申冠鵬

（廣東省機場管理集團有限公司工程建設(shè)指揮部 廣州 510403）

1 工程背景

廣州白云機場是中國三大國際樞紐機場之一，現(xiàn)建有3條跑道。白云機場擴建是提升廣州國際航空樞紐競爭力的重要舉措，是建設(shè)珠三角世界級機場群、構(gòu)建現(xiàn)代化的綜合交通運輸體系的重要組成部分。

廣州機場本期擴建的兩條飛行區(qū)地下通道需下穿正在運行的三條跑道及多條滑行道，而廣州機場目前運營十分繁忙，因此在不影響跑道正常運營或?qū)⒂绊懣刂圃诳山邮芊秶鷥?nèi)的前提下，根據(jù)隧道長度、埋深及所在位置選擇合理的施工工法，保證機場運行安全是本工程的重點與難點。

廣州白云機場三期擴建工程中的2號、3號下穿通道大部分位于現(xiàn)狀飛行區(qū)內(nèi)，長度分別約為2 100 m、1 400 m，其平面布置如圖1 所示。本項目有如下特點：①屬大斷面隧道，規(guī)劃為雙向4 車道汽車隧道，最小截面凈空面積約95 m2；②運營管理要求嚴(yán)格，施工限制條件多，跑道沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要求高；③地面動荷載大，設(shè)計飛機荷載重約592 t，并需考慮沖擊系數(shù)；④地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育，地層上軟下硬；⑤可參照類似工程少，無成熟經(jīng)驗。

圖1 下穿通道平面位置圖Fig.1 Plan Location of Underpass

下穿通道穿越土層主要包括人工堆積雜填土，第四系晚更新統(tǒng)沖洪積的粉質(zhì)黏土層，中砂、粗砂層，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，礫砂層，局部分布有石炭系炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖及灰?guī)r，可能分布有灰?guī)r石芽，微風(fēng)化灰?guī)r巖面最淺處埋深約21 m。穿越機場內(nèi)部現(xiàn)狀跑道、滑行道段的在一期、二期施工過程中，局部曾進(jìn)行過注漿加固地基處理。地層內(nèi)不均勻分布有土洞、灰?guī)r內(nèi)分布有溶洞，地下水埋深約1.8～4.2 m，隧道圍巖級別按Ⅵ級考慮。

2 機場飛行區(qū)環(huán)境條件

不停航施工是指在機場不關(guān)閉或者部分時段關(guān)閉并按照航班計劃接收和放行航空器的情況下，在飛行區(qū)內(nèi)實施工程施工。機場不停航施工必須以保障飛行安全、航班正常以及機場內(nèi)人員和財產(chǎn)的安全為原則，機場飛行區(qū)環(huán)境條件的特殊性主要表現(xiàn)為施工區(qū)域限制、不停航施工的空間限制、施工風(fēng)險的管控等。

2.1 不停航施工區(qū)域劃分

根據(jù)近幾年國內(nèi)民用機場不停航施工經(jīng)驗，為了強化安全管理、確保飛行安全，在跑道使用期間，采用升降帶平整范圍即跑道中心線兩側(cè)105 m 范圍、跑道端300 m 以內(nèi)為嚴(yán)格限制區(qū)的范圍。飛行活動期間，禁止嚴(yán)格限制區(qū)域進(jìn)行任何施工作業(yè)，嚴(yán)格限制區(qū)域進(jìn)行的任何施工作業(yè)，在航空器起飛、著陸前半小時，施工單位應(yīng)當(dāng)完成清理施工現(xiàn)場的工作，包括填平、夯實溝坑，將施工人員、機具、車輛全部撤離施工區(qū)域［1］。

2.2 不停航施工空間限制

嚴(yán)格限制區(qū)外區(qū)域，在不停航狀態(tài)可進(jìn)行24 h全天侯施工作業(yè)，但要符合飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)過渡面對移動物體的凈空要求。本工程地處敏感的機場管控區(qū)域，在跑道兩側(cè)升降帶內(nèi)進(jìn)行施工的，施工機具、車輛、堆放物高度以及起重機懸臂作業(yè)高度不得穿透內(nèi)過渡面和復(fù)飛面，且施工機具、車輛的高度不得超過2 m，并盡可能縮小施工區(qū)域。在此范圍之外，可以按1∶7的坡度開放地面上的空間［1］，如圖2所示。

圖2 跑道兩側(cè)不停航施工區(qū)域Fig.2 Non-stop Construction Area on Both Sides of Runway

2.3 道面沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

跑道區(qū)域道面沉降控制是否達(dá)標(biāo)是工程成敗的關(guān)鍵。目前，道面沉降控制標(biāo)準(zhǔn)尚無統(tǒng)一規(guī)定，跑道區(qū)域道面沉降控制值可分為可接受的、可容許的和過度的限度值，一般認(rèn)為在45 m距離內(nèi)可允許存在30 mm左右的差異沉降［2］。綜合民航相關(guān)設(shè)計規(guī)范及安全管理規(guī)定的要求，建議道面沉降控制指標(biāo)為：道面區(qū)3 m 范圍內(nèi)的高差應(yīng)小于10 mm，板塊接縫錯臺應(yīng)小于5 mm，且總沉降量應(yīng)小于30 mm，同時，跑道差異沉降率需不大于0.1%，滑行道差異沉降率需不大于0.15%，工程實施階段，施工沉降控制指標(biāo)需結(jié)合現(xiàn)狀的道面縱橫坡度、不平整狀況等設(shè)置合理的預(yù)警控制值，確保疊加本工程引起的道面變形后，跑道、滑行道等設(shè)施仍然符合適航標(biāo)準(zhǔn)。

3 施工工法及工程案例

國內(nèi)外在既有跑道下修建大斷面隧道工程采用的工法有明挖法、管幕法、盾構(gòu)法等［3］，其中，北京首都國際機場T2-T3E地下通道下穿中跑道采用管幕保護下的淺埋暗挖法施工，臺北復(fù)興北路下穿松山機場跑道采用ESA 工法施工［4］，上海仙霞西路下穿虹橋機場跑道端部防吹坪采用盾構(gòu)法施工。

貴陽機場三期擴建的兩條隧道下穿既有一跑道和新建二跑道采用明挖法施工，項目2018 年3 月開工，2021年12月竣工實現(xiàn)雙跑道運營。1號下穿通道長943 m，雙向4 車道；2 號下穿通道長1 695 m，雙向2車道；3號下穿通道長1 524 m，雙向2車道，2、3號通道在暗埋段共構(gòu)，通道均采用閉合框架結(jié)構(gòu)。綜合考慮機場運營、場地條件、工程造價、工期等因素，3條下穿通道均采用明挖法施工，主要施工時序為：修建二跑道及下穿通道東段?啟用二跑道、關(guān)停一跑道?修建下穿通道西段（一跑道區(qū)域）?下穿通道竣工、雙跑道運營。

北京首都國際機場T3E-T2地下聯(lián)絡(luò)通道下穿中跑道部分采用的是管幕保護下的淺埋暗挖法［5］。項目 于2011 年3 月 開 工，2015 年3 月19 日 正 式 啟 用。通道位于首都機場T2 航站樓與T3 航站樓之間，垂直下穿使用中的機場中跑道。采用管幕法暗挖的下穿跑道部分長232 m，雙孔箱涵結(jié)構(gòu)，斷面寬23.2 m，高8.55 m，隧道結(jié)構(gòu)最大埋深5.6 m，主要位于粉質(zhì)粘土層中，大部分位于潛水位以下。頂管施工采用日產(chǎn)普通微型盾構(gòu)機掘進(jìn)引導(dǎo)，用后背千斤頂一次頂入長232 m、直徑970 mm、壁厚16 mm 的管幕鋼管，內(nèi)部采用十導(dǎo)洞開挖法施工［6］。

仙霞西路隧道下穿上海虹橋機場東、西兩處繞滑道及跑道端部防吹坪，采用盾構(gòu)法施工［7］，盾構(gòu)穿越長度約1 040 m。仙霞路盾構(gòu)隧道內(nèi)徑10.36 m，外徑11.36 m，管片厚500 mm，環(huán)寬1.5 m，采用2 臺?11.58 m 泥水平衡盾構(gòu)施工。隧道穿越土層主要為淤泥質(zhì)黏土及黏土層，隧道埋深10～13 m。軌道交通10號線下穿虹橋機場東跑道，盾構(gòu)直徑6.2 m。

4 建設(shè)方案比選

根據(jù)前述分析，影響廣州機場2 號、3 號下穿通道工法選型的突出問題包括：①不停航施工的時間限制、空間限制條件多；②機場跑道、滑行道的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高；③跑道上飛機滑行起飛、降落的密度大，隧道要承受頻繁的飛機動荷載作用；④廣州機場地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位高，土洞溶洞發(fā)育，地層下硬上軟，施工難度大；⑤類似工程無成熟經(jīng)驗。

施工工法的選擇應(yīng)滿足施工作業(yè)自身安全的要求、工程的可實施性要求、施工過程中的環(huán)境影響要求、工期和造價的要求、飛行區(qū)施工管理的要求等。經(jīng)綜合比選，認(rèn)為盾構(gòu)法對通航影響小，風(fēng)險可控，工期、投資適中，推薦采用盾構(gòu)法下穿運營跑道，如表1所示。

表1 施工工法比選Tab.1 Comparison and Selection of Construction Methods

5 不停航施工風(fēng)險點分析及對策

5.1 盾構(gòu)始發(fā)到達(dá)

2號下穿通道盾構(gòu)始發(fā)井端頭可布置于距離東二跑道中心線約304 m處，距離平行滑道中心線約78 m，盾構(gòu)始發(fā)井處限高約23 m，3 號下穿通道盾構(gòu)始發(fā)井端頭距離西一跑道中心線約250 m，盾構(gòu)始發(fā)井處限高約15 m。接收井距離跑道中心線較遠(yuǎn)，但端頭加固和盾構(gòu)吊裝等施工時仍需引起高度重視。施工對策：

⑴盾構(gòu)采用分體吊裝，最大吊裝高度為刀盤，據(jù)初步估計，最大起吊高度約22 m，2 號通道限高可滿足盾構(gòu)吊裝施工要求。3號通道限高不滿足盾構(gòu)吊裝施工要求，故部分吊裝作業(yè)可選擇在西一跑道停航時進(jìn)行。

⑵ 端頭地層加固采用MJS 注漿加固［8］，施工機具高度較小，滿足限高要求。同時該加固措施效果較好，能滿足地層加固強度和止水要求，確保盾構(gòu)安全始發(fā)及到達(dá)。

⑶進(jìn)行精細(xì)化施工組織策劃，滿足不停航施工要求的同時提高施工效率，確保機場安全正常運營，最大程度減小施工影響。

5.2 盾構(gòu)掘進(jìn)

2號、3號下穿通道工程盾構(gòu)所處地質(zhì)區(qū)域為灰?guī)r地區(qū)，場地第四系地層下伏石炭系灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)頁巖等，基巖面起伏變化較大，結(jié)構(gòu)底板以下巖性復(fù)雜多樣、軟硬不均，分布的土洞、溶洞對地基土穩(wěn)定性影響很大。盾構(gòu)施工過程中可能會遇到土洞、石芽、一期和二期注漿加固地層等，由于地層軟硬不均容易造成刀盤受力不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致地面不均勻沉降。盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制不當(dāng)，會對機場安全正常運營造成影響。盾構(gòu)管片外徑11.3 m，屬于大直徑盾構(gòu)隧道，拱頂埋深6～8 m，小于1D，屬于超淺埋隧道，具有較大施工風(fēng)險。施工對策：

⑴首先探明下穿工程隧道地質(zhì)情況，為下穿隧道施工提供先行條件。當(dāng)隧道底部位于淤泥等軟弱地層時，應(yīng)提前對地層進(jìn)行加固處理。對隧道影響范圍發(fā)現(xiàn)的溶土洞及時充填［9］，同時須采取及時封閉管片，及時調(diào)整泥土倉壓力平衡等措施，保證掌子面與周邊圍巖的穩(wěn)定［10］。

⑵盾構(gòu)掘進(jìn)施工時，在盾構(gòu)穿越機場道面區(qū)前，以土面區(qū)范圍作為試驗段進(jìn)行掘進(jìn)，在試驗段內(nèi)布置分層土體沉降儀及地面沉降測點等自動化監(jiān)測措施，并輔以人工監(jiān)測復(fù)核，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，加強同步注漿和二次注漿，控制掘進(jìn)速度，確保大盾構(gòu)隧道穿越道面區(qū)時滿足不停航施工沉降要求。

5.3 施工與運行監(jiān)測

隧道下穿運營中的跑道，對地表沉降要求嚴(yán)格，必須密切監(jiān)控地表變形情況［11］，確保機場安全運營。監(jiān)測點的布設(shè)不得影響機場的正常運行，確保監(jiān)測的覆蓋面、頻率和精度，宜采用全站儀無棱鏡掃描，以無線通訊方式實時傳送數(shù)據(jù)至后臺服務(wù)器進(jìn)行計算和分析；另外還應(yīng)注重縱向和橫向監(jiān)測斷面的布置，以收集分析全方位數(shù)據(jù)。

同時跑道區(qū)域宜采用自動監(jiān)測為主、人工監(jiān)測為輔的方式，主要采用全站儀自動監(jiān)測（無棱鏡）、電子水平尺相對沉降監(jiān)測、人工地表沉降監(jiān)測等方式。應(yīng)將自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

由于隧道周圍地層的物理力學(xué)狀態(tài)重新穩(wěn)定需要較長時間，加之飛行器和地面保障車輛的運行影響，運行期的監(jiān)測也至關(guān)重要?？稍谑┕て陂g預(yù)埋健康監(jiān)測設(shè)置，并將沉降監(jiān)測納入既有飛行區(qū)工程管理系統(tǒng)。同時，建議在常規(guī)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)上，增加盾構(gòu)通過沿線的地質(zhì)雷達(dá)探測［12］，施工完成后兩年內(nèi)每月1次，發(fā)現(xiàn)空洞及時開孔注漿。

6 結(jié)語

大斷面隧道下穿運營跑道的工程案例很少，文章結(jié)合廣州機場飛行區(qū)特殊的環(huán)境條件及各施工工法技術(shù)特點，從對通航影響、風(fēng)險防控、沉降控制、投資等方面進(jìn)行比選分析，認(rèn)為盾構(gòu)法對通航影響小，風(fēng)險可控，投資適中，推薦采用盾構(gòu)法下穿既有跑道。并分析了不停航施工的風(fēng)險，提出施工對策建議，供項目后續(xù)實施及類似工程參考。