何鎖宋, 桂登斌, 張 瑞, 李文濤, 趙 偉, 韓 勇, 王玉鎖, 田 美

(1. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 四川成都 610000; 2. 中鐵二局第六工程有限公司, 四川成都 610000)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快和土地資源的日益緊缺，我國(guó)越來(lái)越重視地下空間的開(kāi)發(fā)和利用。近年來(lái)全國(guó)各地機(jī)場(chǎng)新建帶來(lái)的新老航站樓之間的捷運(yùn)工程、城市地鐵車站修建、城市人防工程建設(shè)、下穿高鐵及重要建筑物等大斷面地下開(kāi)發(fā)工程越來(lái)越多。林秀桂等[1]對(duì)軟土地基城市明挖隧道的不均勻沉降控制問(wèn)題進(jìn)行了研究，分析了明挖隧道大面積高回填土下不均勻沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則。國(guó)內(nèi)對(duì)地表沉降控制研究較多[2-4]，如聞毓民等對(duì)超厚新人工填筑土地層超大斷面隧道施工導(dǎo)致的地表沉降及其控制對(duì)策進(jìn)行研究，得出了相比于隧道施工，土體固結(jié)是導(dǎo)致地表沉降的主要因素，并由此提出了控制地表沉降的主要對(duì)策。但針對(duì)機(jī)場(chǎng)大型明挖施工隧道群的回填研究較少。

穿越機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)修建隧道作為一個(gè)嶄新的課題，國(guó)內(nèi)外可供借鑒經(jīng)驗(yàn)較少。本文依托成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站區(qū)地鐵、高鐵及相鄰隧道工程項(xiàng)目，對(duì)北側(cè)垂直滑行道部分明挖隧道群基坑回填沉降控制進(jìn)行研究。

1 工程概況

成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于簡(jiǎn)陽(yáng)市，北距成都約50 km，西距天府新區(qū)東界約10 km，南距資陽(yáng)約20 km，距離雙流機(jī)場(chǎng)51 km，距離東客站42 km。其地理位置如圖1所示。

圖1 天府機(jī)場(chǎng)(項(xiàng)目)地理位置

標(biāo)段起點(diǎn)里程YDK75+972，線路向北方前進(jìn)2.593 km，達(dá)到本標(biāo)段終點(diǎn)，終點(diǎn)里程DK78+565，如圖2所示。

圖2 標(biāo)段范圍(南往北方向)

項(xiàng)目場(chǎng)地原始地貌屬淺丘寬谷地貌，場(chǎng)地高程大部分在420-450 m之間，相對(duì)高差在30 m以內(nèi)，地形起伏不大，丘坡圓緩，緩坡地帶多為旱地及荒坡，自然坡度10～30 °。項(xiàng)目所處區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)圖如圖3所示。

圖3 項(xiàng)目所處區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)

標(biāo)段內(nèi)上覆人工填土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土(松軟土)、黏土；下伏基巖為泥巖夾砂巖，巖性較為簡(jiǎn)單。北垂滑隧道群區(qū)域工程地質(zhì)不連續(xù)，規(guī)劃地面場(chǎng)平標(biāo)高由原狀地面填筑形成。

滑行道面影響范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)側(cè)邊1 m范圍內(nèi)采用C15混凝土回填，其余部分采用土石回填。結(jié)構(gòu)頂板以上0.5 m高范圍采用黏土回填，再往上(面層之下)可采用用現(xiàn)場(chǎng)挖出來(lái)的土石回填。框架結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置30 cm厚C30混凝土搭板?；械繟、B、C區(qū)回填剖面圖如圖4所示。

圖4 滑行道A、B、C區(qū)回填剖面示意

2 飛機(jī)荷載

機(jī)場(chǎng)擬采用目前世界上最大的客機(jī)A380-800F型作為設(shè)計(jì)荷載，飛機(jī)滿載最大設(shè)計(jì)荷載為5 920 kN。前鼻2個(gè)機(jī)輪占總重5 %，單個(gè)輪載5920×0.05/2=148kN；兩個(gè)后點(diǎn)共20個(gè)機(jī)輪占總重95 %，單個(gè)輪載5920×0.95/20=281.2 kN，機(jī)輪著地寬度×長(zhǎng)度=0.38×0.64。飛機(jī)機(jī)輪位置分布圖如圖5所示。

圖5 飛機(jī)機(jī)輪位置分布

由于飛機(jī)在滑行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)效應(yīng)，實(shí)際計(jì)算中偏于安全考慮將飛機(jī)荷載放大10 %[5]，并按靜載考慮。

通過(guò)對(duì)飛機(jī)移動(dòng)荷載簡(jiǎn)化的相關(guān)研究可知，簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載相對(duì)于簡(jiǎn)化為面荷載對(duì)隧道的影響較大，本文偏于安全考慮，在數(shù)值計(jì)算中選擇將飛機(jī)輪載簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載進(jìn)行分析研究[5]。

3 數(shù)值分析模型

采用 Midas GTS NX 數(shù)值模擬軟件，結(jié)合施工參數(shù)[6]進(jìn)行建模計(jì)算，具體計(jì)算參數(shù)分別如表1、表2所示。

表1 計(jì)算參數(shù)

表2 瀝青面層材料參數(shù)[8][10]

按照1∶1的比例建立三維模型，底部邊界節(jié)點(diǎn)X，Y，Z三個(gè)方向的平動(dòng)自由度進(jìn)行約束，相當(dāng)于固定支座，左右兩側(cè)的邊界進(jìn)行水平方向的平動(dòng)自由度約束，縱向考慮邊界條件，沿縱向長(zhǎng)度設(shè)置為100 m[3]，采用三維實(shí)體單元模擬結(jié)構(gòu)各部分。實(shí)際分析中，由于飛機(jī)尾部荷載為主要荷載，擬采取將其分別布置在回填區(qū)域的A、B、C區(qū)中部，以研究飛機(jī)荷載對(duì)回填部分的作用。計(jì)算模型如圖6所示。

計(jì)算工況匯總?cè)绫?所示。

4 結(jié)果及分析

當(dāng)回填材料為壓實(shí)填土?xí)r，飛機(jī)尾部荷載分別作用在A、B、C區(qū)中部的結(jié)果云圖分別如圖7所示。

當(dāng)回填材料分別為級(jí)配碎石和泡沫混凝土?xí)r，飛機(jī)尾部荷載分別作用在A、B、C區(qū)中部的結(jié)果云圖與上圖相似，此處省去。

將上述計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

由上述計(jì)算結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：

(1)在三種回填材料中，當(dāng)回填材料為壓實(shí)填土?xí)r，飛機(jī)荷載作用下的A、B、C區(qū)地表沉降值最大；當(dāng)回填材料是泡沫混凝土?xí)r，飛機(jī)荷載作用下的A、B、C區(qū)地表沉降值最?。划?dāng)回填材料是級(jí)配碎石時(shí)，飛機(jī)荷載作用下的地表沉降介于二者之間。

(a)飛機(jī)尾部荷載作用于A區(qū)中部

(a)飛機(jī)尾部荷載作用于A區(qū)中部

表3 計(jì)算工況匯總

表4 計(jì)算結(jié)果匯總

(2)飛機(jī)尾部荷載作用處的沉降為測(cè)點(diǎn)中的最大值。當(dāng)回填材料為級(jí)配碎石和泡沫混凝土?xí)r，飛機(jī)尾部荷載作用處的地表沉降最大不超過(guò)0.4 cm，其余兩處測(cè)點(diǎn)地表沉降很小，不大于0.07 cm，總體沉降較小。當(dāng)回填材料為壓實(shí)填土?xí)r，飛機(jī)尾部荷載作用在A區(qū)中部時(shí)A區(qū)中部地表沉降高達(dá)4.34 cm，；當(dāng)飛機(jī)尾部荷載作用在B、C區(qū)中部時(shí)A區(qū)中部沉降也總體較大，分別為2.59 cm、2.13 cm，總體沉降較大，實(shí)際施工中應(yīng)采取相關(guān)措施。

綜合以上分析，當(dāng)回填材料采用壓實(shí)填土?xí)r，應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行地基處理。并且，針對(duì)A區(qū)回填部分，也應(yīng)采取相應(yīng)的措施減小地表沉降。

5 結(jié)論及建議

通過(guò)研究，有如下結(jié)論：

(1)回填材料是泡沫混凝土?xí)r，飛機(jī)荷載作用下的地表沉降值最小，級(jí)配碎石次之，而回填土石最大。

(2)飛機(jī)尾部荷載作用位置處，相應(yīng)的地表沉降最大，且當(dāng)回填材料是壓實(shí)填土?xí)r，未設(shè)搭板部位中部地表沉降較大，實(shí)際施工運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。