跑道拼接工程对道面的影响

凌建明，谭 悦，袁 捷

（同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804）

随着航空交通量的快速增长，大量枢纽、干线机场出现了运能紧张的局面。为了提高机场运输能力，机场开始对飞行区进行改扩建。为了避免对机场正常运行的影响，大部分机场改扩建工程选择了不停航施工，但改扩建工程必然会面临新老道面的拼接，而拼接段的新道面施工会改变老道面周边土体的平衡状态。类似土体开挖、基础处理、结构层施工等环节，势必会对老道面产生影响。由于机场运行对安全要求等级高，拼接段施工对老道面尤其是跑道道面的影响，必须要控制在合理范围内。但由于机场的特殊性，国内外很少开展拼接工程对道面影响的研究工作。

本课题组依托虹桥国际机场飞行区扩建工程，对新建9条联络道与既有跑道的拼接工程从施工到投入运行进行了全程监测。通过全面监测，得到拼接工程施工对既有跑道的影响规律。

拼接部位平面示意图如图1所示，新建道面与既

1 监测方案

机场类似工程较少，开展的相关研究也不多。可查到的只有金淮等[1－2]对盾构下穿首都机场时进行了全面高程监测。本次监测方案的制定主要借鉴公路中的新老路基拼接工程监测[3－7]。

为全面反映拼接工程施工对跑道道面的影响，在每个拼接段区域的跑道道面上选取2个横断面进行沉降监测，并对每个拼接区域的土体进行水平位移、竖向位移、孔隙水压力及地下水位监测，具体监测项目的分类统计结果如表1所示。

表1 监测项目明细Tab.1 Monitoring detail

土体水平位移、竖向位移、孔隙水压力及地下水位监控点位布设方案的纵断面如图3所示，道面高程监测断面及土体监测的点位布设平面图如图4所示。

2 监测结果

2.1 跑道道面沉降监测

自2009年3月开始，对跑道道面高程进行连续跟踪观测，至2010年5月，已连续观测14个月，共进行了20余次高程测量。如表2所示，计算得到了2008年3月到2010年5月期间道面各监测点位的累计沉降量。其中1#～5#表示一个测试横断面上的5个测点，分别为跑道断面5等分点。其中5#点与拼接段相邻。

表2 监测点的累计沉降Tab.2 Total settlement of monitoring points

对表2中数据进行统计分析，如图5所示。

由图4可以看出，跑道道面表面高程变化不大，超过60%的测点竖向位移小于3 mm，只有6%的测点竖向位移达到了9～12 mm，最大值为12 mm。相对而言，与拼接段相邻一侧道面高程变化要显著一些。

2.2 地下水位监测

从2009年6月到2010年6月，共测地下水位30次。一个季度的地下水位平均值对比数据如表3所示。

表3 地下水位监测结果Tab.3 Monitoring results of ground water table

将表3的测试结果以图形表示，如图6所示。

如图6所示，从施工期到运营期，拼接段区域地下水位较为稳定。在正常气候条件下，地下水位通常都在地下1.2～1.5 m。其中前4～6月地下水位距地表只有0.2～0.4 m，这是由于当时处于雨季，地下水位较平常要高。监测结果表明，拼接工程施工对周边土体内的地下水位影响不大。

2.3 孔隙水压力监测

从各个道口拼接段施工开始，进行为期1年的定期观测，孔隙水压力共测试30次。每个道面施工时间大约为3个月，以每3个月测试结果的平均值作为评价单位进行对比，数据如表4所示。

表4 孔隙水压力监测结果Tab.4 Monitoring results of pore-water pressure

将测试数据以图形形式表示，如图7所示。

当深层土体没有超孔隙水压力时，孔隙水压力p=ρgh，其中h为测点到地下水位顶面的距离。但通常周边区域施工时会引起土体挠动，由于土颗粒、水和空气的三相受力特性，一般会导致出现超孔隙水压力现象。通过对数据进行统计分析，从表4和图6可以看出以下规律：

1）施工会引起土体产生超孔隙水压力，深度越大，影响越小。施工期间在深度2.5 m处，超孔隙水压力最大可达正常孔隙水压力的1.98倍。该值在深度4.0 m处为1.57，深度6.0 m处为1.30，深度7.0 m处为1.20。

2）施工3个月后，2.5 m处超孔隙水压力最大为正常孔隙水压力的1.67倍，深度4.0 m处最大为1.42倍，深度6.0 m处最大为1.25倍，深度7.0 m处最大为1.16倍。

3）施工1年后，2.5 m处超孔隙水压力最大为正常孔隙水压力的1.27倍，深度4.0 m处最大为1.15倍，深度6.0 m处最大为1.10倍，深度7.0 m处最大为1.08倍。

由此可见，拼接工程施工会使周边土体出现超孔隙水压力，最大为正常孔隙水压力的近2倍，影响深度超过了7 m。在施工1年后深层土体超孔隙水压力基本消散，浅层土体还残留一定的超孔隙水压力。

2.4 分层沉降

从各个道口拼接段施工开始便对9个拼接段深层土体竖向位移进行监测，每个观测点分别监测深度1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 和 7.0 m 这 7 个点位的竖向位移，各个监测点位从施工到2010年5月这期间的积累竖向位移如图8所示。

从图8中可以得到以下结论：

1）拼接工程施工会引起周边土体产生竖向位移，在近1年时间内，浅层土体最大累计竖向位移达到近40 mm；

2）深度达到7 m时，拼接工程施工引起的土体竖向位移量已很小，通常为2～3 mm。可以认为，从竖向位移指标来看，拼接工程施工对土体影响的显著性在深度超过7 m后已非常低；

3）施工期间及工后3个月的累计竖向位移占总量的90%以上。

2.5 测斜

测斜主要测试深层土体的水平向位移。截止2010年5月31日，共完成测斜测试10次。共有7个道口，每个道面有深0.5～7.0 m共14个测试点位，每个点位的累计水平方向位移统计结果如图9所示。

由图9可以得出以下结论：

1）拼接工程施工会引起周边土体产生水平方向位移，且深度越浅影响程度越大；

2）浅层土体水平方向位移一般小于30 mm，只有个别道面水平位移达到近60 mm；

3）当深度达7.0 m时，土体水平方向位移一般小于10 mm，相对浅层土体而言影响较小。从水平位移指标来看，拼接工程施工对土体的影响深度不超过7.0 m；

4）施工期间及工后3个月的累计水平位移占总量的90%以上。

3 结语

通过对虹桥国际机场西区扩建工程与既有跑道拼接段的持续监测及对监测数据的统计分析，可得到以下结论：

1）拼接工程对道面高程有一定影响，但影响程度较小，超过60%的测点高程变化量小于3 mm，最大为12 mm，对跑道运行影响较小；

2）拼接工程对周边土体地下水位影响不大；

3）拼接工程会引起周边土体产生超孔隙水压力，最大可达到正常孔隙水压力的近2倍，深层土体超孔隙水压力在施工结束1年后基本消散；

4）拼接工程会引起周边土体产生水平位移和竖向位移，最大水平位移近60 mm，最大竖向位移近40 mm，但深度超过7.0 m后影响较小；

5）下步分析可采用有限元软件进行数值仿真，将仿真结果与实测数据对比，得到适用性更广泛的规律。

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