2020年10月29日，由江苏东南工程咨询有限公司参建的南京地铁五号线D5-TJ02标前庄站至科宁路站区间（以下简称前科区间）隧道盾构机在科宁路站顺利接收，标志着南京地铁五号线D5-TA02标前科盾构区间隧道顺利贯通。

    一、项目概况

    区间隧道概况：D5-TA02标包括五站六区间及一区间风井，总里程长度7.7km，区间隧道单线长度累计12393m，前科盾构区间为本标段最长的隧道，长度为1837m。隧道内径为5.5m，管片厚度为35cm。盾构区间计划安排7台盾构机进行掘进施工。

    盾构机概况：本次TA02标首个贯通的前科区间复合式土压平衡盾构机开挖直径6.46米，主机重约410吨，最大总推力49200KN，最大扭矩为6353kN·m，刀盘开口率为40%，最大推进速度为每分钟80毫米，盾体连同后配套总长约70米。该盾构施工区间隧道计划掘进工期为10个月。盾构的推进、出土、管片拼装等全过程均自动化作业，一次成型，降低了塌方风险，对地面交通与设施的影响相对较小。

5月30日，前科区间右线盾构始发（刀盘入洞口前）

    区间重难点：本区间地质主要为粉质粘土、粉土夹粉砂及风化泥质粉砂岩等，隧道断面存在上软下硬（449m）、全断面岩层（355m）等特殊地质区段，盾构机掘进过程中，下穿秦淮河和红太阳科研楼，下穿或侧穿较多建筑物和市政道路等，其中下穿河北桥泵站配电房最小间距为0.705m，施工难度大、安全风险高。

    现场施工概况：前科盾构区间右线于2019年5月30日始发，左线于2019年7月13日始发，先后下穿秦淮河、诚信大道、竹山路、红太阳科研楼，穿越风井后于2020年10月29日，左线率先到达科宁路站南端头井，圆满完成了左线的洞通。由于右线盾构机出现刀盘结泥饼现象，影响工期约2个月，导致左线盾构机超越右线，提前到达科宁路站。

前科区间左线盾构机始发前准备

前科区间左线盾构机到达科宁路站接收井

    二、监理工作开展情况

    1、为确保盾构区间施工顺利，总监办未雨绸缪，根据现场车站始发井施工进度，结合周边环境及地铁公司筹划安排，提前梳理各项准备工作。总监办先后审查了前科区间23个方案，其中需要专家论证的有15个，专家论证前提出监理审查意见。总监办组织一、二类关键节点施工前条件（预）核查15次， 同时，编写相应的监理（预）核查总结报告。针对施工单位编写的方案，总监办编制审批了相应监理实施细则。前科区间方案编制情况如下：

前科区间方案编制情况汇总

    2、针对前科区间管片安装、防水密封材料安装、端头地基加固等质量方面隐蔽工程，以及盾构机吊装、门式超重机安拆、盾构机带压开仓换刀等重大安全工作，总监办安排监理人员进行全过程旁站，编写了旁站记录。

    3、对前科区间所使用的螺栓、防水材料、水泥等材料，总监办安排见证人员进行了见证送检，保证了材料的质量。

    4、针对前科区间监测数据多次预警情况，总监办先后组织各参建单位召开了8次专题会，督促施工单位做好应急处理措施，确保现场施工安全。

    三、区间重难点工作开展情况

    （一）前科区间周边环境风险较大，主要存在以下安全风险：

    1、复合地层掘进风险：区间隧道在岩层中通过，隧道围岩范围内岩层软硬交替、波状起伏，工程特性变化大、差异显著。岩石抗压强度变化幅度大，易产生刀盘结泥饼、刀具偏磨，方向偏移等风险。

    2、盾构掘进下穿秦淮河、外港河等河道。盾构隧道开挖时可能导致河床沉陷、渗水，涌水等。区间隧道侧穿彩虹桥桩基，区间隧道施工可能影响桩基受力，导致桩基侧向位移、上部结构裂缝。

    3、区间盾构下穿或侧穿多处建/构筑物，变形控制要求高，均采用加强监测、调整盾构施工参数、加强二次注浆等方法来控制，施工阶段风险较大。

    4、区间管线种类和数量繁多，包括给水管、雨水管、污水管、燃气管、强弱电等管线，施工可能会导致管线破坏。

    （二）刀盘结泥饼进行带压开仓换刀工作

    前科区间盾构施工计划工期10个月，实际工期15个月，除去春节停工、疫情影响、扬尘管控出土受限等外部因素外，现场施工主要还受到刀盘结泥饼带压开仓换刀、常压开仓换刀等内部因素影响。

    前科区间盾构机在全断面岩层中进行常压开仓换刀4次，在穿越风井时换刀2次，另外，在右线937环位置由于盾构机掘进过程中刀盘出现了结泥饼现象，导致推力和扭矩偏大等参数异常而无法推进，被迫采用带压开仓方案进行处理。下面重点介绍刀盘结泥饼采用带压开仓换刀工作。

    1、带压开仓风险

    在地铁盾构法隧道施工过程中,因地质条件复杂,特别是碰到上软下硬地层,刀具磨损严重,或者在复合地层中刀盘结泥饼，经常需要开仓进行换刀或处理泥饼作业,采用带压开仓作业对施工工艺要求较高,在地质条件差的情况下,建压和保压容易失败,在地下狭小密闭空间作业，对工人的体能、心理素质等要求较高，因此，存在很大的风险性。

    2、开仓位置情况

    前科区间右线盾构机推进至 900 环出中风化泥质粉砂岩后，盾构机推进参数开始出现异常，推进速度缓慢，估计刀盘出现结泥饼现象。同时，出土量较大，为解决刀盘结泥饼问题，故停机多次，在土仓内多次加入分散剂，但处理泥饼效果不明显，因此，考虑进行带压开仓处理。考虑到900-930环位置上方为市政道路，不便开仓，陆续推进至 930 环后仍无明显改善，考虑到960环后为下穿红太阳科研楼，风险较大，最终决定于右线 930 环（切口位置 937 环）处进行带压开仓处理刀盘泥饼，检查更换刀具，确保盾构机在性能较好的情况下下穿科研楼，降低施工风险。

前科盾构区间盾构机开仓位置平面图

前科盾构区间盾构机开仓位置地质立面图

    3、开仓前安全保证措施

    因带压开仓安全风险较大，带压开仓专项方案经专家评审后，总监办组织了关键节点开仓前条件预核查工作，按照《南京地铁工程建设关键节点施工前条件核查管理规定》宁地建字〔2020〕40号文件要求，逐一落实安全和方案交底、气体检测、进仓人员资格等相关要求，同时，做好盾构机开仓前的安全保证措施，主要包括以下几个方面：

    1）盾尾止水环：从盾尾后 5 环~10 环之间（924~920 环）位置，每环注浆为每块管片的注浆孔，每环各6个点位，对管片背后进行二次注浆，注水泥和水玻璃双液浆，注浆量以注浆压力（一般不超过 0.3Mpa）进行控制，保证管片后止水效果。水泥浆水灰比采用 1：1，水泥浆与水玻璃溶液注入按体积比 1:1，凝结时间按 30s 控制。

    2）盾壳外止水：盾壳外止水采用克泥效注入，充填盾壳与土体之间的空隙。克泥效采用配比：克泥效与水的比例为200：423，克泥效浆液与水玻璃的比例为20：1。通过计算，前盾注入克泥效为0.932m³，中盾注入克泥效为2.033m³。

    3）地表加固措施：在盾构刀盘前方土体位置上方，对地层土体进行深层加固。注浆目的：封堵③-3d-c1-2 粉砂夹粉土、③-4e 砂砾土的承压水水路。本次加固措施采用充填灌浆，加固范围为一排袖阀管注浆孔，深度为29~37m，注浆孔间距3.0x3.0m，采用Φ42PVC 注浆管；浆液类型：水泥浆（单液浆），注浆压力：0.3~0.5MPa，在达到注浆压力后，且地面无隆起、跑浆、冒浆时终止注浆。

    4）建泥膜：泥膜是指在开挖面及刀盘连通区域土体上形成的一层泥浆保护层。成份为水、膨润土、渣土泥浆等。主要作用是对掘进面进行护壁，封堵土体间细小孔隙，提高土体的气密性。在实施压气作业时，有效地阻止地下水渗入，防止因地下水渗透形成的土体崩解。泥膜指标：新浆浆液指标：比重1.05~1.08g/cm3；粘度80s ，正面置换后浆液指标：粘度35s 以上。 方量：30~35m³。

    5）气密性及密封试验：为了确保带压进仓作业安全顺利进行，进仓前必须进行土舱压气试验、人闸气密性试验和盾尾密封检查等工作。

    ①若土舱压力保持2h 没有变化或不发生大的波动时（压力变化值＜0.05bar），则表明土舱压气及螺旋输送机试验合格。

    ②人闸气密性试验：人闸是人员出入土舱进行维修和检查的转换通道，出入土舱的工具和材料也由此通过，通常情况下，人闸处于无压模式，带压作业时处于加压模式，而气密性试验是通过升压、降压试验来检查人闸门、土舱门、舱壁上各种管路是否漏气。根据现场经验，从 0 升压（不装消音器）至设计值不超过 10min 即为合格；降压操作过程中通常会出现土舱门漏气现象，造成气压降不到 0，现场实践得出，若降压后气压能小于0.3bar ，则为安全，若气压降不到0.3bar 以下，则需要带压进行土舱门密封的处理。

    ③盾尾密封检查：盾尾有3道密封刷，盾尾密封刷之间的间隙通过注入盾尾密封油脂，保证盾尾管片背后同步注浆的浆液不会从管片和盾构机之间的间隙漏出，同时防止地下水渗漏到盾构机内。如果盾尾刷损坏，导致盾尾漏浆，地表下沉严重，同时地下水流入隧道，后果将不堪设想。因此在换刀前需对盾尾进行气密性检查。一般为停机前对最后一环管片进行同步注浆，注浆过程中，盾尾无浆液渗漏则视为盾尾密封性完好。

    6）人员准备：盾构开仓作业人员由专业的人员组成，经过广州潜水学校培训合格并体检合格的人员。

    7）应急物资准备：膨润土、担架、水泥2T、克泥效2t，水玻璃 5t、聚氨酯、棉纱、海绵、注浆泵1台、空压机3台、储气罐4个、清水灭火器3瓶、医药箱、对讲机4对、150KW 发电机（备用）等抢险物资。

    8）人闸加减压试验：进行无人压力试验，以检查主舱与副舱的各功能部件在试验压力下的工作情况。首次进仓前，保压试验压力设定为0.33MPa，稳定需超过 6 小时。

    4、开仓检查及具体施工情况

    1）掌子面情况：土质为砂砾土、强风化泥质粉砂岩、强中风化泥质粉砂岩，与地勘图纸一致，无渗漏水。

    2）进行到第6仓时，发现掌子面顶部有少许土脱落，因此，将土仓压力增加至3.2bar。

    3）本次带压开仓从6月20日至6月28日，共9天，每次开仓用时5小时，共开仓38次。其中换刀22把（拆除22把滚刀，更换为11把滚刀和11把撕裂刀），每次开仓更换1把刀具；清理4个幅条刀箱时开仓4次。

    4）开仓时间分配：升压约10min，开仓门约5min，关仓门约10min，工作不足1.5h，降压3.5h。

    通过方案评审、条件核查、开仓前验收、全过程旁站等安全工作的一一落实，保证了开仓过程中的顺利进行。

    四、总结

    1、开仓后对刀具进行全面检查，虽有近一半滚刀存在1-4cm的偏磨现象，但这并不影响刀具的使用，不是导致推进速度缓慢的主要原因，而在上软下硬复合地层中推进时泡沫用量偏少，致使结泥饼才是导致难以推进的主要原因。

    2、前科区间左、右线刀盘共结泥饼8次，主要位于上软下硬复合地层，通过加分散剂浸泡处理虽能解决大部分问题，但最后一次结泥饼较为严重，通过分散剂处理已无法解决，因此，必须采用带压开仓进行处理。

    3、前科区间左、右线平均线间距约15m，地质变化虽然不大，但由于刀具配置不同，即右线盾构机刀盘始发时配置滚刀占80%，左线盾构机刀盘始发时滚刀占50%，导致推进速度相差较大，致使左线盾构机后始发，却先到达。因此，盾构机刀具对土质的适应性配备相当重要，施工前需重点论证。

    五、后续工作

    今天，D5-TA02标前科区间左线盾构机顺利接收，后续还将有8次始发和11次接收，任务艰巨，总监办将严格按照规定把好每次条件核查关，为盾构机的顺利掘进做好充分准备；同时，在掘进过程中，将严格按照审批的方案要求做好安全和质量控制工作。

    作为江苏东南工程咨询有限公司参建的第一个进入地铁地下工程的总监办，将认真按照公司领导要求，牢记使命、担当作为，严把质量安全关，发扬三部一贯秉持的工匠精神，细化管理，责任到人，倾心打造精品工程。

南京地铁五号线及TA02标平面位置图

第三项目管理部  李 成

                                       2020年10月29日