下穿机场跑道大断面隧道施工对策及地层变形规律研究_冯建霖
下穿机场跑道大断面隧道施工对策及地层变形规律研究
冯建霖
（广州地铁设计研究院有限公司，广东广州510010）
采用超长管幕下十导洞分摘要：北京首都国际机场T3与T2航站楼之间的单层双跨连拱浅埋暗挖大断面隧道垂直下穿机场跑道，
步暗挖法施工。通过对隧道施工地表变形进行分析，得出以下结论：1）新建隧道施工地表最大沉降值平均为9.28mm，控制变形情况良好，采用超长管幕保护浅埋暗挖施工技术切实可行；2）3个断面变形拟合得到的确定调节系数平均为0.951，地表变形符合Peck公式；3）变形拟合得到的K值平均为1.903，为北京地区常规数值的3～6倍，管幕的存在对新建隧道施工引起的地层变形具有阻隔及扩散作用；4）变形拟合得到的Vl值平均为0.201%，略低于北京地区常规施工方法水平。
关键词：隧道工程；下穿施工；管幕法；地表变形
DOI：10．3973/j．issn．1672－741X．2015．05．014
中图分类号：U455．4文献标志码：A文章编号：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
近年来，伴随着我国经济的快速发展，机场扩建带
来新老航站楼之间的地下通道建设越来越多。受周围
环境限制，地下通道穿越机场跑道的情况不可避
［1］免。在北京首都国际机场T3与T2航站楼之间，为
了增加机场运营效率、方便航站楼间的沟通和解决飞
机跑道隔断的影响，在机场中央主跑道下方修建大断
收稿日期：2015－02－03；修回日期：2015－03－052面（214.3m）并行单层双跨连拱形式的公路隧道。新建隧道垂直下穿正在使用中的机场跑道。国内外新建隧道穿越既有建（构）筑物有许目前，多成功的案例。如：美国波士顿州际北向隧道下穿Ｒedline地铁车站［2］、日本的筑波、三之轮地铁隧道纵向穿越既有铁路线工程上跨下穿既有车站［3］［2］、北京地铁机场线东直门站以及北京地区多条新建隧道下
2009年毕业于西安建筑科技大学，作者简介：冯建霖（1982—），男，湖北当阳人，防灾减灾工程专业，硕士，工程师，主要从事地铁车站、隧道等地下工
程方面的结构设计工作。
474
隧道建设
第35卷
［4－8］
。与其他穿越建（构）筑穿既有地下车站及区间
物工程相比，在不停航的情况下穿越机场跑道是一个
类土构成。其中，粉质黏土、素填土①层厚度为0.8～
2.0m，粉质黏土②层厚度为3.8～5.8m，粉质黏土③层为11.7～16.8m，中砂④层厚度为1.7～5.0m，粉质黏土⑤层为0.4～7.8m，粉土⑥层厚度为4.5m。
崭新的课题，地表沉降控制要求极为严格，施工技术难
度大，且国内外可供借鉴的经验较少。本文通过阐述施工对策，对实测地表变形进行分析和Peck公式拟合，明确大断面隧道施工地层变形规律，研究成果可为类似工程提供借鉴及参考。
2地层变形控制对策
工程中为有效控制新建隧道施工对地层的扰动，
采用超长管幕与十导洞分步暗挖方法进行施工。2.1
超长管幕
为控制新建隧道施工造成的地层变形，采用超长管幕+注浆的方式对地层进行加固。为减小和阻隔地层变形，管幕施工采用全封闭式“口”字形布置。钢管管幕总数为60根，970mm、壁厚16mm。超长管幕布置如图3所示
。
1工程概况
新建隧道位于北京首都国际机场T3与T2航站楼
之间，由2条呈单层双跨连拱形式的捷运通道和汽车隧道共同组成，平面布置如图1所示。捷运隧道长1621m，2条隧道主体部分相互汽车隧道长1265m，平行并垂直下穿使用中的机场跑道。新建隧道洞周布置60根970mm、壁厚16mm的口字形钢管管幕，南北向垂直下穿机场中央主跑道
。
图3Fig．3
图1Fig．1
机场跑道与隧道平面布置图（单位：m）
超长管幕布置示意图（单位：mm）
Schematicdiagramofsuper-longpipe-roof（mm）
Planearrangementofairportrunwayandtunnel（m）
进出洞门是重要环节。施工前，在进管幕施工中，
洞口处安装双层橡胶止水圈，将止水圈安装在带法兰盘的固定尺寸钢管上，外侧用钢板压紧。管幕顶进中，向管道外壁压入减阻泥浆，由此在管道外围形成泥浆套，减小摩擦因数，降低顶进摩阻力。在新建隧道施工过程中，将超长管幕与初期支护的格栅进行点焊连接，以此实现刚性连接。管幕采用分节顶进的方法，各管节的长度不小于10m。管幕外环状注浆在顶进施工完成后进行。
另外，为增加土体强度、减少施工引起的地层变形，对新建隧道掌子面前方土体进行注浆加固。其中，非跑道区采用WSS双液深孔注浆，每20m为一个循环，搭接长度为3m；跑道区采用水平旋喷注浆，每30m为一个循环，前后搭接长度为3m。同时，对管幕两侧2m范围内的土体采用WSS双液注浆加固，避免土层滞水和流砂进入暗挖面，减小外侧土体沉降。2.2
十导洞分步暗挖法
为减小新建隧道施工对地层的扰动，根据新建隧道断面形状和尺寸，采用十导洞分步暗挖的方法进行施工，具体施工步骤如图4所示。
各洞室采用上下台阶法施工，上下台阶开挖间距为3～5m，上下导洞间距不小于10m。导洞开挖示意图如图5所示。
总高8.4m，中间新建隧道标准截面总宽23.2m，
设置中墙；捷运隧道净宽10.3m，高6.05m；汽车隧道净宽10.1m，高5.07m；隧道顶板厚1.1m，底板厚1.2m，边墙厚1.0m，中墙厚0.8m。新建隧道采用超长管幕下十导洞分步暗挖施工方法。
初期支护由喷射混凝土、连接筋、钢筋网及格栅钢架组成。二次衬砌结构采用抗渗等级为P10的C40防水混凝土。浅埋暗挖隧道结构尺寸及管幕布置如图2所示
。
图2Fig．2
隧道断面图（单位：mm）Cross-sectionoftunnel（mm）
地层表层为人工填拟建场地位于北京市顺义区，
土，其下由一般第四纪冲洪积成因的黏性土、粉土和砂
第5期冯建霖：下穿机场跑道大断面隧道施工对策及地层变形规律研究475
材料为DN32水煤气管。锁脚锚管长2.5m，外插角度为30°左右，锁脚锚管管内全长注浆，压力为0.4～0.6MPa。采用小导管注浆的方式填充新建隧道与管幕之间的空隙。其中，小导管直径为25mm，长度2.5m，外插角为6°～10°。锁脚锚管布置如图6所示
。
（a）施作管幕，
水平深孔注浆加固
图6Fig．6
锁脚锚管布置图Layoutoflockingbolt
2.4
（b）1，2导洞开挖，
施作二次衬砌
初期支护
初期支护结构采用HM300×200型钢，临时中隔墙与仰拱采用I22a工字钢。2榀钢架之间（内外侧）设22mm纵向拉筋，拉筋环向间距1.0m，呈梅花形布置。在钢架内外铺设2层钢筋网片（6.5@150cm×150cm），后喷射混凝土。
3
3.1
实测变形分析
（c）3，4导洞开挖，
施作二次衬砌
（d）5，6导洞开挖，施作二次衬砌
地表测点布置
为监测新建隧道施工对非停运跑道的扰动，在中央跑道中心线附近位置设置3个断面，里程为GK0+620.626，GK0+613.126，GK0+605.626，断面标号为D1，D2和D3，断面间距为7.5m。
跑道底面与新建暗挖隧道顶面距离约6m，以新建隧道中心线为中心对称轴布置地表沉降测点。每个断面布置11个测点，测点横向总距离为59m，测点依照跑道中心线对称布置，从北向南距离跑道中心线距
19.6，14.6，9.6，4.95，0，4.85，9.4，离分别为29.6，
14.4，19.4，29.4m，DX－2，测点编号依次为DX－1，DX－3，DX－4，DX－5，DX－6，DX－7，DX－8，DX－9，DX－10，DX－11。测点布置如图7和图8所示
。
图4
Fig．4
隧道施工步序图
Constructionsequenceof
tunnel
图7
Fig．7
图5
Fig．5
导洞开挖方法示意图（单位：m）
地表沉降测点布置立面图（单位：mm）
Elevationdrawingshowingarrangementofgroundsurfacesettlementmonitoringpoints（mm）
Schematicdiagramofpilottunnelconstruction（m）
3.2隧道施工地表横向变形经验公式
2.3锁脚锚管
各导洞施作锁脚锚管以控制隧道竖向和水平向变
形。锁脚锚管施作位置为格栅节点处或上台阶底部，
新建隧道开挖引起的横向地表沉降可用Peck公［9］
辽公网安备 21020302000024号工信部备案号: 辽ICP备15011726号-5
