下穿機場跑道大斷面隧道施工對策及地層變形規(guī)律研究

馮建霖

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州510010）

采用超長管幕下十導洞分摘要：北京首都國際機場T3與T2航站樓之間的單層雙跨連拱淺埋暗挖大斷面隧道垂直下穿機場跑道，

步暗挖法施工。通過對隧道施工地表變形進行分析，得出以下結(jié)論：1）新建隧道施工地表最大沉降值平均為9.28mm，控制變形情況良好，采用超長管幕保護淺埋暗挖施工技術切實可行；2）3個斷面變形擬合得到的確定調(diào)節(jié)系數(shù)平均為0.951，地表變形符合Peck公式；3）變形擬合得到的K值平均為1.903，為北京地區(qū)常規(guī)數(shù)值的3～6倍，管幕的存在對新建隧道施工引起的地層變形具有阻隔及擴散作用；4）變形擬合得到的Vl值平均為0.201%，略低于北京地區(qū)常規(guī)施工方法水平。

關鍵詞：隧道工程；下穿施工；管幕法；地表變形

DOI：10．3973/j．issn．1672－741X．2015．05．014

中圖分類號：U455．4文獻標志碼：A文章編號：1672－741X（2015）05－0473－05

StudyonConstructionCountermeasuresforandGroundDeformationＲule

ofConstructionofLargeCross-sectionTunnelCrossingunderneath

ExistingAirportＲunway

FENGJianlin

（GuangzhouMetroDesign＆ＲesearchInstituteCo．，Ltd．，Guangzhou510010，Guangdong，China）

Abstract：ThetunnelbetweenTerminal3andTerminal2ofBeijingCapitalInternationalAirportisalargecross-sectionsingle-storydouble-archtunnelwithshallowcover．Thetunnel，whichcrossesunderneatharunwayoftheairport，isconstructedbymeansof10-pilotsequentialexcavationmethodundertheprotectionoflongpiperoof．Inthepaper，thegrounddeformationcausedbythetunnelconstructionisanalyzed．Conclusionsdrawnareasfollows：1）Theaverageofthemaximumgroundsurfacesettlementcausedbythetunnelconstructionis9．28mm，andthegrounddeformationhasbeenbroughtundereffectivecontrol，whichshowsthattheapplicationofthelongpiperooftoprotecttheconstructionoftheshallowtunnelisfeasible；2）Theaverageoftheadjustmentcoefficientobtainedfromthedeformationfittingofthreecross-sectionsis0．951，andthegroundsurfacedeformationisconsistentwiththePeckformula；3）TheaverageoftheKvalueobtainedfromthedeformationfittingis1．903，whichis3～6timesthecommonvalueinBeijing；thepiperoofcanbarrieranddiffusethegrounddeformationcausedbytheconstructionofthetunnel；4）TheaverageoftheVlvalueobtainedfromthedeformationfittingis0．201%，whichisslightlysmallerthanthecommonvalueinBeijing．

Keywords：tunnel；tunnelingacrossunderneathexistingairportrunway；piperoofmethod；groundsurfacedeformation0引言

近年來，伴隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，機場擴建帶

來新老航站樓之間的地下通道建設越來越多。受周圍

環(huán)境限制，地下通道穿越機場跑道的情況不可避

［1］免。在北京首都國際機場T3與T2航站樓之間，為

了增加機場運營效率、方便航站樓間的溝通和解決飛

機跑道隔斷的影響，在機場中央主跑道下方修建大斷

收稿日期：2015－02－03；修回日期：2015－03－052面（214.3m）并行單層雙跨連拱形式的公路隧道。新建隧道垂直下穿正在使用中的機場跑道。國內(nèi)外新建隧道穿越既有建（構(gòu)）筑物有許目前，多成功的案例。如：美國波士頓州際北向隧道下穿Ｒedline地鐵車站［2］、日本的筑波、三之輪地鐵隧道縱向穿越既有鐵路線工程上跨下穿既有車站［3］［2］、北京地鐵機場線東直門站以及北京地區(qū)多條新建隧道下

2009年畢業(yè)于西安建筑科技大學，作者簡介：馮建霖（1982—），男，湖北當陽人，防災減災工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事地鐵車站、隧道等地下工

程方面的結(jié)構(gòu)設計工作。

474

隧道建設

第35卷

［4－8］

。與其他穿越建（構(gòu)）筑穿既有地下車站及區(qū)間

物工程相比，在不停航的情況下穿越機場跑道是一個

類土構(gòu)成。其中，粉質(zhì)黏土、素填土①層厚度為0.8～

2.0m，粉質(zhì)黏土②層厚度為3.8～5.8m，粉質(zhì)黏土③層為11.7～16.8m，中砂④層厚度為1.7～5.0m，粉質(zhì)黏土⑤層為0.4～7.8m，粉土⑥層厚度為4.5m。

嶄新的課題，地表沉降控制要求極為嚴格，施工技術難

度大，且國內(nèi)外可供借鑒的經(jīng)驗較少。本文通過闡述施工對策，對實測地表變形進行分析和Peck公式擬合，明確大斷面隧道施工地層變形規(guī)律，研究成果可為類似工程提供借鑒及參考。

2地層變形控制對策

工程中為有效控制新建隧道施工對地層的擾動，

采用超長管幕與十導洞分步暗挖方法進行施工。2.1

超長管幕

為控制新建隧道施工造成的地層變形，采用超長管幕+注漿的方式對地層進行加固。為減小和阻隔地層變形，管幕施工采用全封閉式“口”字形布置。鋼管管幕總數(shù)為60根，��970mm、壁厚16mm。超長管幕布置如圖3所示

。

1工程概況

新建隧道位于北京首都國際機場T3與T2航站樓

之間，由2條呈單層雙跨連拱形式的捷運通道和汽車隧道共同組成，平面布置如圖1所示。捷運隧道長1621m，2條隧道主體部分相互汽車隧道長1265m，平行并垂直下穿使用中的機場跑道。新建隧道洞周布置60根��970mm、壁厚16mm的口字形鋼管管幕，南北向垂直下穿機場中央主跑道

。

圖3Fig．3

圖1Fig．1

機場跑道與隧道平面布置圖（單位：m）

超長管幕布置示意圖（單位：mm）

Schematicdiagramofsuper-longpipe-roof（mm）

Planearrangementofairportrunwayandtunnel（m）

進出洞門是重要環(huán)節(jié)。施工前，在進管幕施工中，

洞口處安裝雙層橡膠止水圈，將止水圈安裝在帶法蘭盤的固定尺寸鋼管上，外側(cè)用鋼板壓緊。管幕頂進中，向管道外壁壓入減阻泥漿，由此在管道外圍形成泥漿套，減小摩擦因數(shù)，降低頂進摩阻力。在新建隧道施工過程中，將超長管幕與初期支護的格柵進行點焊連接，以此實現(xiàn)剛性連接。管幕采用分節(jié)頂進的方法，各管節(jié)的長度不小于10m。管幕外環(huán)狀注漿在頂進施工完成后進行。

另外，為增加土體強度、減少施工引起的地層變形，對新建隧道掌子面前方土體進行注漿加固。其中，非跑道區(qū)采用WSS雙液深孔注漿，每20m為一個循環(huán)，搭接長度為3m；跑道區(qū)采用水平旋噴注漿，每30m為一個循環(huán)，前后搭接長度為3m。同時，對管幕兩側(cè)2m范圍內(nèi)的土體采用WSS雙液注漿加固，避免土層滯水和流砂進入暗挖面，減小外側(cè)土體沉降。2.2

十導洞分步暗挖法

為減小新建隧道施工對地層的擾動，根據(jù)新建隧道斷面形狀和尺寸，采用十導洞分步暗挖的方法進行施工，具體施工步驟如圖4所示。

各洞室采用上下臺階法施工，上下臺階開挖間距為3～5m，上下導洞間距不小于10m。導洞開挖示意圖如圖5所示。

總高8.4m，中間新建隧道標準截面總寬23.2m，

設置中墻；捷運隧道凈寬10.3m，高6.05m；汽車隧道凈寬10.1m，高5.07m；隧道頂板厚1.1m，底板厚1.2m，邊墻厚1.0m，中墻厚0.8m。新建隧道采用超長管幕下十導洞分步暗挖施工方法。

初期支護由噴射混凝土、連接筋、鋼筋網(wǎng)及格柵鋼架組成。二次襯砌結(jié)構(gòu)采用抗?jié)B等級為P10的C40防水混凝土。淺埋暗挖隧道結(jié)構(gòu)尺寸及管幕布置如圖2所示

。

圖2Fig．2

隧道斷面圖（單位：mm）Cross-sectionoftunnel（mm）

地層表層為人工填擬建場地位于北京市順義區(qū)，

土，其下由一般第四紀沖洪積成因的黏性土、粉土和砂

第5期馮建霖：下穿機場跑道大斷面隧道施工對策及地層變形規(guī)律研究475

材料為DN32水煤氣管。鎖腳錨管長2.5m，外插角度為30°左右，鎖腳錨管管內(nèi)全長注漿，壓力為0.4～0.6MPa。采用小導管注漿的方式填充新建隧道與管幕之間的空隙。其中，小導管直徑為25mm，長度2.5m，外插角為6°～10°。鎖腳錨管布置如圖6所示

。

（a）施作管幕，

水平深孔注漿加固

圖6Fig．6

鎖腳錨管布置圖Layoutoflockingbolt

2.4

（b）1，2導洞開挖，

施作二次襯砌

初期支護

初期支護結(jié)構(gòu)采用HM300×200型鋼，臨時中隔墻與仰拱采用I22a工字鋼。2榀鋼架之間（內(nèi)外側(cè)）設��22mm縱向拉筋，拉筋環(huán)向間距1.0m，呈梅花形布置。在鋼架內(nèi)外鋪設2層鋼筋網(wǎng)片（��6.5@150cm×150cm），后噴射混凝土。

3

3.1

實測變形分析

（c）3，4導洞開挖，

施作二次襯砌

（d）5，6導洞開挖，施作二次襯砌

地表測點布置

為監(jiān)測新建隧道施工對非停運跑道的擾動，在中央跑道中心線附近位置設置3個斷面，里程為GK0+620.626，GK0+613.126，GK0+605.626，斷面標號為D1，D2和D3，斷面間距為7.5m。

跑道底面與新建暗挖隧道頂面距離約6m，以新建隧道中心線為中心對稱軸布置地表沉降測點。每個斷面布置11個測點，測點橫向總距離為59m，測點依照跑道中心線對稱布置，從北向南距離跑道中心線距

19.6，14.6，9.6，4.95，0，4.85，9.4，離分別為29.6，

14.4，19.4，29.4m，DX－2，測點編號依次為DX－1，DX－3，DX－4，DX－5，DX－6，DX－7，DX－8，DX－9，DX－10，DX－11。測點布置如圖7和圖8所示

。

圖4

Fig．4

隧道施工步序圖

Constructionsequenceof

tunnel

圖7

Fig．7

圖5

Fig．5

導洞開挖方法示意圖（單位：m）

地表沉降測點布置立面圖（單位：mm）

Elevationdrawingshowingarrangementofgroundsurfacesettlementmonitoringpoints（mm）

Schematicdiagramofpilottunnelconstruction（m）

3.2隧道施工地表橫向變形經(jīng)驗公式

2.3鎖腳錨管

各導洞施作鎖腳錨管以控制隧道豎向和水平向變

形。鎖腳錨管施作位置為格柵節(jié)點處或上臺階底部，

新建隧道開挖引起的橫向地表沉降可用Peck公［9］