盾构机长距离下穿停机坪的施工难点及应对措施

唐 堃

（中电建成都建设投资有限公司，四川 成都 610212）

0 引言

随着人们对出行便捷性的要求越来越高，城市轨道交通与机场的连接和换乘已逐渐成为“刚需”和“标配”。在涉及机场的城市轨道交通的建设过程中，隧道下穿机场设施，给飞行安全带来一定影响，同时也会给施工过程带来风险和不便。对于大直径盾构机长距离穿越停机坪的施工，在外部环境受限的情况下，问题显得更为复杂，必须重点把控施工难点，采取针对性的施工措施，才能起到节约资源和事半功倍的效果。

1 工程概述

成都轨道交通19号线二期工程双流机场T2航站楼站～龙港站区间，以盾构法隧道穿越成都双流机场停机坪。盾构机为土压平衡型，刀盘直径8.63m，停机坪结构为混凝土路面结构，由上至下依次为380mm混凝土路面、20mm石屑、400mm水泥碎石稳定基层、压实度大于95%的土基。盾构机穿越地段地层为中风化泥岩层、密实砂卵石层以及泥岩地层及砂卵石地层组成的复合地层，最大埋深41m，最小埋深19.2m，最大穿越长度1961m。

2 盾构机长距离下穿停机坪施工难点

（1）成都双流机场为4F级国际航空枢纽，是中国西部区域性枢纽机场之一，盾构机穿越停机坪期间机场不允许停运，对地面变形要求极其严格（不超过±10mm），不允许地面打孔，无法通过地面注浆加固等方式对盾构通过地段进行地面加固，只能通过洞内注浆的方式对周围地层进行加固，增加了施工难度和风险。

（2）盾构机穿越停机坪最大长度达1961m，必须开仓换刀。开仓换刀容易造成掌子面坍塌，土方超挖，地面沉降加大，需要避免在停机坪下方频繁开仓换刀。

（3）穿越段地质变化复杂，泥岩地层、砂卵石地层、复合地层变化加大了结泥饼、喷涌、卡机等风险，连续掘进难以保证。

3 盾构机长距离下穿停机坪施工应对措施

3.1 加强组织体系构建

项目部组织体系力求链条简短，指令接口统一，由施工单位项目经理作为现场总体负责人，统一接受外部指令，使各方信息能够直接反馈到现场施工；项目经理之下由盾构经理对各盾构具体施工负责，由机长负责单台盾构机的人员、安全、质量、进度、文明施工管理以及盾构施工中的各项参数、出渣量、地面沉降等数据收集和整理工作并进行数据分析，及时反馈给参建各方。

3.2 重视施工准备工作

3.2.1 建构筑物及管线调查

下穿停机坪前，对隧道沿线的管线、建构筑物进行调查，形成调查报告，所有管线、建构筑物情况均经过产权单位确认。

3.2.2 设备维保工作

在盾构正式穿越停机坪前，对盾构机各系统进行全面的检查和维护保养，对刀盘所有刀具进行更换，同时统计磨损量，根据地层分布分析磨损规律。正式掘进前对电瓶车、浆车、拌浆系统、龙门吊等配套设备进行保养维护，对盾构机进行全面检修，确保各项参数、功能正常，配合完善。

3.2.3 试掘进与施工参数获取

参考相邻区间类似地层掘进施工经验，借鉴成都地铁单位泥岩地层、砂卵石地层掘进参数，在相邻盾构区间，选择地质条件接近的100m作为试验段，充分利用试掘进段，获取盾构机掘进参数、渣土改良配比、注浆及沉降数据等，为正式下穿停机坪提供依据。

3.3 合理优化施工技术

3.3.1 优选盾构机

提高刀盘的破碎能力和耐磨性：为充分适应砂卵石地层、泥岩地层掘进，盾构机选用37%开口率的复合式结构刀盘，配备宽刃的滚刀，实现较强的卵石破碎能力。同时，进一步对刀盘进行了耐磨改进，增加双刃滚刀数量，在刀盘的耐磨钢板、耐磨环上合金块之间、刀座保护块和刮刀刀座等部位均进行耐磨焊丝补强。

提高螺旋输送机的防喷涌能力：螺旋输送机配置防涌门和后部双闸门，在断电时可紧急关闭，尾部配置保压泵渣接口。

提高渣土改良系统的注入能力、防堵通堵能力，改进改良作用点位：在刀盘、盾体和螺旋机分别设置改良剂注入口，并在盾体设置多处预留，配置改良剂注入口、高压冲洗通路。

3.3.2 优设掘进参数

盾构穿越停机坪前，实施试掘进，对控制参数进行总结，确定正式穿越停机坪的掘进控制参数。正式掘进过程中，根据地质变化、渣土状态，盾构机工作状态、参数等动态地调整及优化。在复合地层掘进段，通过观察和估算渣土卵石含量，对掘进参数进行调整。经过实践验证的掘进参数如表1所示。

表1 各地层掘进参数

3.3.3 渣土改良

渣土改良采用膨润土加泡沫的方式，泡沫采用大气量干泡沫，泡沫气量350L/min左右，混合液流量20L/min左右。膨润土选用优质的钠基膨润土，每环总量控制在3m³，掘进时进行匀速均流量的注入。各地层渣土改良配比如表2所示。

表2 各地层渣土改良配比

3.3.4 同步注浆及二次注浆

砂岩地层一般同步注入砂浆；为抑制管片上浮现象，泥岩地层采用双液浆进行同步注浆，同步注双液浆时砂浆和聚丙烯酰胺水溶液由独立的泵组供液，两种管路在尾盾进浆管处“Y”型合流，实现双液注浆功能。

二次注浆材料采用P·O42.5级水泥浆液。机场段全部采用增设注浆孔的管片，在标准块与邻接块上单块增加2个注浆孔，具备多次注浆的功能，根据地质及掘进出渣情况，在管片脱出盾尾后4～5环时进行二次注浆。

3.3.5 沉降防治

（1）增设中盾注泥。由于盾体直径小于刀盘开挖直径，在同步浆液还未填充前，为避免沉降，在中盾上方90°范围内，预留4个注泥孔进行中盾注泥。泥浆配比为钙基膨润土∶水∶水玻璃=（750～800）∶（400～450）∶（35～55）（kg/m³），注入量为每环1.2～1.8m³。

（2）改进加固方式。鉴于停机坪地面无法打孔，将地面注浆改进为深孔注浆，以应对超方或地面沉降。洞内深孔注浆采用全孔一次性注浆，注浆浆液主要为PO.42.5普通硅酸盐水泥单液浆，隧道每环上半部开设3m深孔3个，底部0.5m深孔3个，环孔间距4m，隧道纵向间距1.8m，浆液扩散半径为2m，并避开封顶块。

3.3.6 改进地层监测

由于停机坪区域无法钻孔，对停机坪地面沉降监测改进为地层微动监测结合常规监测。微动观测系统采用正六边形圆形台阵，地震仪按六边形6个顶点和1个圆心排列，半径4m，测点间距5m,生成二维横波速度剖面,观测阵列覆盖整个隧道范围，能及时准确反映盾构掘进前后地层变化情况。

盾构掘进过后，每月进行一次的微动监测，获取地层横波速度随着时间推移的差异，对比施工前后的地层变化情况，对盾构线路地层的长期跟踪监测。

3.4 强化应急管理体系

3.4.1 协调指挥层面

建立施工协调指挥中心，协调小组由机场方、空管部门、民航行政主管部门、工程建设、施工、监理、监测等单位派专人组成。应急体系依托施工协调指挥体系建立，由机场方主导，建立应急预案，落实应急措施，各单位建立24h联络和应急联动机制，形成联动的协调组织体系，如图1所示。

图1 施工协调组织体系

（1）机场方负责机场保护标准的制定，审核涉及机场的施工方案，负责提供机场现状资料，施工过程中提供必要协助，主持机场内部应急工作；对涉及不停航施工工程进行管理。

（2）空中管制部门负责空中指挥、航行情报及通信方面协调。

（3）民航行政主管部门负责审核涉及机场的施工方案，审核应急预案；对涉及不停航施工进行审批和监管。

（5）工程建设单位负责参建单位的综合协调与统一对外接口，督促施工方案的制定和实施；与机场及空管部门等保持24h联系。

（5）总包单位/施工单位负责制定不影响飞机安全运行条件下的施工方案；按照施工方案及施工计划实施，并在发生突发事件时，无条件服从机场应急救援指挥中心统一指挥。

（6）监理、监测、设计单位根据其职责负责各自施工服务和应急工作。

3.4.2 应急实施层面

由于停机坪属于特殊设施，当沉降引起停机坪开裂等意外情况时，为保证停机坪的修复速度及质量，应提前与有资质的单位签订协议进场综合处置，施工单位应提前准备应急物资，建立应急队伍，做好机场外的应急工作和资源保障。

4 盾构机长距离下穿停机坪施工效果分析

成都轨道交通19号线二期工程双流机场T2航站楼站～龙港站盾构区间施工采取了前述施工难点应对措施，盾构机于2021年11月成功穿越双流机场停机坪，最高月进尺529.2m。地表最大沉降值为3.7mm，最大隆起值为1.9mm，均小于机场方提出的设计控制值±10.0mm。停机坪滞后沉降收敛于6mm左右，未超过设计控制值。停机坪地表及周边环境巡视无异常，未发生因施工沉降超限引发的机场运营事故和安全事故，实现了平稳、安全穿越。

5 结束语

成都双流机场为4F级国际航空枢纽，是中国西部区域性枢纽机场之一，运营管控十分严格，沉降控制要求高，监测和加固措施受到限制，这对施工单位的组织协调能力、技术能力、应急能力提出了全方位的要求。本文从加强组织体系构件、重视施工准备工作、合理优化施工技术、强化应急管理体系四个方面出发，阐述了大直径盾构机长距离下穿停机坪施工难点的应对措施。实践证明：这些措施是行之有效的，对类似工程有一定的参考和借鉴价值。