明挖法、盾构法或浅埋暗挖法等施工。本文主要针对第二种类型进行讨论分析。

1.2 轨道交通建设与机场建设难点

(1)轨道交通与机场建设协调难度大。轨道交通与机场的投资主体、项目法人、建设单位不同，如高速铁路、城市轨道交通、机场等均由不同的单位负责建设，在总体规划、立项、可研等项目前期工作推进中涉及的单位和部门多，需要协调统一的事项更多，这对相关建设单位的总体统筹实施能力要求很高。

(2)二是轨道交通与机场尚未达到统一规划、同步设计和同步实施，特别是对既有机场改扩建，轨道交通的规划建设时序较后，对于新建机场或迁建机场来说，在轨道交通规划时可以将机场作为优先考虑的站点，并提前实施预埋段。

(3)轨道交通与机场的相关技术标准不协调。

(4)轨道交通和机场相关区域的建设时序，以及轨道交通采用的施工工法需充分研究论证。

2 工程实例

本文通过某机场迁建工程和某机场三期扩建工程的建设实例分析轨道交通穿越区域机场建设工程质量控制的关键技术和管理要点。

2.1 某机场迁建工程实例

某机场按照设计目标2030年旅客吞吐量为510万人次、货邮吞吐量为3.06万t、飞机起降为4.74万架次设计，飞行区等级指标为4E，新建航站楼、1条长跑道、1条等长的平行滑行道等。该机场规划引入某高铁，该铁路以下穿隧道方式垂直穿越机场跑道和平行滑行道，其穿越机场段预埋隧道与机场迁建工程同步实施。该预埋隧道位于机场跑道中心点南侧375 m处，距跑道南端1 225 m，东西向垂直横穿机场飞行区(跑道和平行滑行道)，总长度为984 m，全段采用明挖放坡施工。

高铁机场段预埋隧道工程与机场竖向施工界面按照原地面标高进行划分，如图1所示。铁路施工方填筑至原地面标高(隧道基坑回填高度平均约为14.6 m)后，双方进行工作面交接，由机场施工方填筑至机场设计标高(机场的回填高度为7～10 m，平均为8.6 m)，双方最大回填高度总计>20 m。

图1 下穿铁路隧道预埋段结构断面图

机场飞行区道面完工后竣工验收前，发生跑道和平行滑行道道面板假缝张开扩大的质量问题。主要是因为在施工道面结构层时预留土方填筑工后自然沉降密实周期不够，造成跑道和平行滑行道高铁下穿段土基发生不均匀沉降，跑道及平滑位于高铁隧道拱顶中心线位置处的道面假缝扩张，该区域的土面区和排水沟沿铁路隧道方向出现明显的裂缝。为了彻底解决铁路隧道拱顶两侧填土高度差，从源头解决差异沉降，采取了对铁路隧道肥槽回填范围内的碎石层至拱顶段填土进行注浆加固处理，并布设了多点位移计和阵列位移计等自动化监测设备。经自动化沉降观测数据分析，自土基填筑完成的7个月后，沉降趋于稳定，推算跑道区工后沉降值约为81 mm，平滑区工后沉降值为64 mm，均满足设计要求。

2.1.1发生问题的原因

直接原因是机场方预留土方填筑工后自然沉降密实周期不够。在不满足设计文件要求的“连续两个月沉降观测值<5 mm”工后沉降稳定判定标准的情况下，开始水稳和道面面层施工。因铁路设计时速由120 km变更为200 km，履行重大设计变更审批程序，至使铁路隧道开工较晚，未能按照约定的时间给机场方移交工作面，同时，机场方未能及时根据工程情况的调整建设进度计划，仍然按照计划的通航目标倒排工期节点组织建设。

主要原因是隧道拱顶和肥槽之间的差异沉降。对沉降区域的填筑体进行补充勘察发现，机场方回填的水泥土接近低压缩性土，工程性能较好，素填土属于中等偏低压缩性土，工程性能较好；铁路方回填的中密～密实状态碎石填土现场已经过压密处理，土质均匀性稍差。经专家论证，考虑主要是隧道拱顶和肥槽之间的差异沉降。铁路隧道肥槽回填从下往上依次为C35素混凝土、掺4%水泥的级配碎石、夯填土石，虽然其固结性好，但考虑到施工的变异性和后期的蠕变，隧道拱顶和肥槽的填土厚度差仍会发生一定的差异沉降。机场方填筑的土体因其回填厚度、回填材料、回填压实度基本一致，虽有一定的固结沉降，但属于均匀沉降，差异沉降的主要原因是铁路隧道肥槽回填土。

2.1.2机场方所做的工作

(1)按照该机场工程的总工期及进度计划，为了确保机场工程和高铁预埋隧道段保质按期完成、铁路设计及施工方案满足机场建设及运行的要求，机场工程建设单位与铁路建设单位在项目设计方案阶段就沟通两个工程的衔接协同问题，具体为：从符合机场总规、满足机场建设和运行角度确定铁路车站在机场内的预留位置、预埋段的埋深和长度等；明确机场方和铁路方的施工交界面划分；从施工质量和安全角度确定铁路基坑支护方式和回填要求、沉降要求、监测要求等；根据机场的工程进度要求，协调确定了铁路预埋隧道段给机场方移交工作面的时间。

(2)为了保证隧道上方机场方回填的地基稳定性和沉降协调，机场建设单位会同参建单位制定了相关措施，设计单位出具了设计变更，采取水泥改良土回填、土基增加土工格栅、道面板增加双层钢筋网补强等措施改善土基回填质量和减小工后沉降，具体为：隧道预埋段两侧各40 m范围设置加筋沉降过渡段，土方填筑中每隔1 m设置1道土工格栅、反包长度为2.5 m，以协调不均匀沉降，同时在隧道预埋段两侧各30 m的道面板中增加双层钢筋网补强；为降低土方的含水率，经室内土工试验和现场施工实地验证，采用在道床范围内(0～0.8 m)采用质量比为5%的水泥改良土，压实度≮96%；在0.8～4 m范围内采用质量比为4%的水泥改良土，压实度≮95%；在4 m以下范围采用场内粉质黏土，压实度≮93%。

(3)加强铁路隧道预埋段区域的施工期和工后沉降监测、加密沉降观测点，对铁路隧道预埋段区域的道面区、土面区原地面和表面标进行不间断的监测。

2.1.3工作不足之处

(1)机场方在接收工作面时，仅对铁路方填筑完成面的高程进行了测量，未进行压实度和沉降稳定情况的检测和分析。在铁路肥槽回填过程中，机场方未能参与监理监督。

(2)机场方预留土方填筑工后自然沉降密实周期不够，在不满足设计文件要求的“连续两个月沉降观测值<5 mm”工后沉降稳定判定标准的情况下，开始水稳和道面面层施工。

(3)在道面结构施工时，破坏了原有沉降观测点，后续仅是加强了道面表面标和土面区原地面沉降监测。

2.2 某机场三期扩建工程实例

某机场三期扩建工程按照满足2030年旅客吞吐量为3 800万人次、货邮吞吐量为30万t、飞机起降为30万架次的需求设计，飞行区等级指标为4E，新建1座航站楼、2条跑道及滑行道系统。某铁路南北垂直穿越机场并设T3航站楼站，向北延伸穿过飞行区后绕至T2航站楼中川机场站形成环线；规划城市轨道交通设T3航站楼站，远期预留T4航站楼站。高铁穿越飞行区站坪和东西飞行区垂直联络道，总长约为800 m，穿越航站楼段约为220 m、穿越机场南侧滑行道桥，如图2所示。引入的高铁和城市轨道交通与机场扩建统一规划、同步设计、同步建设、充分预留，其中规划远期实施的城市轨道交通T3航站楼站的主体结构先行与航站楼同步实施。高铁穿越区隧道均采用明挖法施工。在总体规划、可研等项目前期阶段，机场方就与高铁、地铁方充分沟通研究，针对性的进行综合交通专项研究，确定了轨道交通接入方式、线路路由、设站位置和规模、技术标准等。在初步设计和施工图设计阶段进一步完善相关技术指标，确保线位、标高、坐标等衔接顺畅准确，明确监测、防排水、回填、沉降控制和施工界面等。

图2 轨道交通与机场平面位置图

2.2.1铁路穿越航站楼段基坑方案

铁路下穿航站楼段隧道均采用矩形结构形式(13.9 m×9.7 m)。隧道结构与航站楼基础承台最小净距约为0.067 m，与桩基础最小净距约为0.45 m。为了协同推进项目建设，统筹机场和铁路建设时序，综合考虑界面协调、进度计划、投资控制、施工组织、结构安全和工后沉降要求，确保铁路隧道影响范围内的桩基承载力和结构安全，经充分研究，铁路穿越航站楼区域的隧道基坑方案由初步设计阶段的明挖放坡开挖法(基坑深度约为21 m，开挖宽度约为100 m)变更为围护桩支护与内支撑相结合的明挖法施工，铁路隧道两侧的航站楼桩基兼做铁路隧道基坑围护桩，同步调整桩基的结构设计，以满足抗剪和抗弯要求。

2.2.2铁路穿越飞行区段基坑方案

穿越飞行区区域采用明挖放坡法施工。道面结构下整片碾压灰土层，底面标高以下0～1.0 m范围内，回填土压实度≮98%(重型击实标准)，1.0 m以下回填土压实度要≮96%(重型击实标准)；其他区域回填土压实度≮93%(重型击实标准)。不便回填压实采用低标号素混凝土或2%水泥石屑回填压实。铁路隧道结构顶面0.2 m开始向上铺设2层单向拉伸土工格栅，每层格栅间隔0.6 m；在铁路隧道结构两侧从距顶面0.5 m处开始向下铺设2层单向拉伸土工格栅，每层格栅间隔0.6 m，土工格栅与隧道结构通过膨胀螺钉和钢压条相连接，单向拉伸土工格栅应垂直隧道走向布置，如图3所示。

图3 铁路隧道顶部及两侧土工格栅铺设示意图

3 建设管理模式思考

在案例2工程建设前期研究阶段，曾提出了机场方代管的模式，即按照“以上代下、以大代小”原则，机场三期扩建工程T3航站楼和综合交通中心范围内的铁路和地铁站房、隧道的土建部分由机场方负责代管，机场方分别与铁路、轨道项目单位协商签订代管协议，明确职责、分工、界面、投资等。GTC的土建工程与代管工程一并打包进行施工招标，中标单位分别与三家建设单位签订施工合同。为了便于协调更好的施工组织，减少交叉施工难度，质量责任界面更加清晰，后又提出航站楼主体结构与铁路下穿航站楼段的隧道主体结构由同一家施工单位承建。但因机场和铁路建设程序推进上的前后时差，航站楼作为整个三期扩建工程的控制性工程，在未能按照代管模式建设的情况下 ，未能实现航站楼主体和隧道主体结构联合招标。

最终的建设管理模式是在传统的建设模式基础上，成立以机场方为牵头方，高铁和地铁方参加的现场协调机构，协同推进项目建设，解决建设时序、界面协调、工序衔接、工作联动、对接研究各项目技术问题等，组织建设界面验收，组织联合试运转等事宜。GTC工程土建工程、铁路项目T3航站楼站土建工程、地铁机场预埋工程由机场、铁路、轨道三方建设单位联合招标，确定一家承建单位，承建单位与三方分别签订施工承包合同。建立图纸会签机制，由机场方作为牵头单位，组织机场、铁路、轨道的建设、设计单位相互核对和签字确认施工图，确保交叉工程衔接顺畅、设计接口对接准确、设计参数与技术标准清晰。

4 结语

(1)打造以机场为核心的现代化综合交通枢纽，积极推动机场与轨道交通的深度融合，机场和轨道交通应实现统一规划、同步设计、同步建设、同时投运，以进一步提高一体化、立体化衔接程度，充分发挥综合枢纽的组合效率。

(2)对于规划拟建的轨道交通，为了减小轨道交通远期实施的难度、节约投资，减小轨道交通施工对机场安全运行的影响，在机场建设时，可以考虑先行与机场工程同步建设实施穿越机场的预埋段。

(3)在机场建设项目总体规划、预可研、可研等前期阶段，充分利用国家、省级相关主管部门的统筹协调，重点研究轨道交通的接入方式、选线以及设置站点的位置和规模等；在初步设计和施工图设计阶段，应进一步加强沟通协调，机场方要将轨道交通穿越区域的相关设计要求落实到轨道交通的设计文件中。当然，轨道交通的各阶段评审，机场方也要派人参加，确保机场方的需求能够被轨道交通方接受并落实。

(4)应尽量避免轨道交通穿越机场跑道和滑行道等区域，若无法避免，应研究轨道交通线路尽量从灯光带、土面区等区域穿越。

(5)对于轨道交通穿越机场飞行区、跑道和滑行道等重点区域，可考虑采用围护桩与内支撑相结合的方式明挖施工，尽量避免明挖放坡法施工。

(6)对于轨道交通穿越机场段采用明挖法施工的，其基坑回填应严格按照设计要求，回填过程应有机场方参与监督，工作面的移交特别是涉及到道槽区的，应由各方监理单位共同组织验收，各方参建单位共同参加，并做好移交手续，相关质量控制资料和验收资料要同步、完整、准确、真实和签字盖章齐全。

(7)以整个机场红线范围为研究对象，对进入机场红线范围的轨道交通区段，可以考虑由机场方代建。机场方和轨道交通方签订代建协议，明确代建范围、质量安全责任、投资控制、变更签证程序、验收标准和程序等。

(8)为了确保机场道面不因土基发生不均匀沉降而出现断板、错台等重大质量缺陷，影响飞行安全，应在轨道交通方和机场方填筑体均满足设计文件要求的沉降稳定标准后，才能开始道面施工。机场工程完工后，应保护好相关监测点不被破坏，对跑道及平行滑行道等重要部位进行长期持续沉降监测(包括轨道交通运行期间震动对土基沉降的影响)。

(9)对于轨道交通穿越段采用明挖法施工的，建议采用高频地质雷达(400 MHz或600 MHz)定期对道面特别是跑道和平行滑行道进行检测，若发现道面脱空或不密实等隐患应及时采取注浆等有效措施予以消除。定期建议为轨道交通运营2年，对于预埋隧道段，建议为机场通航2年。

(10)加强机场和轨道交通的前期工作和许可手续办理的统筹协调，探索由机场方负责代管(代建)机场范围内的轨道交通主体结构的管理模式。