盾构下穿机场的变形控制研究及监督管理_俞南均.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言当前，我国地铁建设如火如荼，很多城市存在同时建设多条地铁的情况。机场作为民众与外界交流的重要基础设施，建设一条连通机场的地铁具有重要的现实意义。2项目概况杭州地铁1号线三期工程SG1-3-3标区间向阳路站萧山机场站区间位于杭州市萧山区，区间隧道左右线出向阳大道站后向东南向转弯，后穿越东风河后进入萧山机场停机坪，然后穿越萧山机场东西联络隧道，下穿机场K滑行道、J滑行道、停机坪及停机位、航油管道，下穿萧山国际机场航站楼后到达萧山国际机场地铁车站。本区间为单圆盾构区间，隧道左线区间全长为3 285 m，右线区间全长为3 274 m，其中，穿越机场内范围长度分别为2 471 m和2 452 m，左右线路间距在11.815.6 m。3引起地表变形的主要因素（1）盾构开挖面前方变形。在距开挖面约几米处产生的沉降或隆起，主要是盾构机推力过大或过小，开挖面的土压力失衡引起的。（2）盾构机通过时的变形。从开挖面至盾尾范围，盾构刀盘切削面土体的支护应力逐渐减弱，且小于原始侧向应力，开挖面土体向盾构机方向移动，导致地层损失，引起盾构机上方地面发生沉降。（3）盾尾空隙沉降。盾尾通过时，盾尾空隙土体失去盾构支撑或管片后注浆不及时、不充分引起的土体应力释放导致1。此为地表变形关键控制点。（4）盾构通过后沉降。盾尾脱出引起的地表变形，主要为土层蠕变而产生的塑形变形，包括超孔隙水压力消散引起的主固结沉降和土体骨架蠕变引起的次固结沉降。（5）盾构后退操作。盾构机暂停工作时，如果盾构掘进千斤顶漏油或者回缩，会引起盾构机后退，使得切削面土体塌落，导致地表沉降。4盾构施工控制措施4.1施工工艺方面本区间采用2台小松加泥式土压平衡盾构（外径6340 mm）。重点审查监督盾构机所有设备的规格型号、使用情况和功效，确保穿越过程中设备不出故障；盾构推进中严格控制盾构机各项参数，使其对周围自然环境的影响控制在专项施工方案【作者简介】俞南均（1980），男，浙江杭州人，高级工程师，从事建设工程质量安全监督管理研究。盾构下穿机场的变形控制研究及监督管理Research on Deformation Control and Supervision of Underpass Airport of Shield俞南均，周伟平（杭州市建设工程质量安全监督总站，杭州 311000）YU Nan-jun,ZHOU Wei-ping(HangzhouConstructionEngineeringQualityandSafetySupervisionStation,Hangzhou311000,China)【摘要】以杭州地铁 1 号线三期工程 SG1-3-3 标区间向阳路站萧山机场站区间为例，针对引起地表变形的 5 个因素，对盾构穿越机场的施工、监测方法及监督管理要点展开研究。通过对监测结果进行分析，表明盾构下穿机场施工达到了预期效果，并得出结论：采用盾构法施工时不可避免会引起地表沉降，需采取具有针对性的措施，保证施工安全。【A b s t r a c t】ThispapertakesXiangyangRoadStationtoXiaoshanAirportstationinSG1-3sectionofHangzhouMetroLine1PhaseIIIprojectasanexampletostudytheconstruction,monitoringmethodsandkeypointsofsupervisionandmanagementofshieldcrossingairportinviewoffivefactorscausingsurfacedeformation.Throughtheanalysisofmonitoringresults,itisshownthattheconstructionofshieldtunnelingthroughthe airport has achieved the expected effect,and the conclusion is drawn:the shield construction method will inevitably cause the surfacesettlement,itisnecessarytotakespecificmeasurestoensuretheconstructionsafety.【关键词】盾构法施工；下穿机场；监测方法；监督管理【K e y w o r d s】shieldconstruction;underpassairport;monitoringmethods;supervisionandadministration【中图分类号】U455.43【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2023）06-0132-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.243132Construction Technology工程施工技术及规范规定的范围内；根据前期盾构掘进参数、地层位移，加大对掘进出土量及土仓压力的监督与管理。4.2位移技术方面在位移技术方面需要做好以下两个方面的监督管理工作。1）根据同类工程项目施工经验及理论研究，盾构施工沿线路的方向纵向间距不得小于200 m。2）盾构下穿机场施工穿越不同性质的土层时，对盾构机操作有着严格的要求。例如，3淤泥质黏土为高压缩性和低强度的土层，具有显著的触变性特点，在动力作用下容易发生流变，使土体结构遭到破坏，强度突然下降。2淤泥质粉质黏土、2粉质黏土、13?2粉质黏土和13?21粉质黏土夹粉砂的黏聚力较大，容易粘连盾构设备导致堵塞，使盾构法施工难以顺利进行，施工时要加强重视。同一断面不同土层穿越。盾构下穿范围内土层变化大，分布有杂填土、素填土、粉细砂、圆砾等，以上土层强度差别大，盾构在这样软硬不同的土层中穿越时，因其阻力差异会导致软弱土层排土量大引起土层下沉，使得盾构机失控，线路方向发生偏离。4.3参数控制方面控制好盾构施工中的各项参数，尽可能减少其对土体的扰动，确保施工的连续性；减少盾构推进中挤压和同步注浆作用等因素对周围土体的影响；严格控制盾构轴线和纠偏幅度，避免因轴线控制不当引起超挖2，单环轴线纠偏幅度控制在+5 mm内。根据每环测量结构和管片间隙情况进行下一环节的推进；盾构施工匀速进行，不减速也不随意加速。4.4土体改良方面由地质勘察报告得出：盾构下穿机场施工中含有少量的2淤泥质粉质黏土，需采用盾构机刀盘上的加泥孔，在前方土体中加入膨润土和泡沫，以改善淤泥质粉质黏土的流塑性，降低排土扭矩，膨润土和泡沫具有以下功效：（1）确保盾构机前方土压计更准确；（2）减少出土扭矩，保证出土顺畅；（3）减少盾构前方土体挤压，有利于控制地面沉降；（4）降低土体和刀盘的摩擦，具有保护刀盘的重要作用。5盾构下穿机场施工监测方法5.1监测目的判断地铁工程项目结构的安全性和施工过程对停机坪可能造成的影响；将监测结果及时反馈至设计单位、施工企业、建设单位及监督部门，用来验证设计参数和施工方案的可行性3；实时指导盾构推进过程参数控制，降低周边环境影响，尤其是萧山国际机场滑行道、停机坪及停机位、航油管道、航站楼、机场东西联络隧道等，从而将施工影响控制在安全范围内；为同类工程项目的监测及监督管理提供经验。5.2监测对象和项目结合本工程周边环境，在确保覆盖所有可能存在的风险源前提下，本工程项目的监测范围根据设计图纸拟定为隧道中线25 m范围内的周边建构筑物、地下管线、地表及隧道结构本身。根据设计文件和相关规范要求确定主要监测项目：（1）盾构隧道管片结构：包括管片垂直位移监测、隧道水平及竖向收敛；（2）周边环境：包括隧道上方地表沉降；建（构）筑物沉降、倾斜、裂缝；地下管线沉降、差异沉降。5.3监测方法本项目主要监测方法为水准量测，水准测量的内业计算高差和高程均取位至0.01 mm，测量精度以每千米高差中数偶然中误差M（mm）为标准，按式（1）计算：M=14nL（1）式中，n为往返测水准路线的测段数；为水准路线测段往返高差不符值，mm；L为水准测量的测段长度，km。5.4机场内监测点埋设要求1）北跑道东端头航线区域监测布点，该区域东西宽约为80 m，南北长约300 m，需埋设测点85个，测点采用直径16 mm的钢筋，长度60 cm打入地下（绿化带），钢筋不露出地面，地表采用保护盖对钢筋进行保护。2）灯光楼布置监测点，在建筑物四个角布置4个测点，测点采用直径16 mm的L形钢筋打入墙体内，钢筋埋入墙体内10 cm，外面露出5 cm。3）货运停机坪区域布置监测点，监测点采用反光油漆在混凝土表面标点形式，该区域约长560 m，在隧道正上方布点，共需用反光油漆标注测点62个，标识大小为3 cm正方形，与机场其他地面标志区分开。4）顺丰基地内布置监测点，该区域包括顺丰厂房及厂区内地面，厂区建筑物采用直径16 mm的L形钢筋打入墙体内，钢筋埋入墙体内10 cm，外面露出5 cm，共需埋设测点66个（含厂房内立柱点）；厂区地表点监测点采用反光油漆在混凝土表面标点形式，该区域约长60 m，宽80 m，共需用油漆标注测点28个。5）T3航站楼监测点布设，该段包括T3长廊及子廊廊桥，T3航站楼负1层，共计布设建筑物沉降点60个。133Construction&DesignForProject工程建设与设计5.5监测方法（1）沉降观测采用DINI03精密水准仪配套铟钢尺（天宝铟瓦条码尺）测量，仪器标称精度0.3 mm/km；（2）在观测前，按照有关规定检定水准仪和水准尺并保留检校记录；（3）观测前将DINI03精密水准仪配套铟钢尺在自然环境中放置一段时间，使其与外界气温趋于一致；（4）测量中避免望远镜直接对着太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中截长的20%；（5）观测过程中为保证水准尺的稳定性，应将尺垫踩实，避免尺垫下沉影响监测精度；（6）观测过程中避免仪器安置在易震动的地方，如果出现临时震动，确认震动源造成的震动消失后，再激发测量键；（7）水准尺必须借助尺撑整平扶直，确保水准尺垂直；（8）为更好地保证监测精度，监测过程中实行“五固定”，即固定人员、固定仪器、固定设备、固定观测方法及固定观测路线。5.6监测结果及结论本项目在盾构穿越杭州萧山国际机场前，详细调查了全国成功穿越机场的相关案例，全面了解目前的监测控制手段及监督管理措施，同时结合杭州萧山国际机场的要求，对穿越机场区域制定了专项的监测实施方案，通过强化组织领导和协调联动、加强前期筹划和方案评审、创新监测工作思路和优化监测技术方案等相关手段，科学指导了盾构施工，确保了盾构施工及机场运营安全。在穿越机场围界内期间，萧山机场处于正常运营状态，每日航班流量多达900架次，在整个长达近10个月的盾构施工时间里，机场所有运营及飞机起降均未受影响，最后航站楼最大累计沉降量为-2.68 mm，停机坪最大累计沉降量为-7.2 mm，航油管道最大累计沉降为-6.19 mm，东西联络隧道最大累计沉降为-3.3 mm，各项指标均未超过监测控制值，工后沉降速率均小于0.04 mm/d，实现了4台盾构下穿萧山国际机场的安全穿越。中央电视台对本项目四台盾构成功下穿杭州萧山国际机场进行了报道，同时监测及监督管理工作也受到了一致好评。6盾构下穿机场施工的监督管理6.1建设程序1）通过充分了解设计图纸的相关要求，结合图审的专家意见“下穿机场施工前应进行安全评估”，监督参建责任方主体落实安评工作。2）鉴于区间盾构施工涉及正在运营的国际性机场，盾构涉及的监测、不停航交叉施工难度大，督促参建方赴国内具有类似工程案例的城市进行调研，学习考察下穿机场的施工参数控制、协调程序等。3）综合考虑盾构穿越机坪及对机场的地面影响，结合机场方的不停航施工要求，督促建设单位牵头将下穿机场的安全评估、盾构施工方案、监测施工方案、与机场方签订的安全协议报备至机场方。6.2各方施工协调（1）盾构下穿机场作为一个重大风险源，监督建设单位落实书面往来函件至机场方，征得机场方同意在不停航期间盾构下穿机场。（2）督促建设单位牵头与机场方共同成立下穿机场期间的协调小组，每周召开不停航施工协调会，确保下穿期间各方信息共享，存在问题及时解决。（3）根据机场方对机坪的保护要求，督促参建责任主体在下穿机场前、后，落实对停机坪的地质雷达扫描工作，以作证据保全。（4）停机坪的保护要求极高，机场方不允许按照常规方式在停机坪上布设监测点，监督建设单位牵头各参建主体与机场方协调落实监测布点形式、布点要求，在协调会的纪要中予以明确。7结语综上所述，本文详细分析了杭州地铁1号线三期工程SG1-3-3标区间向阳路站萧山机场站区间盾构施工、监测方法及监督管理措施，通过对本文的研究得出以下3个结论：（1）盾构下穿机场前，应结合土层分布、盾构机型号、机场实际情况制订科学合理的施工方案，严格控制地表变形。（2）在盾构下穿机场施工中，现场监测是一项十分关键的工作，应及时、准确地反映施工中的实际情况，为项目的顺利推进提供重要的依据。（3）建设单位牵头与机场方共同成立协调小组，建立固定沟通机制，与机场方共同编制应急预案，成立共同应急救援处置小组，保障突发情况的应急处置。【参考文献】1段恒冲.盾构下穿铁路路基及火车站站房地表沉降分析J.工程建设与设计，2020（19）：52-54.2朱才辉，李宁，柳厚祥，等.盾构施工工艺诱发地表沉降规律浅析J.岩土力学，2011（1）：158-164.3张伟森,吴大勇.R/S分析法在盾构下穿机场过程中的地表变形规律研究J.铁道标准设计，2018（3）：101-107.【收稿日期】2023-04-02134