南京地鐵1號線盾構隧道概況
南京地鐵1號線壹期工程南起奧體中心站，北至邁臯橋，全長21.72km，* * * 15區間。其中五個半標段由EPB盾構施工，盾構推進總長約10.9km，設計由上海隧道設計院和中鐵洛陽隧道設計院承擔。盾構隧道最大覆蓋厚度15m，最小厚度僅0.7m:隧道縱坡呈V型，最大縱坡度33%，形成高站低區間；最小平面曲線半徑為400m .盾構隧道穿越的主要地層為:可塑~軟塑狀粉質粘土、粉土、粉砂、粉砂夾細砂。其中淤泥質粘土壓縮性高，易產生土流，開挖面極不穩定。粉細砂，粉砂混細砂含水量豐富，透水性強，易產生湧水、湧砂；特別是有壹段隧道長度為150m，處於嚴重液化區，在設計和施工中考慮了液化效應。
盾構隧道線經過的鬧市區，街道狹窄，交通繁忙，道路兩側高樓林立，地下管線眾多。隧道將穿越秦淮河、金川河、古城墻、在建玄武湖公路隧道及眾多建築。盾構穿越秦淮河時，覆土只有0.7m，盾構與在建玄武湖公路隧道底板最小凈距只有1m，施工難度很大。
2盾構機的選擇
南京地鐵1號線盾構隧道內共有四臺盾構機，其中三臺為德國Herrick公司生產，1為日本三菱公司生產。根據南京地區的地質水文條件，主要為淤泥質粉質粘土、粉質粘土、粉砂、粉土。地下水位在地表以下1 ~ 2m，滲透系數為5×10-3cm/s，易液化。采用的盾構類型只能是泥水盾構和土壓平衡盾構。泥水盾構施工中，需要泥漿池進行泥漿分離，占地面積大，會對環境造成壹定的汙染。而且盾構價格昂貴，設備技術不容易掌握。EPB盾構適用於粉質粘土和含水砂質粉土層。另外還配有加泥裝置，對控制地表沈降有很好的效果。因此，EPB屏蔽被選作四個屏蔽。
現以三靶盾構機為例，介紹盾構機的主要參數。該盾構機設計最大埋深18m，最大爬坡率35‰，最小過渡半徑300m。盾構最大推力3560t，由16對32個千斤頂組成。盾構外徑6340mm，盾構主機長度7400mm，盾構總長60m。刀盤最大扭矩469.4t·m，刀盤開度40%。
3盾構隧道施工
3.1盾構掘進基本情況
南京地鐵1號線盾構隧道單線推進長度10.9km，分為三段，分別由四個盾構推進。其中，盾構壹標段為中華門站北工作井-三山街站(試驗段)至新街口-珠江路段，由上海隧道公司用三菱盾構施工。本標段單線推進長度3.206km，計劃於2003年10年底完成，總工期31個月；本隧道頂部覆蓋薄土，試驗段僅4 ~ 10m；盾構穿越內秦淮河時需要進行抗浮處理，盾構機距離抗浮板底部只有0.8m。盾構第二標段為三山街-張富源-新街口，單線推進長度3.06km，計劃於2003年10年底完成。該段由上海基礎公司用德國Herrick公司的盾構施工。盾構第三標段為玄武門-徐福巷-南京站，單線推進長度4.57km，計劃2003年2月底完成。該標段由洛陽隧道局用兩臺德國Herrick盾構機施工。這個標段有很多難點。盾構需穿越玄武湖、在建玄武湖隧道、古城墻、金川河及多處建築，盾構部分穿越細砂地層。從目前施工情況來看，盾構施工較為順利，現已成功穿越玄武湖隧道、內秦淮河和在建的金川河，沈降控制達到預期要求。盾構平均推進速度8 ~ 10周/天，盾構第三標段最高速度17周/天。
3.2盾構進出洞加固
盾構隧道共有24個進出洞端。根據地質條件、水文條件、地面環境分析，均需要加固。盾構隧道進出口是壹個技術難度大、程序復雜的施工階段。壹旦處理不當，隧道洞口外的土很容易坍塌或流失，甚至盾構失控。因此，應在認真進行地質環境調查的基礎上，采取合理的加固方案，嚴格控制盾構機進入加固區前的操作，向開挖面適當註入膨潤土泥漿，低速推進刀盤，防止超負荷作業，避免盾構進入接收井前刀盤被攪拌樁或旋噴樁卡住而被迫推進的不利現象。
隧道內外端井地層加固範圍為隧道開挖輪廓線外3.0m，始發端加固長度為6.0m，到達端加固長度為3.5m。但從施工情況來看，砂層段3.5m盾構到達段的加固長度較短。
盾構工作井加固方法的選擇應根據地質、水文及周邊環境等因素。由於地質復雜，南京地鐵因地制宜地采用了多種加固方法，如深層攪拌、高壓噴射灌漿、井點降水、凍結法等。，有時可以使用多種方法的組合。深層攪拌法適用於粘性土層和淤泥質土層；高壓噴射灌漿法適用於砂土和粉土。加固後土體的強度控制在0.5MPa左右的無側限抗壓強度，加固土體要均勻，用防流砂密封，這對盾構安全進出隧道非常重要。
從目前盾構進出隧道的施工情況來看，三標段盾構出徐福巷進玄武門時施工比較順利，但二標段和壹標段盾構進出隧道時出現了壹些問題。如某站二標段盾構出洞時出現兩次湧砂，湧砂量為1100 m3，主要集中在洞口中心東、西側。東部20m2區域地面沈降約1.5m，加固區西南部地面沈降約1.5m..因為洞口的混凝土已經被挖掉了，所以已經部分開裂。為了防止混凝土在入口處失穩，工字鋼梁號。18焊接在洞口鋼圈上作為橫檔，用木模澆築C20混凝土加固。
為了防止流沙的再次發生，保證盾構機的安全，需要對端頭井進行補充加固。因此考慮三種方法:深井降水法、旋噴樁加固法、凍結法。根據兩次出砂流量來看，出砂量長期沒有減少，反而有增加的趨勢，說明地下水補給比較豐富，內秦淮河距離張富源南段的頭井約50米，地下水和內秦淮河可能是相通的，不能保證降水效果。從理論上講，該地層旋噴加固效果較好，但夾在連續墻和攪拌樁加實體之間進行旋噴補充加固，壹邊是堅硬的水泥土，壹邊是鋼筋混凝土，影響成樁效果。另外，洞口連續墻已開裂，旋噴樁施工時可能出現側漏，地層中可能有流水，對成樁有影響。最後決定采用凍結法對端頭井進行補充加固，在盾構出洞方向沿工作井連續墻外側布置凍結孔，在凍結孔內循環低溫鹽水，凍結凍結孔附近的含水地層，形成凍土墻。凍土墻保護下的盾構掘進。凍土墻設計有效厚度0.5m，有效寬度8.7m，凍結深度18.5m(孔周圍凍土搭接寬度1m，下部搭接高度2.5m)。
由於大量流沙，盾構1號標段出站時盾構隧道口打不開。原隧道洞口周圍土體采用單管噴射註漿加固，加固範圍為隧道上部4m、下部3m、左右各3m、軸向6m。由於推進範圍內很多地方存在純粉砂含水層，流沙嚴重，導致很多地方加固效果不明顯。因此，通過降水將地下水位降低到15m以下，以保證開孔時不出現湧砂和流沙。井點設置在隧道兩側2m處，沿盾構推進方向井點間距2.5m，每排5個***10，每個井管長17.5m，其中濾網長4.0m。
3.3盾構掘進參數的優化
在盾構施工中，盡量減少對周圍土體的擾動，關鍵是保持盾構開挖面的穩定，並在管片離開盾尾後及時填補空隙。這就需要調整盾構掘進參數，做好同步註漿和二次註漿。
盾構掘進主要由以下10參數控制:刀盤和土倉壓力、出土量、推進速度、螺旋速度、千斤頂總頂推力、註漿壓力、盾構坡度、盾構姿態和管片拼裝偏差等。為了合理選擇盾構掘進參數，根據地質深度和環境條件對參數選擇進行預測計算，並對盾構軸線以上的地表變形進行測量和反饋，以驗證所選參數的合理性，優化施工參數。壹般情況下，選擇距工作井50 ~ 100 m範圍作為試驗段，通過試驗段地表沈降觀測，優化參數。土壓平衡盾構是為了保證開挖面上的土壓平衡，通過控制推進速度和調整排土量，可以使地層中的水土壓力與土倉壓力之差最小化。這種平衡是壹種動態平衡。
3.4特殊工地的處理
這個項目有許多困難。下面只介紹兩個工地的處理方案。
3.4.1盾構穿越在建玄武湖隧道。
盾構隧道兩次穿越在建的玄武湖公路隧道，兩隧道最小距離僅1.0m。
玄武湖隧道底部沈降控制嚴格，要求沈降控制在-20mm以內，隆起控制在5mm以內，盾構施工難度很大。為了盾構施工的安全和玄武湖隧道今後的運營安全，根據盾構施工過程中的模型試驗和數值分析結果，采取了以下技術措施:
(1)由於是淤泥質粉質粘土，且夾層很薄，玄武湖隧道施工前，對隧道下部地鐵進行了註漿加固(q0 & gt0.5 MPa)；
(2)玄武湖隧道設計中，為了增強隧道的縱向剛度，加強了底板的配筋，在底板下增設抗拔樁，使運營時的大部分荷載通過抗拔樁轉移到下部基礎，同時可以防止盾構隧道上浮；
(3)加強盾構施工過程中的監測，及時進行二次灌漿，控制土壓平衡。
目前，盾構隧道左線已順利通過玄武湖隧道。根據監測，玄武湖隧道最大沈降1.9mm，最大隆起1mm，滿足預期要求。
3.4.2盾構穿越秦淮河
壹號盾構在三山街至中華門盾構區間，需要穿越內秦淮河。此處覆蓋層很薄，原河床石基下1.5m深度基本為毛石、碎磚等建築垃圾，盾構距抗浮板底僅80cm，導致上部覆蓋層無法加固壓實，容易造成漏水漏泥，使隧道上部壓力太小，隧道會向上漂移，下部產生空隙。此外，盾構掘進難以控制，盾構容易跑偏。因此，盾構穿越內秦淮河施工時采取了以下措施:清除碎石、磚塊等建築垃圾，覆土回填，並在其上澆築70cm厚抗浮板；在屋頂下，盾構前部的土壤被壓實並灌漿。註漿孔采用PVC管，內徑100mm，加固深度7m，孔距、孔距1m，有* * * 161個加固孔，每個孔水泥用量為0.684t:盾構兩側打壹排鉆孔樁。
4盾構施工技術的發展
隨著城市化水平的不斷提高，地下空間會像地上空間壹樣過度密集，必然導致城市地鐵建設向大深度、長距離、自動化、大斷面或任意斷面方向發展。為了適應城市地鐵的發展，盾構施工技術有以下發展趨勢。
(1)大深度
都市圈的地下管線五花八門，下水管道、燃氣、通訊、電力電纜，地鐵、地下商場、地下停車場等既有構築物，使得地下空間越來越密集。新的軌道交通規劃必然會避開這些已有的地下結構，向縱深發展。在地下深部進行盾構施工時，需要解決盾構刀盤密封、盾尾密封和深井施工等問題。
1980年，日本研發出刀盤100t/m2、盾尾密封止水系統的盾構，可連續掘進10km以上。其密封技術已在40多座地下水壓超過30t/m2的盾構隧道中使用。在英吉利海峽盾構施工中，采用該止水系統，最大水壓達到100t/m2，最大開挖長度達到20km。高水土壓力下密封止水技術的發展，使盾構在深層施工成為可能。
隨著盾構施工的深入，盾構井的施工難度越來越大，無論是施工安全、工期還是工程造價都無法得到有效控制。因此，有必要研究壹些新的盾構機和相應的施工方法來解決豎井施工中的矛盾。1991年和1993年，日本分別開發了MSD盾構(兩個盾構在地下通過機械連接相遇)和球形盾構，並據此開發了地下相遇法和縱橫連續開挖法。地下相遇法是壹種盾構機從隧道兩端開挖，兩臺盾構機在地下相遇機械連接，取消中間軸的方法。縱橫連續開挖法是用臺球盾構從地面直角連續開挖豎井和水平隧道的方法。其主要特點是豎井也是用盾構機開挖，使得豎井施工速度快且安全。
(2)遠距離
由於盾構施工深度的增加以及施工場地、工期和施工成本的限制，長距離盾構施工不可避免。長距離施工時，由於地質變化大，同壹臺盾構機掘進時可能會遇到軟土、卵石、砂巖、巖石等地層。這就需要發展同壹臺盾構機在遇到不同地層時可以隨意更換相應刀盤的技術，以及復合地層中的掘進技術。德國研制了KURUN盾構機，可以將刀盤旋轉到盾構機內側更換刀盤，避免了用中軸或地層註漿加固來更換刀盤。在同壹開挖斷面既有軟土又有巖石或砂巖時，發明了兩用盾構機。盾構機的刀盤配備了挖掘巖層的超硬切削鉆頭，挖掘泥土和沙子的切削刃，以及先進的地質鉆機。施工時，開挖和管片安裝同時進行，大大提高了施工速度。
盾構施工深度和長度增加後，不可避免地會遇到急轉彎和陡坡，這是普通盾構施工無法完成的。1980年開發了全向鉸接式屏蔽。目前鉸接式盾構可以克服水平半徑為10m的急彎，縱坡施工在30°以內。
(3)自動化
在大深度、長距離、高速度、大斷面的盾構施工中，最重要的是縮短工期，降低勞動強度，保證施工安全，提高質量，這就要求提高盾構機施工的自動化水平。目前國外長距離盾構施工的盾構機壹般配備以下系統:開挖管理、開挖面安全控制系統、導向自動控制系統、管片搬運和供應系統、管片自動安裝系統。
(4)開挖斷面多樣化
圓形斷面在受力上有優勢，也適合盾構施工，容易拼裝管片，所以盾構施工多采用圓形斷面。但有時圓形截面無法有效利用。為了節省投資，理想的是根據需要挖掘地下部分。因此，日本於1987年研制出第壹臺MF泥水多圓盾構，於1991年研制出第壹臺DOT土壓平衡多圓盾構，並相繼研制出矩形盾構、橢圓形盾構等異形斷面盾構。點盾構機刀盤位於同壹平面，刀盤同步旋轉；而MF盾構機的刀盤是交錯開挖，切削面是面板結構。MF或DOT盾構既可用於建造多聯隧道，也可用於建造單層多跨車站。目前世界上共有13臺EPB盾構機，日本已有6個標段成功采用雙圓盾構機施工。上海隧道公司與日本合作建設了上海M8線雙圓盾構隧道。
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