浅析盾构机穿越南京禄口国际机场停机坪及滑行道的施工技术

摘要：在盾构法隧道施工中经常要穿越既有建筑物，可能造成建筑物隆起或沉降，导致建筑物产生裂缝或破坏，而产生较大的经济损失。本文通过盾构施工穿越南京禄口国际机场停机坪及滑行道项目为例，简要论述了盾构施工穿越既有建筑物时的施工工艺方法，以为今后同类工程施工积累施工经验，并起到借鉴和指导作用。

关键词：盾构施工，国际机场停机坪，施工技术，沉降控制

中图分类号：TU74文献标识码： A

引言

根据南京地区的地质特点，地铁区间隧道施工主要采用盾构法施工，盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的混凝土管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。本文对盾构施工对地表的沉降进行分析研究，并以盾构施工穿越南京禄口国际机场停机坪及滑行道项目为例，对盾构法施工如何有效控制沉降进行探究，从而为以后类似工程项目提供一定的参考。

1.工程概况

南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段起于禄口国际机场，止于南京南站，线路全长约34.9km，其中高架段长约16.3km、过渡段长约0.8km、地面线长约1.5km、地下段长约16.3km，共设高架车站3座，地下车站5座。本标段在1#盾构井～禄口机场站盾构区间穿越南京禄口国际机场停机坪及滑行道。简况如下：

1#盾构井～禄口机场站盾构区间

该区间由1#（左线）,2#（右线）奥村盾构机从1#盾构井始发在禄口机场站接收。线路过1号盾构井兼中间风井后，由西南向东北行进，穿越现状停机坪（YDK1+010.021～YDK1+263.201），到达禄口机场站。本区间左线长度为1998.910m，右线长度为1999m。本标段1#盾构井～禄口机场站盾构区间于ZDK0+947.51～ZDK0+996.71； YDK0+947.60～YDK0+996.8穿越机场滑行跑道，其它地段主要为禄口机场规划区（尚未有建筑）、荒地及农田，沿线临近无重要建（构）筑物及重要地下障碍物。

2. 南京禄口国际机场施工重、难点分析

本次穿越机场停机坪机滑行道的施工核心在于控制地面和地层沉降，确保机场滑行道和停机坪使用安全，为确保地面和地层沉降满足要求，本次穿越施工存在的难点有以下几点：

（1）长距离、上软下硬复合地层中土压平衡模式下掘进，容易造成刀盘和土仓结泥饼，且开仓清理泥饼会造成地面沉降，影响机场滑行道、停机坪使用安全。

（2）为了控制地面沉降，长距离上软、下硬地层中土压平衡模式下掘进，无法开仓进行刀具检查和更换作业，刀盘结泥饼后，会加剧刀具的磨损。

（3）盾构机在上软、下硬复合地层中掘进，周边滚刀在软硬交界位置所受的冲击荷载较大，容易造成滚刀刀圈崩裂，刀具偏磨等情况，致使刀具失去工作能力，开仓更换刀具会造成地层和地面沉降。

3.盾构机施工掘进方法

3．1管理措施

盾构机穿越运营机场的情况特殊，我部建立有效的施工管理体系，成立现场指挥部。保证项目经理部可以高效的组织和正确的指挥施工，并能够协调建设单位、设计单位、机场管理单位、监理单位等等各方的关系，确保穿越正常顺利的实施。

各种信息、数据均在指挥控制中心收集、汇总以及处理，包括盾构姿态测量报表、盾构推进和机场的监测报表、盾构推进施工参数表、盾构穿越机场的位置关系图、地质剖面图等技术资料。项目工程师通过对推进的实时情况进行监控，对各种信息进行分析，及时调整施工参数，将指令传达给施工班组，指导盾构推进施工。若出现异常情况，项目工程师及时向上级技术部门汇报，取得指示后执行。

3．2 技术措施

（1）盾构机选型，根据本区间地质情况：主要穿越中风化安山岩为主，局部穿越微风化安山岩、破碎中风化安山岩、全风化安山岩、强风化安山岩、粉质粘土。岩层天然抗压强度为20~130Mpa，泊松比0.12~0.15。穿越禄口机场段地层主要位于粉质粘土、全风化安山岩以及中风化安山岩层。地质条件复杂，软硬不均；特别是粉质粘土中掘进，地面沉降控制较难。因此在工程前期筹划阶段就对盾构机适应性做了详细的研究与选择，最终确定选用日本奥村Φ6450双模盾构机(土压平衡（EPB）和硬岩敞开（TBM）两种掘进模式)，使盾构机在不同区段地层采取不同的掘进模式，即：在硬岩段采用TBM掘进模式，在软土及上软下硬段采用EPB掘进模式。

（2）地质补勘

为了顺利穿越机场，了解穿越机场段软、硬交界面、上软下硬地层、淤泥质粉质粘土层以及是否有抛填石侵入隧道范围等情况，为盾构在穿越时提供数据及参数，故我部联系地质勘探勘察单位对穿越机场段进行一次补堪。

（3）沉降监测体系

禄口机场占地面积大，运输吞吐量大，机场内滑行道及飞机跑道属禁区,根据实际情况监测施工必须满足飞机的起降限制要求，又要确保监测的覆盖面、监测的频率和精度以及数据真实性，所以实施各种检测措施均受到了很大的牵制。

（4）模式转换及刀具检查更换

盾构机在上软、下硬地层段，无法开仓检查、更换刀具，故在盾构机进入上软、下硬地层前，即盾构机在全断面中风化安山岩地层中，对盾构机模式进行转换（由和刀具进行检查、更换，确保穿越期间刀具完好；

（5）盾构穿越机场段实际控制

1）严格按照施工参数施工

土压力穿越禄口机场段土压实测值为1.3 bar，符合目标要求；同时，出土量穿越段实际出土量为每环53.5～54（m3），满足理论出土量的98%~100%要求。

2）同步注浆

穿越段采用商品浆，主要含粉煤灰、水泥、砂、膨润土、水、添加剂。此浆液能在压注初期就具有较高的屈服值，同时压缩性、泌水性小，固结时间短，可有效控制地面沉降和管片上浮。 经实测得出每环注浆量为6.8~7.0m³，填充率达到185％~200％，满足目标要求。

3） 二次注浆

当衬砌脱出盾尾时结合双液浆进行二次补注浆，每隔3～5环在隧道周围形成一道“环箍”，使隧道纵向形成间断的止水隔离带。再在各“环箍”分割所形成的每一段进行补注浆，之后结合监测的具体沉降情况，每隔5～7环再进行适当补注浆。注浆的浆液有一定的粘度，凝固快，收缩小，对土体的加固作用明显；二次注浆完成后，注入水玻璃封堵注浆孔，待水玻璃凝固，无水流出的情况下，拆除注浆球阀，采用闷头封堵注浆孔。另外在盾构进入软硬交替前、后各形成一道“环箍”形成止水隔离带，有效的防止裂隙水流失，造成地表沉降。

4）穿越粉质粘土层，滚刀和耐磨性钢板发挥的作用减少

盾构机刀盘结构选型是基于整条隧道，刀盘上配置的面刮刀及边刮刀都置换成了耐磨性钢板，适应在中、微风化安山岩等硬岩段掘进，故盾构下穿禄口机场施工过程中，由于较长距离穿越④-1b1、②-1b2等粉质粘土层，该土层可塑性强，粘结度高，滚刀和耐磨性钢板发挥的作用相对于硬岩段减少，不利于推进。因此我部在盾构机进入上软下硬地层前，即盾构机在全断面中风化安山岩地层中，对盾构机刀具进行检查、更换，把耐磨性钢板置换成更适宜在软土地层中掘进的刮刀，共计面刮刀44把，边刮刀16组。确保穿越期间盾构机不受土层影响。

5）长距离上软下硬复合地层中土压平衡模式掘进，不宜开仓。

盾构机长距离上软下硬复合地层中土压平衡模式下掘进，周边滚刀在软硬交界位置所受的冲击荷载较大，容易造成滚刀刀圈崩裂，刀具偏磨等情况，从而致使刀具失去工作能力，且开仓可能会造成地面沉降，影响机场滑行道、停机坪使用安全，因此无法开仓进行刀具检查和更换作业。

3.3信息化施工措施

施工现场建立了盾构穿越机场滑行道、停机坪不停航监控指挥中心，办公室下设在施工现场监控室,建立盾构穿越对盾构施工进行实时监控，一旦出现较大变化可以及时反馈信息；以监控指挥办公室为中心，通过对讲机、内线电话等工具联系监测与盾构推进操作面，可以及时有效的了解施工参数与机场停机坪、滑行道沉降数据的变化，驻指挥部工程师接收监测数据并迅速进行分析，调整施工参数。

4. 施工效果

在采取了上述的施工方法和控制措施后，通过一系列行之有效的对策和方案降低施工风险，减小施工难度，安全可靠的顺利完成隧道施工才能取得顺利穿越后，我部受到业主、设计、监利以及机场等单位的一致好评。通过合理、科学的方法以及对现场的及时监测，可以最大限度的保证减小对周围环境的影响。

结语

盾构穿越既有建筑物掘进施工时首先要对建筑物周围一定范围内进行注浆或其他方式的全面加固，保证其整体稳定性，同时必须要必须严格控制盾构掘进参数如土压力、掘进速度、同步注浆压力等，将盾构掘进过程中引起的隆起或沉降值控制在规范允许的数值范围内。另外， 盾构掘进过程中必须随时对建筑物上、极其周围监测点进行监控量测，从而及时调整掘进参数。

参考文献：

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作者资料：

刘东，男，籍贯；四川 乐山学历；本科职称：工程师，研究方向：盾构施工