南京地铁建设有限责任公司 210017
摘要：本文介绍了盾构机始发受到现场盾构井尺寸狭小的限制，不能采用常规整体始发的形式，且受到地铁建设的工期限制，最终选择了仅将盾构机主机（刀盘+前盾+中盾+尾盾+螺旋）放入盾构井下，其余后配套台车放于盾构井旁硬化地面上进行盾构始发方案，在盾构始发至后配套台车及洞内道岔能够全部放入洞内后完成工序转换形成整体始发形式。本次盾构机分体始发成为南京地铁近几年首次狭小空间分体始发的典型案例。
关键词：狭小；工期；分体始发；南京地铁；首次
引言
近年来，盾构工艺广泛用于特大城市浅层和次浅层地下空间内的地铁、管廊、地下管网等地下工程[1]。但由于盾构工艺需配套设备吊装及始发的工作竖井，在已建成的工作竖井移交时，在特定的情况下往往由于已经运营的地铁线路考虑到其设备的运行安全、信号安全、设备安全距离、电气系统安全等，使移交给施工方的工作竖井较原规划方案狭小，使得盾构施工必须采用分体始发工艺，并带来一系列急需解决的问题。
1、常规整体始发采用盾构机主机+后配套台车同时下井，井下空间必须满足盾构机+后配套台车的布置空间，才能满足盾构施工的要求。
2、常规分体始发一般采用盾构主机和后配套台车分开下井，但在始发井空间尺寸极为狭窄的情况下，单独盾构主机亦无法正常下放，常规分体始发无法保障盾构设备顺利始发。
3、采用分体始发时，需对工作竖井进行改造保证盾构机主机和出土螺旋的工作面，然后将盾构整套设备分阶段下井，各阶段下井对象、下井顺序、掘进工艺以及放置地面的设备如何在狭窄的始发场地空间内合理布置将影响到盾构设备的有效始发。
本工程现已完成盾构分体始发，盾构施工已完成工序转换即盾构机主机和后配套台车全部放入洞内并在洞内铺设双道岔进行施工，提高了盾构施工的整体工作效率。结合本工程的盾构分体始发对上述问题做以技术总结。
一、工程概况
1.1区间概况
南京地铁6号线南京南站～夹岗站区间，起始于南京南站机场线预留7号风井，线路向东北走向，经中间风井后继续向东北方向，最后止于夹岗站。区间设计为双线盾构隧道，区间长度为1.9km。区间穿越双龙大道匝道、双龙街军干所。始发场地位于南京南站机场线预留7号风井，由于受到南京南站高铁站已运营线路的影响、毗邻宁芜铁路建设的影响、夹岗站施工工期的影响，导致盾构施工必须从7号风井进行始发，其始发场地及空间极为紧张。
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图1-1 工程平面卫星图
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图1-2 盾构施工工筹图
1.2工作井概况
7号风井为机场线预留6号线作为盾构始发井，位于南京南站北广场以东约800m范围内，提前预留了盾构始发条件，为地下两层单柱双跨结构。围护结构采用Ф800mm钻孔桩，侧墙厚度800mm，原规划预留始发井长63.7m，标准段长47.5m、宽13.9m，端头井长14.7m、宽20.38m、深度为16.8m，顶板覆土约3m。
现有7号风井部分已投入南京地铁S1机场线路运营，在7号风井旁牵扯到已运营线相关信号、机电、轨道等专业在列车运营过程中的安全性，仅能移交始发井用于盾构施工总长为28.7m。具体移交位置如下图所示。
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图1-3 原规划预留始发井长度
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图1-4 现移交始发井长度
二、分体始发背景
2.1盾构始发难度
盾构始发井为前机场线施工线路预留风井，风井一端已进入运营阶段，预留给现在盾构施工的井下空间有限，井下空间长度仅有28.7m，盾构机主机长约8.4m（螺旋插入后总长度为13.2m），盾构机后配套台车长度约为76m，始发井空间不能满足盾构机常态始发条件，同时也不能满足常规盾构机主机+桥架+1#号台车始发模式。
2.2分体始发必要性及优势
1、夹岗站工期不可控
预先考虑改变原工筹计划，盾构施工从夹岗站进行始发经中间风井掘进至7号风井后吊出，但由于夹岗站场地暂未移交且场地内存有中航油油罐公园规划及保护问题等诸多问题，其场地移交节点不受控制，进而导致盾构施工计划会受到无限制延后，也为后续出入场线的盾构施工造成极大地影响。
2、规划宁芜电气化铁路影响
7号风井旁已建宁芜电气化铁路下穿双龙街干休所施工方案尚未稳定，原计划南京南站～夹岗站区间先于宁芜电气化铁路下方进行盾构施工，方案调整可能会影响南京南站～夹岗站区间的盾构施工的安全性，主要原因如下：
（1）施工方案不稳定
宁芜铁路货运线区间覆土较浅，相对于盾构法施工的风险性极高，又相对于明挖法施工，其上部双龙街干休所的拆迁问题一直未能得到有效的解决，导致施工方案一直未确定下来。
（2）涉铁施工审批程序复杂
若宁芜在建货运铁路先行实施，南京地铁6号线南京南站～夹岗站区间盾构施工随后实施，需经过上海铁路局的层层审批。涉铁审批流程复杂，有可能在审批过程中出现涉铁审批时间过长、施工方案变化等。
（3）施工风险增加
若宁芜在建货运铁路先行实施，南京地铁6号线南京南站～夹岗站区间盾构施工随后实施，会使得盾构施工既下穿宁芜在建货运铁路右下穿双龙街干休所，施工风险程度大大增加，施工的安全性和有效性受到极大的影响。
经参建各方对南京地铁6号线总体工期、施工功效、与高铁线路的交叉施工、费用、安全等方面综合考虑，最终决定采用盾构机大分体形式于7号风井进行始发工作，即盾构机主机和螺旋放入工作井内其余后配套设施放于工作井旁的地面上进行施工。
三、分体始发部署
3.1始发场地布置
3.1.1场地平面布置
始发场地平面布置必须满足施工现场“五通一平”、“考虑周到、布置合理有序、方便施工、便于管理、利于文明施工”[2]，合理布置施工区、办公区、半成品堆放区、周转料堆放区、设备存放区、加工区等，场地平面布置的主要内容有门岗、监控室、值班室、材料库房、洗手间、安全讲评台、人行通道、出入场道路、临时台车堆放区、垂直运输（45T门吊行车路线）、渣坑、材料库房、管片堆场、临时起重机停车区、设备存放区、冷却水塔、浆液储存区等。
所有场地布置根据施工工序进行布置主要分为：盾构吊装阶段、分体始发阶段、整体始发阶段。
1、盾构吊装阶段主要形成门岗、出入场道路、办公区、吊装区、渣土池、台车存放区、门吊走行区、管片存放区等固定设施，确保吊装盾构机及后配套台车过程无干扰，更加为以后盾构施工场地做以铺垫。
吊装阶段主要满足主吊、辅吊的站位，并满足盾构机能够被翻身起吊、吊入盾构井下的安全。主吊站位位于7号风井端头加固区域（此区域经地面加固并平整硬化，满足盾构机吊装对地基承载力的要求）确保施工安全，主吊位置距离盾构井中心为11m，足以满足吊装的安全性。
2、分体始发阶段主要考虑后配套台车的临时存放、管片堆放、渣土坑、储浆罐、冷却水塔等场地，确保本次场地规划不再迁改、一次成型，具体布置见下图所示。
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图1-5 分体始发场地平面布置图
3、正常掘进阶段根据施工需求将原临时台车存放区改为管片堆放区，确保施工场地能够储存更多管片保证后期的掘进效率，最终成型施工场地具体见如下效果图。
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图1-6 盾构施工场地平面布置图
3.1.2始发井立面布置
始发井立面布置主要遵循施工便利、干净、工序衔接有效等原则进行布置，其井下布置如下图所示：
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图1-7 分体始发场地立面布置图
其管线从后配套台车顺延至井下负二层，摆放整齐并做好标识，以便后期维修或更换。
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图1-8 盾构机管线连接布置图
3.2分体始发工序
1、在盾构机吊装作业前先对原7号风井进行改造，改造施工主要分为运营线路内部改造和7号风井结构改造。
（1）7号风井运营线路内部改造
具体改造项目如下表所示：
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（2）7号风井结构改造
在盾构机吊装作业前先对原7号风井结构进行改造，主要改造内容包括切除7号风井顶板4块及中板2块用于吊装盾构机、渣土、管片、配件的作业面、割除7号风井隔墙4块用于井下电瓶车存放位置及轨道顺延、破除洞门4个用于盾构施工的帘布及压板安装，具体改造内容如下图所示。
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图1-9 7号风井结构改造示意图
2、吊装作业时先将后配套1#～6#号台车吊装至临时台车存放区，再将桥架吊运至台车前方，待吊装完毕后进行管路安装形成整体。吊装盾构机时逐步将螺旋、中盾、前盾、刀盘、油缸、吊运至井下安装，待安装完成后最后吊入盾尾并将地面上台车连接的相关管线连接至盾构机，具体盾构机吊装步骤如下图所示。最后安装反力架、负环，经过盾构机整体调试后进行始发工作。
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图1-10 盾构吊装工序图
四、分体始发施工工艺
4.1始发时开挖面稳定措施
1、盾构始发前对掌子面进行双管旋喷桩加固
在加固完成后28天后进行取芯验证，取芯强度验证结果表明加固效果良好，满足始发条件。
2、盾构始发前验证水平探孔
按照施工图纸对掌子面施工9个水平探孔，每个水平探孔长度为2.5m～3m，一方面继续验证双管旋喷桩加固效果，另一方面验证开挖面出水量是否满足施工需求要求，探孔结果表明掌子面进行少量水渍出现，开挖面稳定。
3、设置并保持开挖面稳定的土仓压力
根据地层参数及掌子面埋深设置1.2bar土仓压力，在停机过程中适当增加0.01～0.02MPa的土仓压力，确保土仓压力与开挖面的稳定
4、渣土改良
使用优质泡沫，同时在刀盘泡沫注入口处根据出渣情况对掌子面、土仓、螺旋注入相应量的膨润土，这样提高了掌子面的止水效果又提高了渣土的流塑性，可以很好地控制盾构始发时的喷涌现象。
5、加强出土控制
安排专人对渣土的出土量进行实时计算，确保掘进与出土的数量一致。
6、制定合理的掘进速度
根据施工经验及施工规范确定始发时的掘进速度，并安排专人在地面监控室实时盯控，也可以有效地将出土量与螺旋转速进行匹配，保持掌子面稳定。
7、加强培训教育
盾构始发前对所有参与盾构施工的人员进行逐环交底，主要包括掘进地层参数、掘进速度、土仓压力、泡沫注入量、出土速度、每环出土量、停机保压参数等，确保施工安全可靠。
8、加强协调配合
每日对盾构机操作人员下达盾构机掘进指令，当盾构机操作人员在盾构机掘进过程中发现与指令不符之处及时通过盾构机内部联系点法将情况进行反映，上方技术人员立刻进行问题的研究与给出解决措施，如此这样形成反馈机制，确保在施工中出现零失误。
9、加强监测指导施工
在盾构掘进过程中当每日进行地面监测，以地面监测的数据来合理的指导施工参数，必要时及时启动应急预案措施。
4.2盾构机姿态控制
1、盾构机下井前应做好托架定位，托架安装应根据洞门实测位置进行安装，确保盾构机顺利进洞，盾体下井后对盾构机姿态进行测量，并根据实测姿态录入导线系统，掘进过程中及时做好姿态复测工作。
2、检查盾构机托架的稳固情况，检查防止盾构机“栽头”的导轨是否施作牢固和位置得当，查验盾尾外壳上的防扭转装置是否焊接牢固。
3、在盾构掘进过程中，由于不同部位掘进千斤顶参数设定的偏差引起掘进方向的偏差。同时由于盾构表面与隧道间的摩擦阻力不均匀，开挖掌子面上的土压力以及切口环切削欠挖地层引起的阻力不均匀，也会引起一定的偏差。为防止盾构机姿态不好而造成地层损失，可运用导向系统对盾构姿态进行实时监控，始发过程中先要确保盾构机顺利进入洞门圈，先不调整姿态，待盾体全部驶出托架后，通过调整分区油缸压力调整姿态。
4.3衬砌管片安装
1、加强管片验收管理
本工程严格进行盾构管片现场验收。盾构管片实行四次验收。管片出场由项目派至管片场的驻场代表进行出场验收（第一次验收），验收合格后出场；管片进场后由质检工程师进行进场验收（第二次验收），验收不合格的必须退场。管片下井前由质检工程师对管片止水条粘贴质量进行验收（第三次验收），验收合格的进行明显标记，无标记管片不得下井；管片在隧道内拼装前由盾构队土建工程师进行验收（第四次验收），验收管片型号、止水条和管片质量，不合格不得拼装。
2、正确选用管片和安装位置
根据施工图纸进行管片种类的选择（管片强度），同时根据盾构机的姿态进行管片类型的选择（直线环、转弯环），再根据楔形量进行管片点位的安装，确保掘进过程中安装的管片无错台、渗漏等问题出现。
3、加强拼装质量控制
首先施工中加强管片拼装前的油缸行程控制，然后控制封顶块拼装流程，最后再严格落实管片螺栓复紧管理，确保在管片脱出盾尾时进行三次复紧，保证管片质量。
4.4同步注浆控制
1、正确选用注浆配比及浆液特性
根据南京地区施工经验选择在同步注浆过程采用惰性浆液，并及时对配合比进行验证，确保施工质量。
2、注浆压力管理
同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，同步注浆压力控制在0.2～0.3Mpa，二次注浆压力为0.4～0.5Mpa。
3、注浆量控制
每环理论注浆量约为3.59m³，根据中风化泥质粉砂岩特性每环的压浆量般为建筑空隙的120%～150%左右，根据施工情况、地质情况控制压浆数量和压浆压力，即每推进一环同步注浆量为4.3～5.4m³。
4.5始发掘进运输系统
始发掘进运输系统根据掘进的工序转换共分为3个阶段：
第一阶段：
因井下尺寸条件有限，盾构机主机和螺旋组装完成后、反力架拼装完成后将井口（14.7m）全部占据，出土仅能依靠加工的小型出土斗（1.5m×1.5m×1.5m，约3.3m³）从螺旋口接土，最后再采用电瓶车后边拖曳的管片车运送至小井口（6m×4m），在采用临时租赁的汽车吊吊放至地面，最后运送至渣土坑中。管片也从小井口进行垂直吊运施工，在采用电瓶车后边拖曳的管片车将管片运送至拼装部位处，其输送效率极小，每天掘进效率约为1环。
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图1-11 第一阶段井下运输系统示意图
第二阶段：
盾构施工至57环（68.4m）后，满足盾构机与后配套台车下井位置时，拆除上半部分负环让出大井口（12.5m×7.5m）位置进行台车下井，台车下井后恢复皮带机，采用一列编组（一台电瓶车+一个渣斗+一个管片车）进行盾构掘进，渣土通过皮带运输至渣斗后通过电瓶车水平运输至井口，再用45T龙门吊进行井下至井上的运输，一环需往复运输4次，管片车也采用此种方式运送至管片拼装部位，其输送效率较小，每天掘进效率约为2～3环。
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图1-12 第二阶段井下运输系统示意图
第三阶段：
盾构施工至150环（180m）时，拆除反力架、负环，在隧道中铺设双道岔并采用两列电瓶车编组进行井下水平运输，运输效率极大地进行提高，每天掘进效率约为5～6环。
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图1-13 第三阶段井下运输系统示意图
4.6始发试掘进注意事项
1、施工过程中密切关注反力架及始发托架的变形情况，若发现反力架部位发生脱焊、钢板卷曲、位移过大等现象，需立即停机保压并安排人员进行处理。
2、时刻关注盾构机参数，一旦盾构机施工参数发生剧烈变化，立即停机保压，寻找问题所在，待解决后方可继续进行施工。
3、密切关注刀盘进入洞门帘布后的反应，确保帘布不破损。
4、密切进行盾构机始发过程中的姿态测量，确保盾构机出洞时的姿态稳定。
5、盾构机始发在反力架和洞内正式管片之间安装负环管片在外侧采取钢丝绳拉结和木楔加固措施，以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。
6、由于采用分体始发，延伸油管较长，盾构油压应缓慢调整，避免由于压力突变造成爆管。
7、始发掘进采用小斗子出土，一环掘进时间较长，盾构机始发时间较长，风险增大，掘进时应协调各工序交接时间，提高掘进效率，同时应加强地面及洞门处的监测工作。
4.7始发试掘进后注意事项
盾构机在完成前180m的试掘进后,将对掘进参数进行必要的调整，为后续的正常掘进提供条件。主要内容包括以下方面。
1、根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数。
2、正常推进阶段采用180m试掘进阶段掌握的最佳施工参数。通过加强施工监测,不断地完善施工工艺，控制地面沉降。
3、盾构应根据当班指令设定的参数推进，推进出土与衬砌背后注浆同步进行。不断完善施工工艺，控制施工后地表最大变形量在+10,-30mm之内。
4、盾构掘进过程中,坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.3%。
5、盾构掘进施工全过程须严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并及时跟踪调整。
6、盾构机操作人员须严格执行指令，谨慎操作,对初始出现的小偏差应及时纠正，尽量避免盾构机走“蛇”形,盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。
五、结语
本工程作为南京地铁建设工程中对于狭小空间下盾构施工的一次成功案例，很好的保证了南京地铁6号线整体工期受控，在费用、工期、技术难度的综合比对下为南京地铁的建设创下了一番佳绩，对后续地铁的施工给予了一定的参考性。
参考文献：
[1]许国光，油新华，郭恒，等.浅析城市深层地下空间设计与施工关键技术[J].地下空间与工程学报，2014，10(S1):1669-1672.
[2]张俊英.盾构机分体始发施工技术[J].铁道建筑技术，2013(9):44-47.