机场地下穿越工程工后沉降监测及分析

朱 斌

（上海虹桥国际机场公司，上海市 200335）

0 引言

地下隧道施工对周围土体产生不可避免的施工扰动，如改变岩土体内部的应力、应变状态，引起地层变位及地表沉降，隧道施工所引起的地面沉降曲线一般称之为“沉降槽”。引起地表沉降的因素很多，归+纳起来主要有两类：一是盾构施工引起的地层损失；二是后期固结和次固结沉降[1]。

盾构施工对地层的扰动仅存于施工过程中，而施工扰动引起的相关地层位移及地层力学性态的变化却是延续的，存在显著的时效性，这种效应一般在（饱和）软土地层中显得尤为突出[2-3]。由盾构通过以及盾尾空隙产生的沉降称为施工沉降，常在1～2个月内完成。与此同时，由于盾构通过时对地基土产生的扰动以及各种残余影响，在相当长的一段时间内，地表将继续发生固结沉降和蠕变沉降，该部分沉降一般占总沉降的25%～40%[4-6]。土基的不均匀沉降会引起道面结构内部产生应力应变，在飞机荷载的共同作用下，容易引发道面结构性、功能性损坏，缩短道面使用寿命，严重时会威胁到飞行区的安全。

虹桥国际机场于2009年3～4月成功实现了上海轨道交通10号线地下穿越工程，成为国内首例不停航条件下采用盾构法下穿繁忙机场跑道的工程。在不停航施工期间未对机场跑道、滑行道、停机坪、航站楼、地下管线等设施造成不利影响。然而，考虑到工后沉降的进一步发展，在地下穿越工程施工结束后，仍然有必要对穿越工程沿线土体深层固结沉降及道面沉降变形进行跟踪监测。本监测方案及监测数据可以为国内外其他机场类似工程提供有益的参考和借鉴。

1 监测方案

1.1 监测项目

隧道施工对深层土体产生扰动，通过道面表面沉降的形式表现出来。因此监测的项目应包括深层土体应力、土层变形以及地表沉降等内容，具体见表1。

表1 监测项目

1.2 监测断面选择

监测断面的选择既要考虑其对机场运营的影响，也要兼顾监测数据的全面性和代表性。具体布设原则如下：

（1）运营期监测断面应尽量与施工期测点重合，以便于数据的连续积累。

（2）监测断面选择应统筹兼顾，重点针对穿越工程沿线布点，同时考虑道面整体变形情况，方便进行对比。穿越工程沿线道面表面横向监测断面，测点间距不大于10 m，断面监测点数不少于3个，测点应用油漆标识，不得采用沉降钉；道面整体变形监测断面选择跑道、滑行道和机坪横断面，每个断面布点数不少于5个。

（3）为避免监测工作对机场运营带来影响，深层土体监测道面应选择在土质地带内，偏离穿越工程轴心线10 m以上，距道肩约10 m左右。测管高出地面不超过20 cm。深层土体监测的同一监测点，不同监测项目距离不超过2 m。

为了监测地下穿越工程变形，沿地铁10号线布设了5个深层土体性状监测点，在穿越工程沿线道面表面布设沉降监测断面9个（兼顾轨道交通2号线下穿沿线，选取了3个断面），每个断面设3个监测点，具体位置见图1。

图1 监测点平面布置图

1.3 测点布设方案

每个土体深层监测点分别埋设了分层沉降管、地下水位测管及孔隙水压力计，分层沉降管用5根2 m的管子拼接而成，由上至下共10个磁环，每米布设一个磁环；考虑到上海市地下水位较高，地下水位测管埋设了2 m；孔隙水压力计的埋设深度分别为3.5 m、6.5 m、9.5 m。测试元件埋设见图2。

图2 地下水位监测数据随时间的变化图

2 监测结果分析

2.1 穿越工程沿线深层土体监测结果分析

为了研究下穿区域地基的固结沉降情况，分别对各监测点的地下水位、孔隙水压力及分层沉降值进行了监测，频率基本为每月一次，监测结果及分析如下所述。

2.1.1 地下水位监测结果及分析

地下水位监测数据随时间的变化见图3。

图3 地下水位监测数据随时间的变化图

由图3可知，地下水位受降雨的影响显著，6、8月份降雨较多，地下水位升高，进入11月份后，地下水位基本保持稳定。

2.1.2 孔隙水压力监测结果及分析

分别对3.5 m、6.5 m、9.5 m埋深处的土壤孔隙水压力进行了监测，结果见图4～图6。分析可知，各监测点埋深3.5 m、6.5 m及9.5 m处的空隙水压力随时间的变化基本一致，变化的范围分别在5～25 kPa、30～55 kPa和60～75 kPa之间，且与地下水位存在良好的相关关系。

图4 埋深3.5 m处孔隙水压力随时间变化

图5 埋深6.5 m处孔隙水压力随时间变化

图6 埋深9.5 m处孔隙水压力随时间变化

2.1.3 分层沉降监测结果及分析

分析监测数据可知，由于埋设初期磁环周围的土体还未达到稳定状态，加之6月份连雨，所以不宜用埋管子半个月后的初测值作为初始值。这里选用7月初的测值作为初始值，测定时间基本为每月一次，1、3、5号监测点土体分层沉降情况见图7～图9。

图7 1号测点沉降监测结果

图8 3号测点沉降监测结果

图9 5号测点沉降监测结果

从图7～图9中可以看出，浅表层沉降量约为3 cm以内。由于监测点总体沉降量较小，各土层压缩量不显著，以分层沉降仪的精度难以精确测量。

2.2 穿越工程沿线道面沉降分析

地铁穿越工程沿线道面选取了C1～C9共计9个断面，每个断面布设3个测点。由监测结果可知，穿越工程沿线道面最大沉降发生在C6～C8断面，最大沉降量为32.07 mm，其中平均沉降速率最大的点为C6-3，平均沉降速率为0.045 6 mm/d。对于C6～C8断面，从三次监测的沉降量变化情况来看，第一阶段沉降量约占了总沉降量的一半，见图10。以C6断面为例，其三个阶段的沉降速率绘于图11。由图11可知，C6断面的沉降速率逐渐减小，且与穿越工程沿线外道面相比，沉降速率总体相近，说明穿越工程沿线道面沉降整体趋于稳定，穿越工程施工控制效果良好。

图10 各断面累计沉降量

图11 C6断面沉降速率分布情况

3 结论

综合穿越工程沿线土基固结沉降和道面沉降监测结果可知，土基及道面沉降逐渐趋于稳定，累计沉降量只有C6-3一点大于3 cm，且其沉降速率逐渐减小，说明穿越工程施工质量较高，工后沉降控制在合理的范围，对道面使用性能、结构性能的影响很小，不会危及到飞行区运行的安全。

[1] 曾小清.地铁工程双线隧道平行推进的相互作用及施工力学的研究[D].上海：同济大学博士学位论文，1995.

[2] 方勇.土压平衡式盾构掘进过程对地层的影响与控制[D].四川成都：西南交通大学博士学位论文，2007.

[3] Miliziano，S .，Soccodato，F .M.，Burghignoli，A ..Evaluation of damage in masonry buildings due to tunnelling in clayey soils[A].Geotechnical aspects of underground construction in soft ground[C].3rd international symposium（IS-Toulouse France 2002)3rd session，2002，49-54.

[4] 王洪新，傅德明.土压平衡盾构平衡控制理论及试验研究[J].土木工程学报，2007，40（5）：61-68

[5] 杨洪杰，傅德明，等.盾构周围土压力的试验研究与数值模拟[J].岩石力学与工程学报.2006，25（8）：1652-1657.

[6] 赵强政.Φ520 mm土压平衡式模型盾构机研制及试验性掘进控制模拟[D].四川成都：西南交通大学硕士学位论文，2006.