機場滑行道不同回填材料的沉降規(guī)律研究

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)

隨著城市化進程的不斷加快和土地資源的日益緊缺，我國越來越重視地下空間的開發(fā)和利用。近年來全國各地機場新建帶來的新老航站樓之間的捷運工程、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發(fā)工程越來越多。林秀桂等[1]對軟土地基城市明挖隧道的不均勻沉降控制問題進行了研究，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)計原則。國內(nèi)對地表沉降控制研究較多[2-4]，如聞毓民等對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策進行研究，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策。但針對機場大型明挖施工隧道群的回填研究較少。

穿越機場飛行區(qū)修建隧道作為一個嶄新的課題，國內(nèi)外可供借鑒經(jīng)驗較少。本文依托成都天府國際機場航站區(qū)地鐵、高鐵及相鄰隧道工程項目，對北側(cè)垂直滑行道部分明挖隧道群基坑回填沉降控制進行研究。

1 工程概況

成都天府國際機場位于簡陽市，北距成都約50 km，西距天府新區(qū)東界約10 km，南距資陽約20 km，距離雙流機場51 km，距離東客站42 km。其地理位置如圖1所示。

圖1 天府機場(項目)地理位置

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

圖2 標(biāo)段范圍(南往北方向)

項目場地原始地貌屬淺丘寬谷地貌，場地高程大部分在420-450 m之間，相對高差在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 °。項目所處區(qū)域現(xiàn)場圖如圖3所示。

圖3 項目所處區(qū)域現(xiàn)場

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)場挖出來的土石回填。框架結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置30 cm厚C30混凝土搭板。滑行道A、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 飛機荷載

機場擬采用目前世界上最大的客機A380-800F型作為設(shè)計荷載，飛機滿載最大設(shè)計荷載為5 920 kN。前鼻2個機輪占總重5 %，單個輪載5920×0.05/2=148kN；兩個后點共20個機輪占總重95 %，單個輪載5920×0.95/20=281.2 kN，機輪著地寬度×長度=0.38×0.64。飛機機輪位置分布圖如圖5所示。

圖5 飛機機輪位置分布

由于飛機在滑行過程中會產(chǎn)生振動效應(yīng)，實際計算中偏于安全考慮將飛機荷載放大10 %[5]，并按靜載考慮。

通過對飛機移動荷載簡化的相關(guān)研究可知，簡化為節(jié)點荷載相對于簡化為面荷載對隧道的影響較大，本文偏于安全考慮，在數(shù)值計算中選擇將飛機輪載簡化為節(jié)點荷載進行分析研究[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]進行建模計算，具體計算參數(shù)分別如表1、表2所示。

表1 計算參數(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X，Y，Z三個方向的平動自由度進行約束，相當(dāng)于固定支座，左右兩側(cè)的邊界進行水平方向的平動自由度約束，縱向考慮邊界條件，沿縱向長度設(shè)置為100 m[3]，采用三維實體單元模擬結(jié)構(gòu)各部分。實際分析中，由于飛機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，以研究飛機荷載對回填部分的作用。計算模型如圖6所示。

計算工況匯總?cè)绫?所示。

4 結(jié)果及分析

當(dāng)回填材料為壓實填土?xí)r，飛機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)回填材料分別為級配碎石和泡沫混凝土?xí)r，飛機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。

將上述計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

由上述計算結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：

(1)在三種回填材料中，當(dāng)回填材料為壓實填土?xí)r，飛機荷載作用下的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，飛機荷載作用下的A、B、C區(qū)地表沉降值最小；當(dāng)回填材料是級配碎石時，飛機荷載作用下的地表沉降介于二者之間。

(a)飛機尾部荷載作用于A區(qū)中部

(a)飛機尾部荷載作用于A區(qū)中部

表3 計算工況匯總

表4 計算結(jié)果匯總

(2)飛機尾部荷載作用處的沉降為測點中的最大值。當(dāng)回填材料為級配碎石和泡沫混凝土?xí)r，飛機尾部荷載作用處的地表沉降最大不超過0.4 cm，其余兩處測點地表沉降很小，不大于0.07 cm，總體沉降較小。當(dāng)回填材料為壓實填土?xí)r，飛機尾部荷載作用在A區(qū)中部時A區(qū)中部地表沉降高達4.34 cm，；當(dāng)飛機尾部荷載作用在B、C區(qū)中部時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)回填材料采用壓實填土?xí)r，應(yīng)采取一定的措施進行地基處理。并且，針對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

通過研究，有如下結(jié)論：

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

(2)飛機尾部荷載作用位置處，相應(yīng)的地表沉降最大，且當(dāng)回填材料是壓實填土?xí)r，未設(shè)搭板部位中部地表沉降較大，實際施工運營時應(yīng)采取相應(yīng)措施進行處理。