淺析盾構機穿越南京祿口國際機場停機坪及滑行道的施工技術

摘要：在盾構法隧道施工中經常要穿越既有建筑物，可能造成建筑物隆起或沉降，導致建筑物產生裂縫或破壞，而產生較大的經濟損失。本文通過盾構施工穿越南京祿口國際機場停機坪及滑行道項目為例，簡要論述了盾構施工穿越既有建筑物時的施工工藝方法，以為今后同類工程施工積累施工經驗，并起到借鑒和指導作用。

關鍵詞：盾構施工，國際機場停機坪，施工技術，沉降控制

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

引言

根據南京地區的地質特點，地鐵區間隧道施工主要采用盾構法施工，盾構法施工是以盾構機為隧道掘進設備，以盾構機的盾殼作支護，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構機前進，以開挖面上拼裝預制好的混凝土管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。本文對盾構施工對地表的沉降進行分析研究，并以盾構施工穿越南京祿口國際機場停機坪及滑行道項目為例，對盾構法施工如何有效控制沉降進行探究，從而為以后類似工程項目提供一定的參考。

1.工程概況

南京至高淳城際快速軌道南京南站至祿口機場段起于祿口國際機場，止于南京南站，線路全長約34.9km，其中高架段長約16.3km、過渡段長約0.8km、地面線長約1.5km、地下段長約16.3km，共設高架車站3座，地下車站5座。本標段在1#盾構井～祿口機場站盾構區間穿越南京祿口國際機場停機坪及滑行道。簡況如下：

1#盾構井～祿口機場站盾構區間

該區間由1#（左線）,2#（右線）奧村盾構機從1#盾構井始發在祿口機場站接收。線路過1號盾構井兼中間風井后，由西南向東北行進，穿越現狀停機坪（YDK1+010.021～YDK1+263.201），到達祿口機場站。本區間左線長度為1998.910m，右線長度為1999m。本標段1#盾構井～祿口機場站盾構區間于ZDK0+947.51～ZDK0+996.71； YDK0+947.60～YDK0+996.8穿越機場滑行跑道，其它地段主要為祿口機場規劃區（尚未有建筑）、荒地及農田，沿線臨近無重要建（構）筑物及重要地下障礙物。

2. 南京祿口國際機場施工重、難點分析

本次穿越機場停機坪機滑行道的施工核心在于控制地面和地層沉降，確保機場滑行道和停機坪使用安全，為確保地面和地層沉降滿足要求，本次穿越施工存在的難點有以下幾點：

（1）長距離、上軟下硬復合地層中土壓平衡模式下掘進，容易造成刀盤和土倉結泥餅，且開倉清理泥餅會造成地面沉降，影響機場滑行道、停機坪使用安全。

（2）為了控制地面沉降，長距離上軟、下硬地層中土壓平衡模式下掘進，無法開倉進行刀具檢查和更換作業，刀盤結泥餅后，會加劇刀具的磨損。

（3）盾構機在上軟、下硬復合地層中掘進，周邊滾刀在軟硬交界位置所受的沖擊荷載較大，容易造成滾刀刀圈崩裂，刀具偏磨等情況，致使刀具失去工作能力，開倉更換刀具會造成地層和地面沉降。

3.盾構機施工掘進方法

3．1管理措施

盾構機穿越運營機場的情況特殊，我部建立有效的施工管理體系，成立現場指揮部。保證項目經理部可以高效的組織和正確的指揮施工，并能夠協調建設單位、設計單位、機場管理單位、監理單位等等各方的關系，確保穿越正常順利的實施。

各種信息、數據均在指揮控制中心收集、匯總以及處理，包括盾構姿態測量報表、盾構推進和機場的監測報表、盾構推進施工參數表、盾構穿越機場的位置關系圖、地質剖面圖等技術資料。項目工程師通過對推進的實時情況進行監控，對各種信息進行分析，及時調整施工參數，將指令傳達給施工班組，指導盾構推進施工。若出現異常情況，項目工程師及時向上級技術部門匯報，取得指示后執行。

3．2 技術措施

（1）盾構機選型，根據本區間地質情況：主要穿越中風化安山巖為主，局部穿越微風化安山巖、破碎中風化安山巖、全風化安山巖、強風化安山巖、粉質粘土。巖層天然抗壓強度為20~130Mpa，泊松比0.12~0.15。穿越祿口機場段地層主要位于粉質粘土、全風化安山巖以及中風化安山巖層。地質條件復雜，軟硬不均；特別是粉質粘土中掘進，地面沉降控制較難。因此在工程前期籌劃階段就對盾構機適應性做了詳細的研究與選擇，最終確定選用日本奧村Φ6450雙模盾構機(土壓平衡（EPB）和硬巖敞開（TBM）兩種掘進模式)，使盾構機在不同區段地層采取不同的掘進模式，即：在硬巖段采用TBM掘進模式，在軟土及上軟下硬段采用EPB掘進模式。

（2）地質補勘

為了順利穿越機場，了解穿越機場段軟、硬交界面、上軟下硬地層、淤泥質粉質粘土層以及是否有拋填石侵入隧道范圍等情況，為盾構在穿越時提供數據及參數，故我部聯系地質勘探勘察單位對穿越機場段進行一次補堪。

（3）沉降監測體系

祿口機場占地面積大，運輸吞吐量大，機場內滑行道及飛機跑道屬禁區,根據實際情況監測施工必須滿足飛機的起降限制要求，又要確保監測的覆蓋面、監測的頻率和精度以及數據真實性，所以實施各種檢測措施均受到了很大的牽制。

（4）模式轉換及刀具檢查更換

盾構機在上軟、下硬地層段，無法開倉檢查、更換刀具，故在盾構機進入上軟、下硬地層前，即盾構機在全斷面中風化安山巖地層中，對盾構機模式進行轉換（由和刀具進行檢查、更換，確保穿越期間刀具完好；

（5）盾構穿越機場段實際控制

1）嚴格按照施工參數施工

土壓力穿越祿口機場段土壓實測值為1.3 bar，符合目標要求；同時，出土量穿越段實際出土量為每環53.5～54（m3），滿足理論出土量的98%~100%要求。

2）同步注漿

穿越段采用商品漿，主要含粉煤灰、水泥、砂、膨潤土、水、添加劑。此漿液能在壓注初期就具有較高的屈服值，同時壓縮性、泌水性小，固結時間短，可有效控制地面沉降和管片上浮。 經實測得出每環注漿量為6.8~7.0m3，填充率達到185％~200％，滿足目標要求。

3） 二次注漿

當襯砌脫出盾尾時結合雙液漿進行二次補注漿，每隔3～5環在隧道周圍形成一道“環箍”，使隧道縱向形成間斷的止水隔離帶。再在各“環箍”分割所形成的每一段進行補注漿，之后結合監測的具體沉降情況，每隔5～7環再進行適當補注漿。注漿的漿液有一定的粘度，凝固快，收縮小，對土體的加固作用明顯；二次注漿完成后，注入水玻璃封堵注漿孔，待水玻璃凝固，無水流出的情況下，拆除注漿球閥，采用悶頭封堵注漿孔。另外在盾構進入軟硬交替前、后各形成一道“環箍”形成止水隔離帶，有效的防止裂隙水流失，造成地表沉降。

4）穿越粉質粘土層，滾刀和耐磨性鋼板發揮的作用減少

盾構機刀盤結構選型是基于整條隧道，刀盤上配置的面刮刀及邊刮刀都置換成了耐磨性鋼板，適應在中、微風化安山巖等硬巖段掘進，故盾構下穿祿口機場施工過程中，由于較長距離穿越④-1b1、②-1b2等粉質粘土層，該土層可塑性強，粘結度高，滾刀和耐磨性鋼板發揮的作用相對于硬巖段減少，不利于推進。因此我部在盾構機進入上軟下硬地層前，即盾構機在全斷面中風化安山巖地層中，對盾構機刀具進行檢查、更換，把耐磨性鋼板置換成更適宜在軟土地層中掘進的刮刀，共計面刮刀44把，邊刮刀16組。確保穿越期間盾構機不受土層影響。

5）長距離上軟下硬復合地層中土壓平衡模式掘進，不宜開倉。

盾構機長距離上軟下硬復合地層中土壓平衡模式下掘進，周邊滾刀在軟硬交界位置所受的沖擊荷載較大，容易造成滾刀刀圈崩裂，刀具偏磨等情況，從而致使刀具失去工作能力，且開倉可能會造成地面沉降，影響機場滑行道、停機坪使用安全，因此無法開倉進行刀具檢查和更換作業。

3.3信息化施工措施

施工現場建立了盾構穿越機場滑行道、停機坪不停航監控指揮中心，辦公室下設在施工現場監控室,建立盾構穿越對盾構施工進行實時監控，一旦出現較大變化可以及時反饋信息；以監控指揮辦公室為中心，通過對講機、內線電話等工具聯系監測與盾構推進操作面，可以及時有效的了解施工參數與機場停機坪、滑行道沉降數據的變化，駐指揮部工程師接收監測數據并迅速進行分析，調整施工參數。

4. 施工效果

在采取了上述的施工方法和控制措施后，通過一系列行之有效的對策和方案降低施工風險，減小施工難度，安全可靠的順利完成隧道施工才能取得順利穿越后，我部受到業主、設計、監利以及機場等單位的一致好評。通過合理、科學的方法以及對現場的及時監測，可以最大限度的保證減小對周圍環境的影響。

結語

盾構穿越既有建筑物掘進施工時首先要對建筑物周圍一定范圍內進行注漿或其他方式的全面加固，保證其整體穩定性，同時必須要必須嚴格控制盾構掘進參數如土壓力、掘進速度、同步注漿壓力等，將盾構掘進過程中引起的隆起或沉降值控制在規范允許的數值范圍內。另外， 盾構掘進過程中必須隨時對建筑物上、極其周圍監測點進行監控量測，從而及時調整掘進參數。

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作者資料：

劉東，男，籍貫；四川 樂山學歷；本科職稱：工程師，研究方向：盾構施工