摘 要：南京地铁5号线局部区段位于繁华的市中心，由于交通疏解、周边环境影响，使得盾构始发工况非常复杂，很多情况下需要采用特殊的辅助措施。文章分析了在盾构始发加固区长度不满足包含盾构机全长的工况下，使用短套筒始发辅助措施的应用情况。通过短套筒与钢洞圈的刚性连接，变相延长了加固区长度，满足了盾构始发的安全技术要求。为今后地铁盾构在这种工况下采用始发辅助措施提供了参考。
关键词：复杂工况 盾构始发 短套筒
1引言
南京地铁5号线TA05标工程朝天宫站～上海路站区间隧道地处市中心城区段，在离盾构始发井最近约11m处存在一条秦淮河内支流河道，由于考虑到对河道及护坡的保护以及河边道路的通行要求，盾构始发加固区长度只有6.5m，而盾构机主机长度达到9.9m，无法满足盾构始发安全要求。通过一系列方案比选，最后决定使用短套筒与钢洞圈刚性连接，来达到延长加固区的目的，根据实际工后数据，来对该辅助措施在实际施工中的重难点以及遇到的问题进行分析总结。
2工程概况
2.1 工程简介
南京地铁5号线TA05标工程朝天宫站～上海路站区间隧道从上海路与朝天宫西街始发，然后沿上海路自南向北直至到达上海路与汉口路交叉路口，到达上海路站。盾构区间右线设计起点里程:K26+662. 465～K27+453.618区间范围内包括1个联络通道兼联络泵房，区间总长度为791.153m， 区间埋深11.70～22.7m。区间最大纵坡25%，平面曲率半径最小350m。
区间隧道主要穿越:3-3b1-2粉质粘土、3-2b2粉质粘土，K1g-2强风化泥岩、泥 质粉砂岩，K1g-3-1中风化泥岩、泥质粉砂岩层。
2.2 始发段概况
区间始发段100m主要下穿秦淮河内支流、侧穿文津桥、下穿世纪之星及民宅和南京盛大机电有限公司。穿越的地层主要为：3-3b1-2粉质粘土、3-4e含卵砾石粉质粘土，K1g-2强风化泥岩、泥质粉砂岩，K1g-3-1中风化泥岩、泥质粉砂岩层。
图2 盾构始发段100m剖面图
（1）始发段地质情况描述
表2始发段穿越建构筑物情况汇总表
2.3 盾构机参数配置
本区间拟采用两台奥村复合式土压平衡铰接盾构机，盾构机本体长度约9.9m，盾构机外径6450mm，内径6270mm，开挖直径6490mm。
2.4 始发地基加固情况
由于秦淮河以及护坡离始发端头最近只有12m，并且护坡边有一条道路需保持通行，导致始发加固区只有6.5m长度，根据设计要求采用φ800@500三重管高压旋喷桩。
由于盾构机长度9.9m，地下连续墙和结构内衬墙各0.8m，理论加固长度应该大于8.3m，才能满足盾构始发安全要求。
3短套筒的应用情况
3.1 短套筒的设计概况
结合加固区长度与盾构机的长度，延伸的钢套筒必须满足一倍盾构机长度，方能确保盾构始发的安全。其中，盾构机长度9.9m，端头加固区长度6.5m，地下连续墙宽度0.8m，盾构工作井长度为12m，结构内衬墙0.8m，即钢套筒理论长度宜为1.8m。结合实际情况，钢套筒每节长度基本均为2.5m，加上0.5m过渡环，内径6700mm，此处钢套筒总长为3m。
3.2 短套筒的现场安装
过渡环与车站预埋环板通过焊接连接，在过渡环与预埋环板焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水。吊下钢套筒的下半圆，使钢套筒的中心与事先确定好的井口盾体中心线重合，钢套筒与过渡环采用螺栓连接。
图3 短套筒过渡环及下半圆安装
在钢套筒下方60°圆弧内平均分布安装2根43公斤钢轨，钢轨从钢套筒后端铺设至过渡环内，钢轨采用压板固定，压板焊接在钢套筒筒体上。根据盾构机标高，在洞门下部安装2根导轨，靠近盾构机端制作成斜坡，导向轨与基座上轨面高度坡度一致。为确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转摩擦反力，在钢套筒底部2根钢轨之间铺砂并压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度15mm，待盾构机放去上后，进一步压实。
钢套筒下半圆内导轨安装填料完毕，即可开始钢套筒尾端上半环及支撑的安装。钢套筒的尾端上半环尺寸为宽度500mm、内径6700m，与钢套筒的下半圆采用螺栓连接。尾端上半环与洞门钢环之间2.5米的距离，采用5根18a的工字钢进行支撑加固，具体如下图所示：
图4 短套筒尾端上半环及支撑加固示意图
钢套筒尾部安装始发止水装置，与常规在洞门钢环上安装方法一致。待橡胶帘布板安装完毕，采用两个200T千斤顶将前盾和中盾顶入钢套筒内，位置到位后，方可拆除上部18a工字钢支撑。随即吊装刀盘，在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接。钢套筒内径6700mm，盾构机外径6450mm，刀盘外径6490mm，刀盘与钢套筒的理论间隙为105mm。洞门钢环内引轨长度为20cm，预留60cm空间，确保刀盘的旋转及顺利调试，焊接钢套筒下半圆的弧形钢板，提前做好预控措施。
盾构机安装调试完毕，安装钢套筒的上半圆。钢套筒上半圆安装好以后，调整压紧螺栓，检验连接安装部位，确保其连接完好性。钢套筒的上下半圆连接处，内侧贴遇水膨胀止水条，内外侧涂抹聚氨酯防渗漏。
4盾构始发阶段出现的问题
由于车站围护结构采用玻璃纤维筋，盾构机安装滚刀可直接切削围护结构始发，无需进行洞门凿除。左线盾构始发段35.509m，位于R=3000m的竖曲线上，坡度渐变至-25‰，加固区加延伸钢套筒合计11m。经方案计算，始发基座按照-17‰的坡度进行安装，反力架上部较下部前倾10cm，可确保盾构机在35.509m范围内，坡度渐变至-25‰。
盾构安装调试完毕后进行-7和-6环的负环拼装工作。盾构机初始行程为-5环的940mm，推进至-4环行程620mm时刀盘开始切削地墙，此时推进速度控制约为5mm/min，盾构推力维持在1300t以内，刀盘转速为1rad/min。
图5 始发阶段左线盾构机示意图
-4环推进完成后，刀盘切削地墙完毕，此时盾构机切口高程为-61，盾尾高程为+38，盾构机已经出现明显“磕头”趋势。由于盾构机仍旧处于始发基座和短套筒之间，暂时无法进行姿态纠偏。等到铰接环通过始发基座进入套筒以后，打开下部铰接系统，暂时将盾构切口高程维持在-80mm左右推进，至穿越加固区后，通过纠偏，盾构姿态逐渐恢复正常。
图6 始发阶段左线盾构机姿态
5问题分析
通过左线始发阶段盾构机姿态出现异常问题，进行了分析和总结，预判可能存在问题的地方为：
（1）钢套筒内钢轨和填砂工作未能达到实际需求，导致盾构机本体重心离开始发基座后，机头迅速下磕。
（2）洞门圈内导向轨失效，导致盾构机刀盘离开钢套筒进入洞门圈后，重心前倾，产生“磕头”现象。
（3）始发基座和钢套筒的坡度现场设置与理论产生偏差。
按照以上几个可能出现问题的地方进行了现场检查发现如下情况：
（1）钢套筒内填砂因为推进时正面加气加水压力，往盾构机后部窜涌后，带走了部分填砂，导致盾构机在钢套筒内未能按照理论坡度推进。
（2）由于刀盘开挖直径为6490，盾构本体直径6450，滚刀切削边缘比刀盘高2cm，现场施工人员为了盾构机安装调试方便，擅自拆除了洞门圈内导向轨。
（3）钢套筒内钢轨铺设未按照-17‰的理论坡度，钢轨按照水平布置，与后部基座轨道产生夹角。
6结论与应用
由于本工程案例中3m始发短套筒有别于传统钢套筒，盾构机不能完全被钢套筒所包裹，必须在短套筒后部仍旧使用帘布橡胶板的止水装置，并且需在盾构机前盾和中盾下井组装完成前安装完毕，才能使前盾和中盾在前顶的过程中将翻板往推进方向翻，随后在3m短套筒内与刀盘连接，再往前顶进到初始位置。整个盾构机下井安装流程和帘布橡胶板的安装相互制约。短套筒的安装、筒内钢轨的铺设和基座轨道的定位都必须在盾构机下井之前严格按照设计要求进行。
通过本案例中左线盾构的实际施工经验和发现的问题，对右线盾构的钢套筒安装和推进参数进行相应的调整，始发段盾构姿态未出现异常。希望本案例分析能对将来类似工况下的施工提供相关参考经验。