成都轨道交通集团有限公司 四川成都 610041
摘要：当前国内一线城市机场与地铁实现了多数零距离换乘，特别是新建的地铁线路建设业主在临近机场的地铁线路实现与机场航站楼的接驳。当地铁线路靠近机场时，线路往往需要下穿机场，对机场的地面及地下实施存在一定影响。机场实施包括地面跑道、航站楼、输油管道、高杆灯、导航实施、通信管道等，在工程实施时确保机场安全运营是工程建设的前提条件，对所有设施的梳理及安全评估是保证工程安全的第一道屏障，相应的应对措施应安全、合理、经济。
关键词：盾构隧道 机场地铁 沉降影响 轨道交通 安全影响
引言
本文以某机场线地铁盾构隧道下穿机场对机场相关地面地下设施全面分析，模拟砂卵石地层中盾构区间施工对机场设施影响，重点对其进行安全性进行评估。通过收集、整理和分析地层、设计和现状调查资料，运用数值分析、工程类比和专家评议等多种方法，预测本项目施工引起既有机场停机坪及周边建构筑物结构的变形，同时考虑在该变形条件下既有机场停机坪及周边建构筑物结构的最终内力状态，在此基础上评价既有机场停机坪及周边建构筑物结构及运营是否安全。目前，可用于地层—结构模型分析的大型计算软件有Ansys、Midas-GTS、Flac及Abqus等。本次计算采用Midas-GTS软件，选取连续介质模型，对本项目盾构施工及项目建成后进行过程模拟分析，得出既有机场停机坪及周边建构筑物结构变形及内力变化，评估既有机场停机坪及周边建构筑物结构的安全性，综合各种影响因素，提出盾构区间项目实施时，既有机场停机坪及周边建构筑物结构的变形控制标准和保护措施。
1 工程情况概述
1.1盾构隧道布置情况
盾构隧道线路出机场航站楼后下穿机场停机坪，之后向东南方向偏转下穿大件路U型槽，继续下穿停机坪后进入双华路，区间隧顶埋深11m～41m。盾构区间穿越机场停机坪，停机坪距轨面最小距离约为30m，下穿长度1961m，盾构隧道自东向西依次下穿的重要建构筑物为货运停机坪、引航灯带、场内货运通道、客运停机坪、航站楼匝道桥。
1.2工程水文地质
盾构隧道位于川西平原岷江水系I、II级阶地，属冲积平原地貌，地形开阔平坦，局部呈微波状起伏，地面高程约490m～520m。工程范围地层自上而下分别是杂填土、黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、卵石、强风化泥岩、中等风化泥岩。地下水主要有：一是上层滞水；二是第四系孔隙水，地下水埋深一般为1.8～8.4m。
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图1盾构隧道线路布置图
2 评估内容及方法
2.1评估内容
评估针对该盾构隧道施工过程对既有机场停机坪及周边建构筑物结构的影响；提出各变形控制指标；对施工工艺、技术措施及监控量测措施提出建议。具体评估过程中对影响设施细化到地面跑道、航站楼、输油管道、高杆灯、导航实施、通信管道。
2.2评估方法
盾构区间施工引起既有双流机场停机坪及周边建构筑物结构变形分析从理论计算入手。用于地下结构理论计算的力学模型主要为两种：（1）连续介质模型，即地层—结构模型；（2）作用—反作用模型，即荷载—结构模型。具体到本工程，考虑到施工引起的机场停机坪及周边建构筑物结构沉降与地层关系密切，因此采用地层结构模型进行施工过程分析以及盾构区间建成后对机场停机坪及周边建构筑物结构的影响。
项目施工期间，考虑既有机场停机坪及周边建构筑物结构仅考虑正常使用工况。假定机场停机坪及周边建构筑物结构及盾构区间结构与土体之间符合变形协调原则；分析的前提是盾构施工处于良好控制中。变形控制标准根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）以及《民用机场运行安全管理 CCAR-140》规定取值。
3 隧道实施对停机坪及周边建构筑物安全分析
3.1 计算工况
按照地铁区间与既有机场停机坪及周边建构筑物的空间位置关系，计算模拟出盾构机从距离既有建构筑物3倍洞径以外的S1点掘进至距离既有建构筑物最近的S5点，再驶离至3倍洞径以外的S9点，故考虑了如下几步工序：
第一步，地层及既有机场停机坪（或周边建构筑物）模型建立及计算（初始工况）。
第二步，盾构机掘进至S1点，地面投影距离既有建构筑的水平距离约30m。
第三步，盾构机掘进至S3点，地面投影距离既有建构筑的水平距离约15m。
第四步，盾构机掘进至S5点，位于既有建构筑的的正下方。
第五步，盾构机掘进至S7点，地面投影距离既有建构筑的水平距离约-15m。
第六步，盾构机掘进至S9点，地面投影距离既有建构筑的水平距离约-30m。
以上各工况仅考虑施工全过程中的最不利的几个阶段，计算重点分析盾构机掘进过程对既有机场停机坪及周边建构筑物的影响。
3.2盾构隧道实施对机场停机坪影响分析
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、200mm水泥碎石上稳定基层、200mm水泥碎石下稳定基、压实度大于95%的土基。盾构在停机坪内全段穿越地层为<7-1-3>中风化泥岩地层，仅出洞端部分为复合地层，穿越停机坪埋深约21.5～41m。模拟分析结果如下：
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图2 盾构掘下穿机场停机坪模型图
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图3 各工况下机场停机坪Z向位移图
分析结果显示本项目盾构施工中诱发机场停机坪结构最大竖向位移2.40mm。
3.3盾构隧道对机场输油管道影响分析
盾构隧道穿越9处输油管线，材质为无缝钢管，管线设计压力为1.6MPa，工作压力0.8MPa，加油管线焊接工艺采用向下焊接。盾构隧道与航油管线管底最小竖向净距约20.6m。模拟分析结果如下：
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图4 盾构掘下穿机场输油管道模型图
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图5 输油管线Z向位移趋势图
分析结果显示本项目盾构施工中诱发航油管线最大竖向位移1.84mm。
3.4盾构隧道对机场高杆灯影响分析
根据现场调查停机坪内有八个高杆灯/高杆监控位于地铁隧道上方或侧面，高杆灯为钢立柱结构，现场目测高度约在30m，高杆灯下基础为圆形扩大基础，基础直径4.2m，基础埋深2.5m。其中，停机坪内隧顶距离高杆灯最浅位置GGD06埋深21.54m，停机坪外停车场高杆灯隧顶距离高杆灯最浅位置埋深17.3m。模拟分析结果如下：
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图6 盾构掘下穿机场高杆灯模型图
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图7 各工况下机场高杆灯Z向位移图
分析结果显示盾构施工中诱发机场高杆灯结构最大X向位移为0.25mm，最大Y向位移1.16mm，最大Z向位移3.01mm，最大倾斜值为0.034‰。
3.5盾构隧道对机场通信及空调水地沟通影响分析
停机坪内盾构下穿5根空管局通信管廊，管廊埋深2m，基础尺寸250mm*250mm混凝土结构，盾构隧道与通信管廊管底最小竖向净距约18.5m。盾构下穿机场内2根机电中心空调冷冻水地沟，管沟埋深9m，基础尺寸2500mm*2500mm*300mm混凝土结构，盾构隧道与管沟底板最小竖向净距约10.6m，该处盾构隧道顶埋深约19.6m。本项目盾构施工中诱发通信管廊最大竖向位移2.42mm，竖向位移均满足控制值要求，本项目盾构施工中诱发空调冷冻水地沟最大竖向位移2.56mm。
3.5盾构隧道对机场导航设备及信标台通影响分析
盾构隧道在里程YDK83+890位置处临近中国民用航空西南地区空中交通管理局的导航设备区域，隧道与导航设备水平距离约116米，盾构隧道在里程YDK84+061.2~YDK83+795.5位置处临近中国民用航空西南地区空中交通管理局的下滑信标场地保护区，隧道与下滑信标天线水平距离约500m。盾构隧道施工对该下滑信标场地区域的地面凹凸高度变化影响小。航向信标工作台在108.1MHz～111.95MHz频段，下滑信标工作台在328.6 MHz～335.4MHz，核实对讲机使用频段136 MHz -174MHz，满足机场的电磁环境要求。经与西南空管局对接，西南空管局气象观测站位于隧道线路东边550m左右，远在隧道影响范围之外，可判定隧道盾构施工对气象观测站无影响。在货运机坪隧道线路周边存在空管局气象观测中心云高仪（与盾构隧道水平距离125m）、均不会受盾构隧道施工影响。
4 结论及建议
4.1分析结论
根据上述数值模拟分析，可以显示盾构隧道实施时，施工诱发各项目变形值较小，数值统计见下表一，按下表统计，变形值《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）9.2.2条规定以及《民用机场运行安全管理 CCAR-140》规定。该计算表明，盾构隧道选线时的距离控制及当前地层条件下，在充分考虑可能出现的风险及其应对措施的前提下，依靠先进技术和手段能够保证盾构隧道工程安全下穿成都机场。
表1 盾构施工诱发各项目变形情况统计
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4.2建议
盾构隧道施工对既有机场停机坪及周边建构筑物结构影响较小，综合各种影响因素，需严格遵守施工相关要求，控制施工中的风险，同时需要在施工全过程对既有机场停机坪及其周边地层进行同步监测。综合考虑盾构区间项目实施对既有机场停机坪及周边建构筑物结构的安全影响，提出如下建议：
（1）盾构隧道施工时应严格控制盾构掘进参数，盾构通过后及时同步注浆，并注意控制同步注浆的量与压力，按照设计要求在洞内对隧道上方范围内的地层进行加固，盾构施工过程中，采取系统、全面的自动化监测措施，实行信息化施工。
（2）施工前对线路通过范围内停机坪利用机场夜间停航时间利用微动监测对地质进行探测，及时发现空洞，及时填充注浆；施工完成后在停机坪利用机场夜间停航时间对隧道通过区域进行微动监测对地质进行探测，及时发现空洞，及时填充，避免对机场的运营造成影响；盾构机通过后，根据实际掘进情况，在盾尾后4～5环的位置进行二次注浆加固。
（3）盾构穿越管线的区域应做好渣土改良工作，严格控制出土方量，严禁超方，防止管线下方的土体坍塌沉降，穿越后及时注浆和二次补浆填充管片与土体之间的间隙，防止地面出现滞后沉降。
（4）机场内布设了众多管线，其中包括航油管、通信光缆、空调冷冻水地沟、高压电缆、雨污水、给水、燃气、电力等管线，本报告已选取几根典型的管线在最不利工况下进行建模计算，其余管线的沉降情况可参照已建模管线。
（5）必须把机场区域安全作为第一准则，制定稳妥、安全、有效的防范措施及应急预案，确保盾构安全穿越机场并确保机场的安全使用。同时采用信息化设计，根据现场地质条件和施工量测反馈信息，及时调整相关设计参数，确保工程安全。建议由机场和地铁建设方成立施工指挥协调小组，协调机场、空管、航油、建设、设计、施工、监测等各方，强化协调工作、共享沉降监测和盾构推进数据，确保信息沟通顺畅，保证施工安全。
（6）盾构区间隧道施工下穿双流机场停机坪及周边建构筑结构前应制定完善的施工组织设计和应急预案，并经各方审核通过后方可实施。
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