区间隧道要穿越秦淮河、金川河、古城 墙、在建的玄武湖公路隧道,以及多栋建 筑物。
盾构穿越秦淮河时上面覆土仅有0. 7 m , 与在建的玄武湖公路隧道底板最小净距 也仅为1 m , 施工难度很大。
南京地铁1 号线盾构隧道内有4 台土压平 衡盾构施工, 其中3 台为德国海瑞克公司 生产,1 台为日本三菱公司生产。
在洞口密封、始发导轨、反力架及始发台安 放好以后，进行连续墙最后一层砼的剥除， 最后一次性始发成功。
但盾构二标、一标在进出洞时出现了一 些问题。
例如,盾构二标在某站南端头盾构出洞时
曾出现两次流砂,流砂量达110 m3,主要集 中在洞门中心东西侧,东部20 m2 区域地
面下陷达1.5 m 左右,加固区西南侧1.5
此外,洞门处的连续墙已开裂,旋喷桩施工 时可能发生侧漏, 地层内可能有流动水存 在,对成桩有影响。
最后决定对段头井采用冷冻法进行补充 加固,在盾构出洞方向沿工作井的连续墙 外侧布置冻结孔,并在冻结孔中循环低温 盐水,使冻结孔附近的含水地层结冰,形成 冻土墙。
盾构在冻土墙的保护下出洞。冻土墙设 计有效厚度为0.5 m, 有效宽度为8.7 m, 冻结深度取18.5 m(洞口周边冻土搭接宽 度1 m, 下部搭接高2.5 m) ,见图1。
盾构二标为三山街—张府园—新街口,单 线推进长度3. 06 km , 2003 年10 月底完 工;该段由上海基础公司采用德国海瑞克 公司的盾构施工。
盾构三标为玄武门—许府巷—南京站区间, 单线推进长度4.57 km , 2003 年12 月底 完成;该标段由洛阳隧道局采用2台德国海 瑞克公司的盾构施工。
盾构隧道线路穿越的市中心区,街道狭窄, 交通繁忙,道路两侧高楼林立,地下管线繁 多。
由于泥水盾构在施工中需要泥浆池进行 泥水分离,占地较大,对环境会造成一定的 污染, 且盾构价格贵,设备技术不易掌握。
土压平衡盾构适合于粉质粘土、含水砂 质粉土层,另外,配备加泥装置,对控制地 表沉降效果很好。
该标段工程难点较多,盾构需穿越玄武湖、 在建的玄武湖隧道、古城墙、金川河和 多栋建筑群,盾构局部穿越粉细砂地层。
盾构平均推进速度达8～10 环/天, 盾构 三标最高达17 环/天。
盾构区间隧道共有24 个进出洞端头,根据 地质条件、水文条件和地面环境分析,需 全部进行加固处理。
盾构进出洞是盾构施工中技术难度大、 工序较复杂的施工阶段,一旦处理不当,洞 门外土体易塌方或流失,甚至使盾构失去 控制。
因此在认真做好地质与环境调查基础上 采取合理的加固方案, 严格控制盾构机进 入加固区前的操作
适当对开挖面注入膨润土泥浆等,并低速 推进,低速转动大刀盘,严防超负荷运转, 以免产生盾构进入接收工作井前大刀盘 被搅拌桩或旋喷桩卡住而强行推进的不 利现象。
进出洞端头井地层加固范围为隧道全断 面开挖轮廓线外3.0 m, 始发端加固长度 为6.0 m, 到达端加固长度为3.5 m 。
加固后土体强度控制在无侧限抗压强度 为0.5 MPa左右。加固土体应均匀、密封 防流砂,这对盾构安全进出洞至关重要。
例出许府巷及进玄武门区间段，隧道底部基 本为可～硬塑粉质粘土，中部以下为可塑状 粉质粘土，以上为流塑状粉质粘土；
在前期端头加固处理中，为确保加固质量， 先后使用了深层搅拌桩、注浆及高压旋喷的 方法，分别针对一般地段、地下有障碍物处、 与车站连续墙相接处进行加固。然后人工用 风镐对车站的连续墙进行了凿除，凿除至第 二层钢筋为止。
以盾构三标的盾构机为例,介绍盾构机的主 要参数。
该台盾构机设计最大埋深18 m , 最大爬坡 为35 ‰,最小转变半径为300 m ; 盾构最大 推力为3560 t , 由16 对32 个千斤顶组成; 盾构的外径为6340 mm , 盾构主机长7400 mm , 盾构总长度60 m ; 刀盘最大旋转扭距 为469. 4 t·m , 刀盘的开口度为40 % 。
南京地铁1 号线盾构区间隧道单线推进 长度为10. 9 km , 分三个标段,分别由4 台盾构掘进
其中盾构一标为中华门站北工作井—三山 街站(试验段) 和新街口—珠江路区间,由 上海隧道公司采用日本三菱盾构施工
该标段单线推进长度3. 206 km , 2003 年 10 月底完工,总工期31 个月;该段隧道顶 部覆土较薄,试验段仅有4~10 m ; 盾构穿 越内秦淮河时,需进行抗浮处理,盾构机距 抗浮板底面仅有0. 8 m 。
m2 范围地面下降1 m 左右。
因洞门处的混凝土经过开凿,已经局部开 裂。为防止洞门处的混凝土失稳,在洞门 钢环上焊接18 号工字钢作为横挡, 采用 木板支模浇灌C20 混凝土加固。
为防止流砂再次发生,保证盾构机安全出 洞, 需对段头井补充加固。
为此,考虑了三种方法:深井降水法、旋喷 桩加固法、冻结法。
根据两次流砂情况,流砂量在长时间内没 有减少,反而有增加的趋势,说明地下水补 给比较丰富,且内秦淮河离张府园南段头 井约50 m, 地下水和内秦淮河可能连通, 因此降水效果无法保证。
从理论上讲,旋喷加固在该地层加固效果 较好,但夹在连续墙和搅拌桩加固体之间 进行旋喷补充加固,一边为硬的水泥土,一 边为钢筋混凝土,影响成桩效果。
但从施工情况看,在砂层地段3.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ m 的盾 构到达段加固长度显得较短。
盾构工作井加固方法的选取应根据地质、 水文、周围环境合理选取。
南京地铁由于其地质的复杂性,因地制宜 地采用了多种加固方法,如深层搅拌、高 压旋喷、井点降水、冷冻法等,有时可多 种方法并用。
深层搅拌法适于粘性土层、淤泥质土层; 高压旋喷法适用于砂性土、粉土。
为什么采用土压平衡？
盾构隧道主要穿越的地层有:可塑-软流塑的 粉质粘土、粉土、粉细砂、粉砂夹细砂。 地下水位位于地表下1~2 m , 渗透系数为 5×10-3cm/ s , 易液化。
其中淤泥质粘土具有高压缩性,极易产生土 体流动,开挖面极不稳定;粉细砂,粉砂夹细砂 含水量丰富,透水性强,极易产生涌水、涌砂; 尤其是有一段150 m 长的隧道处于严重的液 化区,设计、施工中考虑了液化影响。