一、概况
南京地铁一号线TA4标是南京市地铁建设的第一个区间隧道，从2001年6月开始掘进，至2001年12月底下行线施工完毕。区间隧道盾构始发井位于南京市中山南路钓鱼台，接收井为三山街车站端头井，隧道全长683m；采用从日本三菱重工引进的φ6340土压平衡铰接式盾构施工，管片外径为6200mm、内径5500mm，采用错缝拼装施工工艺。
二、超浅覆土层盾构掘进施工
钓鱼台盾构工作井距内秦淮河约120m，根据历史资料，地铁穿越的部位河床底标高为+3.700m，地铁隧道(下行线)中心标高为-0.933m，隧道外顶标高为+2.167m，即隧道顶部覆土厚度仅为1.533m；而内秦淮河的正常水位为+6.2m。在穿越过程中采取的措施有：制作了一块钢筋混凝土抗浮板、平衡压力的预设略高于静止土压、注浆量的控制、控制盾构较匀速地通过、减少该段推进中盾构姿态的过大调整和保证盾尾油脂的充满等。本文就对抗浮板、平衡压力的预设和注浆量的控制作一叙述。
1、 钢筋混凝土抗浮板
为了便于盾构顺利地穿越内秦淮河，在河底制作了一块钢筋混凝土抗浮板，抗浮板为不规则的矩形，其平面尺寸约为39.5(38.5)m×13.5(12.5)m，抗浮板的厚度为700mm。抗浮板采用15根(3排)长度为15m的φ600钻孔灌注桩锚固。
2、 平衡土压计算及设定
盾构穿越内秦淮河前，先对平衡土压进行了简单的计算：
抗浮板产生的附加荷载
q=25kN/m3×0.7m=17.5kN/m2
换算成等荷载土体的厚度
h=q/γ土=17.5/18=0.97m(河底的土体重度γ土为18kN/m3)
相当于隧道中心埋深
H=1.533+3.1+h=5.603m
上部水深H水=6.2+0.933=7.133m
我们按照水土分算计算静止土压力：
P水=γ水×H水=10kN/m3×7.133=71.33kPa
P土=γ土×H=8.5kN/m3×5.603=47.63kPa
P=P水+P土=118.96kPa
根据市政规范，设定平衡压力P设=k×P，式中k为加权系数，一般情况下取0.7~0.9，亦即取值为0.1MPa左右。然而再考虑盾构穿越时的安全系数和钻孔灌注桩反摩擦力所引起的附加应力，因此在进行平衡压力的预设时不宜过低，以略高于静止土压为宜，以免土体损失过多导致漏水、漏泥。
在河底的抗浮板和河道驳岸上均设置了沉降观测点，根据施工中的监测结果，依照“勤调整、不突变”的原则进行土压力调整。实际施工中盾构穿越前设定压力为0.15MPa，在盾构穿越过程中，逐步将设定平衡土压降低至0.145MPa、0.14MPa和0.135MPa，在河中部分平衡土压均设定为0.135MPa，较计算所得的静止土压力稍高。当盾构切口再次进入河道驳岸后，应及时将设定压力提高至0.145MPa，既保证了盾构顺利穿越内秦淮河，又保证了上部民房的安全。
3、 注浆量的控制
穿越过程中的注浆量控制也是保证盾构顺利穿越内秦淮河的重要因素。根据计算，管片与盾壳间的建筑空隙为：
V=π/4×(D2-d2)×L=［π×(6.342-6.202)×1.2］/4=1.655m3
式中：D-盾构外径，6.34m；
d-成环管片外径，6.20m；
L-管片环宽，1.2m。
一般情况下，施工中每环压浆量控制在建筑空隙的150%~250%，即压浆量控制在2.48~4.14m3，在本次穿越过程中，同步注浆量为2.5m3(穿越前)、2.2m3(穿越中)、2m3(河中段)、2.6m3(穿越后)。对这组数据，可以进行如下的分析：
(1) 盾构在进入河道段推进前，注浆量的控制是按照既定的原则进行的，属于正常施工的范畴，浆液既可以填充建筑空隙，又有一定的支护能力，是施工中控制后期沉降的重要手段之一；
(2)在穿越中，进入驳岸后上部覆土逐渐变浅，因此注浆量也随之减小，在经历2.2m3的渐变后最终降低到2m3，这已远小于一般情况下的注浆量。注浆量发生这样的变化，主要是考虑到盾构在河底的超浅覆土内穿越，为了防止浆液击穿上部的覆土层，因此注浆量不宜过大，并且考虑到抗浮板下部15根钻孔灌注桩的锚固作用，因此在穿越施工中，浆液主要是以填充原有建筑空隙为目的，但由于采用的是惰性浆液，流动性和渗透性均较好，因此将压浆量控制在略大于建筑空隙。
三、管片拼装技术
盾构施工中，管片拼装的质量是衡量施工质量好坏的主要指标之一。
超前量与相邻管片环高差的形成有一定的关系，可采用制作楔子加以纠正。南京地铁的管片采用错缝拼装工艺，而且环与环之间没有凹凸榫头。从施工中观察到超前量和环高差的关系见表1。
表1 超前量和环高差的关系
环高差类型 产生环高差的原因 纠正措施
下部凸出 管片上超前过大 制作下部加厚的楔子
下部凹进 管片下超前过大 制作上部加厚的楔子
左侧凸出 管片右超前过大 制作左侧加厚的楔子
右侧凸出 管片左超前过大 制作右侧加厚的楔子
发现超前量异常的时机一般来说总是会延时出现的，如：假设在掘进第100环完成后，测量得到管片上超前2cm，该环拼装结束后管片上下两侧空隙均匀，均为2.5cm。假设盾构是平稳推进的，由于上超前2cm，那么每环推进后，上部会多产生4.1mm的空隙，这个数值可以通过计算得到：
S=超前量×环宽/千斤顶中心距
式中超前量为20mm，环宽取1.2m，千斤顶中心距为5.8m。
在进行管片拼装时应尽量与前一环接顺，避免环高差的出现，在拼装到第106环时，根据计算可以得出下部还有空隙Δ=25-4.1×6=0.4mm，到第107环拼装时，就会发现由于下部空隙不够，迫使管片向上抬，这样就产生了管片环高差。施工中发现盾构姿态没有发生大的变化，而管片的高程却持续几环向下增长，而且盾构间隙发生连续性的单边增大，应及时制作楔子予以解决。
纠偏楔子的制作方法：
根据设计图纸，制作楔子时可以选用软木楔子或石棉橡胶板楔子，由于南京地铁是采用错缝拼装，封顶块位于隧道中心两侧且相间设置，由于石棉橡胶板的压缩性较差，为避免楔子制作的累计误差导致环面不平造成管片碎裂，而考虑到软木的压缩性较好，可以较好地控制环面不平现象的发生，因此采用一环软木间隔一环石棉橡胶板的楔子制作方案。
采用这种方案后，在15环内(8环软木楔子+7环石棉橡胶板楔子)逐步调整管片的超前量至正常状况，既有效地解决了上超的问题，又保证了环面的平整，提高了施工的质量。
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