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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

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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

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]

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