1 前言
我國地鐵隧道施工已開始使用盾構法。隨著技術進步、認識提高、綜合國力的增強，特別是隨著該施工技術所顯現的優勢，盾構法越來越多地被國內地鐵界所接受，上海、廣州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈陽、杭州、青島等城市都使用這種方法。上海地鐵是國內最早采用盾構施工的，且大部分工程都是利用盾構完成的；南京地鐵目前有3個盾構標段4臺盾構機在進行施工，施工總量約占全線的30％。雖然盾構有許多成功的工程實例，但是使用這種方法也有較大的風險。如盾構在隧道內只能前進，不可后退，一旦盾構本身出現致命的故障，可能就會產生災難性的后果。而且使用盾構在對洞口進行加固處理的始發時階段出問題的概率很高，即使是非常有經驗的承包商也常會發生類似事故。本文重點介紹盾構始發的技術問題。
2 始發技術的重要性及關鍵技術
由于在始發階段存在以下幾種特殊情況：
（1）始發推進前需鑿除車站的圍護結構（主要是處理鋼筋砼結構），鑿除圍護結構后的土體在一定的時間段內必須保持自穩，不能有水土流失；
（2）始發階段盾構機主體在始發導軌上不能進行調向；
（3）始發階段的姿態及地面沉降控制比正常推進階段更困難；
（4）始發期間一些設備如管片小車、管片吊機，包括出渣都不能正常使用。有時也會存在盾構機因為車站結構的原因而不能整機始發。
綜上所述，盾構在初始階段的施工難度很大。因此，盾構隧道始發技術是盾構法施工技術的關鍵，也是盾構施工成敗的一個標志，必須要全力做好。同時還應確保盾構連續正常地從非土壓平衡工況過渡到土壓平衡工況，以達到控制地面沉降，保證工程質量等目的。
始發技術包括洞口端頭處理（在軟土無自穩能力的地層中）、洞門砼鑿除（主要針對鋼筋砼圍護結構）、盾構始發基座的設計加工、定位安裝；始發用反力架的設計加工、就位；支撐系統、洞門環的安設、盾構組裝、盾構始發方案、其他保證盾構推進用設備、人員、技術準備等，直到始發推進。
3 始發施工技術
3.1 始發洞口的地層處理
在盾構始發之前，一般要根據洞口地層的穩定情況評價地層，并采取有針對性的處理措施。地層處理一般采取如“固結灌漿”、“冷凍法”、“插板法”等措施進行地層加固處理。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側向自穩能力，且不能有地下水的損失。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法，SMW工法、冷凍法等。選擇哪一種方法要根據地層具體情況而定，并且嚴格控制整個過程。
3.2 始發洞口維護結構的切除
根據經驗，一般在始發前至少一個月開始洞口維護結構的切除。整個施工一般分兩次進行，第一次先將圍護結構主體鑿除，只保留維護結構的鋼筋保護層，在盾構始發前將保護層混凝土鑿除。
在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時檢查始發洞口的凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土侵入設計輪廓范圍之內。
3.3 洞口密封
洞口密封是為盾構在始發時防止背襯注漿砂漿外泄所用，按種類分有壓板式和折葉式兩種，其中折葉式越來越被人們所認可。洞口密封的施工分兩步進行施工，第一步是在車站結構的施工工程中，做好始發洞門預埋件的埋設工作，要特別注意的是在埋設過程中預埋件必須與車站結構鋼筋連接在一起；第二步在盾構正式始發之前，應先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安裝。
3.4 洞口始發導軌的安裝
在圍護結構破除后，盾構始發臺端部距離洞口圍巖必然會產生一定的空隙，為保證盾構在始發時不致于因刀盤懸空而產生盾構“叩頭”現象，需要在始發洞內安設洞口始發導軌。安設始發導軌時應在導軌的末端預留足夠的空間，以保證盾構在始發時，不致因安設始發導軌而影響刀盤旋轉。
3.5 反力架、始發臺的安裝
3.5.1 反力架、負環管片位置的確定依據
反力架的位置確定主要依據洞口第一環管片的起始位置、盾構的長度以及盾構刀盤在始發前所能到達的最遠位置確定。
3.5.2 負環管片環數的確定
假定盾構長度LTBM＝8.3M，安裝井長度LAS＝12M（因不同的始發井尺寸而不同），洞口維護結構在完成第一次鑿除后的里程DF，設計第一環管片起始里程D1S，管片環寬WS＝1.2M，反力架與負環鋼管片長WR＝1.5M（自行設計加工的尺寸）。DR為反力架端部里程，N為負環管片環數。
（1）在安裝井內的始發時最少負環管片環數確定N＝（D1S－DF＋8.3）／WS環
3.5.3 反力架、負環鋼管片位置的確定
在確定始發最少負環管片環數后，即可直接定出反力架及負環管片的位置。
反力架端部里程DR＝D1S－N×WS3.5.4反力架、始發臺的定位與安裝
在盾構主機與后配套連接之前，開始進行反力架的安裝。安裝時反力架與車站結構連接部位的間隙要墊實，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強度。
由于反力架和始發臺為盾構始發時提供初始的推力以及初始的空間姿態，在安裝反力架和始發臺時，反力架左右偏差控制在±10MM之內，高程偏差控制在±5MM之內，上下偏差控制在±10MM之內。始發臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角＜±2‰，盾構姿態與設計軸線豎直趨勢偏差＜2‰，水平趨勢偏差＜±3‰。
3.6 盾構的始發
3.6.1 始發臺兩側的加固
由于始發臺在盾構始發時要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構旋轉的扭矩。所以在盾構始發之前，必須對始發臺兩側進行必要的加固。加固的方式見圖1。
3.6.2 負環管片安裝
（1）負環管片安裝準備
在安裝負環管片之前，為保證負環管片不破壞尾盾刷、保證負環管片在拼裝好以后能順利向后推進，在盾殼內安設厚度不小于盾尾間隙的方木（或型鋼），以使管片在盾殼內的位置得到保證，如圖2。
（2）負環管片后移
第一環負環管片拼裝成圓后，用4～5組油缸完成管片的后移。管片在后移過程中，要嚴格控制每組推進油缸的行程，保證每組推進油缸的行程差小于10MM。在管片的后移過程中，要注意不要使管片從盾殼內的方木（或型鋼）上滑落。
（3）負環管片與負環鋼管片的連接
負環管片的最終位置要以推進油缸的行程進行控制，在負環管片與負環鋼管片之間的空隙用早強砂漿或鋼板填滿。
（4）負環管片的拼裝類型
在安裝井內的負環管片的拼裝類型通常采取通縫拼裝，主要是因為盾構井一般只有一個，在施工過程中要利用此井進行出渣、進管片。所以采用通縫拼裝可以保證能及時、快速的拆除負環管片。
3.6.3 盾構的始發
（1）空載推進
盾構在空載向前推進時，主要控制盾構的推進油缸行程和限制盾構每一環的推進量。
要在盾構向前推進的同時，檢查盾構是否與始發臺、始發洞發生干涉或是否有其他異常事件或事故的發生，確保盾構安全的向前推進。
（2）始發時盾構姿態的控制
主要通過盾構機的推油缸行程來控制姿態。
（3）始發時盾構推進參數的控制
在保證盾構正常推進的情況下，稍微降低總推力和刀盤扭矩。
3.6.4 洞口注漿
在盾尾完全進入洞體后，調整洞口密封，進行洞口注漿。漿液不但要求順利注入，而且要有早期的強度。注漿壓力控制在1.5BAR以內。
3.7 反力架、負環管片的拆除
反力架、負環管片的拆除時間根據背襯注漿的砂漿性能參數和盾構的始發掘進推力決定。一般情況下，掘進100M以上（同時前50環完成掘進7日以上），可以根據工序情況和工作整體安排，開始進行反力架、負環管片拆除。
4 常見問題的預防或處理
4.1 加固效果不好
端頭土體加固的效果不好是在始發過程中經常遇到的問題。采取的主要措施是必須根據端頭土體情況選擇合理的加固方法，而且要加強過程控制，特別是要嚴格控制一些基本參數。對于加固區與始發井間形成的必然間隙要采取其它方式處理。
4.2 開洞門時失穩
開洞門時失穩主要表現為土體坍塌和水土流失二種，其主要原因也是由端頭加固效果不好所致。在小范圍的情況下可采用邊破除洞門砼，邊利用噴素砼的方法對土體臨空面進行封閉。如果土體坍塌失穩情況嚴重時，只有封閉洞門重新加固。
4.3 始發后盾構機“叩頭”
始發推進后，在盾構機抵達掌子面及脫離加固區時容易出現盾構機“叩頭”的現象，根據地質條件不同有些可能出現超限的情況。為此，通常采用抬高盾構機的始發姿態、合理安裝始發導軌以及快速通過的方法盡量避免“叩頭”或減少“叩頭”的影響。
4.4 密封效果不好
洞門密封的主要目的也是在始發掘進階段減少土體流失。當洞門加固達到預期效果時，對于洞門環的強度要求相對較低，否則要在盾構推進前徹底檢查和確定洞門環的狀況。在始發過程中若洞門密封效果不好時可即時調整壁后注漿的配合比，使注漿后盡早封閉，也可采用在洞門密封外側向洞門密封內部注快凝雙液漿的辦法解決。
4.5 盾尾失圓
在很多情況下，始發階段由于自重及其他原因，盾尾一般都會出現失圓的情況，有些可能達到10CM之多。可以采用盾構機自帶的整圓器進行整圓，在必要的情況下，可采用錯縫拼裝以保證在管片拼至隧道內時管片自身的橢圓度控制在誤差以內。
4.6 支撐系統失穩
支撐系統在某些情況下由于盾構機推進中的瞬時推力或扭矩較大而產生失穩，這樣將導致整個始發工作的失敗。對于支撐系統的失穩只能從預防角度進行，同時在始發階段對支撐系統加強監測。
4.7 地面沉降較大
由于始發施工的特殊性，始發階段的地面沉降值均較大，因此在始發階段需盡早建立盾構機的適合工況并嚴密注意出土量及土壓情況，同時加大監測頻率，控制地面沉降值。
5 實例簡介
南京地鐵南北線一期工程共有三個盾構標段，其中由中鐵隧道集團施工的TA15標的始發掘進一次成功。TA15標主要包括二個區間：玄武門站～許府巷站，許府巷站～南京站站。區間線路總長4574M。該段工程地質第一區間主要是隧道底部，基本位于可～硬塑粉質粘土上，隧道中部以下為可塑狀粉質粘土，以上為流塑狀粉質粘土；主要穿越的地層有②－2B4粉質粘土～淤泥質粉質粘土和②－2C2－3粉土。其中②－2B4粉質粘土～淤泥質粉質粘土高壓縮性和高靈敏度，易產生土體流動、開挖面不穩定現象；②－2C2－3飽和粉土具中低壓縮性、中～高靈敏度，易產生涌水、涌砂、開挖面不穩定現象。地下水位在地面以下1.1～3.1M之間。在許府巷到南京站區間，隧道穿越中～稍密實砂層為主，在到達南京站段，局部穿越粘土層。其中場地范圍內分布的②－1C2－3粉土、②－1D3－4粉砂夾細砂、②－2C2－3粉土及②－2D2－3粉砂夾細砂均為液化地層，液化程度屬輕微液化～嚴重液化。隧道穿越的土層及隧道底板下的土層分布復雜，其中②－2B4淤泥質粉質粘土和②－3B3－4粉質粘土承載力低，具有高壓縮性及高靈敏度，易產生土體流動、開挖面不穩；②－2C2－3粉土、②－2D2－3粉砂夾細砂及②－3D2－3粉細砂，含水量豐富，透水性強，滲透系數達5×10－3CM／S，極易產生涌砂、涌水、開挖面不穩現象。地下水位在0.2～2.0之間。
在前期端頭加固處理中，為確保加固質量，先后使用了深層攪拌樁、注漿及高壓旋噴的方法，分別針對一般地段、地下有障礙物處、與車站連續墻相接處進行加固。然后人工用風鎬對車站的連續墻進行了鑿除，鑿除至第二層鋼筋為止。在洞口密封、始發導軌、反力架及始發臺安放好以后，進行連續墻最后一層砼的剝除，最后一次性始發成功。
6 結束語
盾構機的始發成功主要由始發條件及始發施工技術中每一環節的處理決定。在前期的地質勘探、始發區域的建筑物及管線情況進行調查，特別是對端頭土體的液限、塑限、滲透系數、含水量等各種物理力學指標進行全面的調查及評估是相當有必要的；同時應對始發技術施工中的每一個環節加強全面、細致的控制，以確保各種處理措施達到預期效果。因為始發技術與各個工程的始發條件息息相關，所以始發時每一個細節如采用什么端頭加固方式、連續墻破除方式、始發臺及反力架的定位等均需根據現場條件選擇最合適的方法。
