一、工程概况
南京市纬三路过江通道采用 2 台气垫式复合泥水平衡盾构机掘进，直径均为 14.93m。盾构沿线穿越黏土层、砂土层、卵石层、粉砂岩层等，其中包含约 500m 的上软下硬复合地层，地质条件复杂，隧道底部最大水压为 0.74 MPa。
盾构到达段主要穿越淤泥质粉质黏土和粉质黏土夹粉砂层，到达段地层稳定性差，极易发生地面下沉、坍塌或冒顶事故。盾构到达段先后斜穿南京长江大堤和南京树人学校，地表沉降控制要求严格，施工难度较大。
二、加固措施
纬三路过江通道盾构到达段选用水泥土搅拌桩法进行地层加固。在靠近地下连续墙区域，选用 2 排高压旋喷桩代替搅拌桩进行加固。加固区长度取盾构机长度的 1.2 倍，即 17m；加固区宽度取超过盾构两侧各 5m，即 25m；加固区深度取基底以下 5m，即 32m。
盾构接收时先凿除洞门，考虑到旋喷桩加固在下部可能存在不均匀，为确保洞门凿除的安全，在加固区端头设置 2 排冻结管。冻结管间距 0.8m，深度为 30m，共设置冻结孔 57 个。
图1 冻结孔布置平面示意图
在洞门凿除前，必须先对冻结交圈现象进行检测，采取在环向和竖向设置测温孔，当测温孔温度均满足**小于 -5℃**时方可进行洞门凿除。
三、洞门临时密封及洞门凿除
1. 洞门临时密封设计
在对端头土体进行加固改良的同时，为了进一步降低盾构进洞风险，在洞门结构的密封措施方面进行了重新设计。本项目的洞门密封结构由底板、8 层 65Mn 弹性钢板束和压板组成，底板分块焊接在洞门钢环上，弹簧钢板层与层交叠安装在底座上，由压板进行固定。
图2 洞门密封结构剖面示意图
密封钢板束最内侧 3 层弹簧钢板束长度相等，且其长度能够保证与最终脱出盾尾的管片搭接；后 5 层弹簧钢板束长度逐层减小，为内侧弹簧钢板束提供额外的弹性支撑。在盾构机进入洞门钢环之后，此多层弹簧钢板束结构能够包裹住盾体，以阻断地层中的水土进入接收井。
图3 洞门密封钢板束平面布置示意图
2. 洞门凿除、回灌
① 洞门凿除。 考虑到洞门凿除后，在盾构机刀盘进入工作井前，还需完成回灌水与拔除冷冻管等工序，为保障后续工序的连续性，防止因盾构加固区推进压力过大而导致加固区的土体坍塌，要求在盾构机进入加固区前完成洞门凿除。洞门凿除前，接收井端头冷冻墙体必须到达设计冷冻强度，并确保盾构已具备接收条件。
② 回灌。 洞门凿除后，清理完工作井内碎渣，开始回填土和回灌水。为方便后期降水后渣土的清理，采用黄砂回填。为防止盾构机在井内推进过程中发生旋转与偏转，回填黄砂至盾构机一半的高度。回填黄砂完毕后回灌水，高程至地下水位高程。
四、到达段掘进
1. 贯通测量
盾构到达前，对洞内所有的测量控制点进行一次整体的、系统的控制复核测量，对所有控制点的坐标进行精密、准确的平差计算。同时，对盾构到达洞门进行复核测量，测量项目包括洞门中心位置偏差、洞门全圆半径等。必要时根据测量结果对洞门进行相应的处理。
在 100m 和 50m 处对导向系统进行复核测量。在盾构到站前的最后一次导向系统换站时，充分利用在贯通前线路复测的结果，精确测量测站、后视点的坐标和高程。同时，在贯通前 50m 时，进一步加强盾构姿态和管片测量，根据复测结果及时纠正偏差，并结合实测的竖井洞门位置适当调整隧道贯通时的盾构姿态，确保盾构按设计线路到达。
2. 掘进参数控制
① 泥水压力设定。 刀盘进入加固区前，为了控制地表沉降，切口水压设定为"水土压力＋超压"。刀盘进入工作井后，需与井内水压力相平衡，切口水压设定为井内水压力。因而在加固区需将切口水压逐步降低，在进入加固区后 2～3 环开始降低切口水压，在盾构机刀盘到达冷冻管前一环降低切口水压至井内水压力。
② 掘进速度。 刀盘进入加固区后，放慢掘进速度至 1.5cm/min，刀盘到达冷冻管前一环将掘进速度降低至 0.5cm/min。
③ 同步注浆及二次注浆。 为截断加固区外地下水沿管片外壁的渗水通道，采用加大同步注浆水泥用量、加大同步注浆量和二次注浆的方案。刀盘进入加固区后适当增大同步注浆配比中水泥的用量，水泥用量增大至 100kg/m³，同步注浆填充系数取 1.3，保证在加固区段注浆填充密实。加固区后端 2 环管片进行二次注浆，注浆采用水泥－水玻璃双液浆。
④ 管片拉紧。 本次接收采用平衡带水接收，因而管片拼装时千斤顶有足够的反力确保密封条的压紧；但为了避免贯通后管片纵向受力减小而引起密封垫回弹，导致环缝间隙变大而产生漏水，在最后 15 环的管片预制过程中设置预埋件，用于管片纵向拉紧。管片拉紧可在盾构抽水前统一完成。
⑤ 盾构推出。 当盾构机刀盘与洞门钢环之间的距离小于 10cm 时，刀盘停止转动，盾构空推直至钢板吊完全搭在壳体上，此时刀盘刀具正好位于砂浆基座的预留槽中，开始转动刀盘。刀盘一直保持转动，直至盾构到达指定拆机位置。
五、洞门封堵施工
1. 特殊管片设计制作
为加强盾构到达后洞门注浆封堵效果，将盾构隧道最后 5 环管片设计为特殊管片形式，每环管片在原有的二次注浆孔基础上新增加 38 个预留注浆孔（注浆孔在管片上均匀布置）。特殊管片预留孔与二次注浆孔孔径、构造相同，且孔口位置与二次注浆孔一样采用螺旋加强筋进行加固，后期封堵加强措施也与二次注浆孔相同。
2. 洞门封堵注浆
盾构到达拆机位置后，洞门钢板束在自身弹力的作用下自动弹回并压在管片上。在抽水之前，向管片与地层（结构）之间注入水泥－水玻璃双液浆，浆液注入顺序由下至上，注浆过程严格控制注浆量，注浆量不宜超过 1m³/孔。最后一环注浆完成后，依次向后 4 环注浆。
六、效果评价与经验总结
（1）对于大直径盾构机的水下接收，有必要对接收端头采取强化加固措施。本工程是在端头搅拌桩及旋喷加固的基础上采用冷冻进行强化加固，确保了洞门破除的安全。
（2）案例中采用了新型的钢板束型洞门密封结构，较常规橡胶板密封结构具有更好的可靠性，在实际应用中取得较好的效果。