一、工程概况
南宁市轨道交通 1 号线火车站—朝阳广场站区间（简称"火朝区间"），采用中铁 149 号盾构机掘进，从火车站南端头井始发，到达朝阳广场站北端头后吊出，转场至火车站，二次始发。
图1 工程范围示意图
二、盾构始发、到达端头加固设计
火朝区间始发设计为常规始发，即提前对始发端头采用外侧三排袖阀管水泥－水玻璃双液浆＋内部袖阀管压注水泥浆＋降水井加固，钻孔施工在地面进行，加固质量检验合格后，破除洞门背水侧混凝土、割除钢筋。盾构直接钻破纤维筋连续墙、加固体连续进行掘进，直至完成始发施工任务。
火朝区间始发端头位于火车站西侧（天成精品大楼前），端头加固区域存在建筑物施工时留下的大量锚索，连续墙施工造价高。始发掘进地层主要为圆砾⑤₁，透水系数较大。为确保盾构始发安全，盾构端头井加固设计采用外围 3 排加密袖阀管压注水泥－水玻璃双液浆作为止水帷幕，进入不透水岩层不小于 2.0m；内围地面袖阀管注水泥单液浆加固，袖阀管均按梅花形布置。加固范围为上行隧道隧顶以上 6m、下行隧道隧底 2m。
图2 始发端头设计
三、始发端头场地情况
火朝区间始发设计为常规始发，始发端头加固采用套管钻机在地面进行垂直钻孔施工。然而加固区为火车站连接南北的唯一施工便道，车站主体工期极其紧张，若在此区域加固将无法满足盾构始发场地要求，影响 1 号线整体施工工期。针对这一情况，考虑采用密闭始发方案。
四、密闭始发方案
盾构密闭始发工法是根据平衡原理研发的盾构始发工法。采用密闭始发工法施工是在盾构掘进前，在盾构始发井内安装钢套筒，盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充回填物，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构机在钢套筒内实现安全始发掘进。
图3 密闭始发工法原理
1. 钢套筒设计
盾构始发时切口水压约为 0.21MPa，钢套筒设计耐压 0.5MPa，满足要求。钢板选择 Q235B，板厚 16mm。整个钢套筒结构由过渡环、筒体、反力架、橡胶帘板和左右支撑等部分组成。
① 筒体。 筒体部分长 10900mm、直径（内径）6500mm，分为三段，每段又分为上下两半圆。筒体材料用 16mm 厚的钢板。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度，筋板厚 20mm、高 150mm，间隔约 550mm×600mm。
② 反力架。 盾构始发反力架紧贴钢套筒。反力架上下位均布 4 根 DN250 钢管与洞口墙体顶紧，两侧中的一侧均布 3 根 DN250 钢管与洞口墙体顶紧，另一侧用 2 根直径 500mm 钢管斜支撑（由于没有墙体承力）。
图4 反力架现场组装
③ 筒体与洞门的连接。 钢套筒与洞门环板之间设置过渡连接环，洞门环板与过渡连接环采用焊接，钢套筒的法兰端与过渡连接板采用螺栓连接。
④ 进料口和注排浆管。 每段筒体中部右上角设置 1 个 600mm×600mm 的进料口；在每段钢套筒底部预留 3 根 DN80 带球阀注排浆管，共 9 根等间距布置，盾构机有栽头趋势时，可在下部注双液浆液回顶。
图5 进料口
图6 带球阀注排浆管
2. 施工方法
图7 施工工艺流程
施工工艺流程为：洞门检查，盾构后配套台车下井 → 安装过渡环 → 安装钢套筒下半圆和反力架 → 钢套筒内安装钢轨 → 第一次钢套筒内填砂 → 钢套筒内安装盾构机 → 安装钢套筒上半圆 → 预加反力 → 安装负环，盾构机刀盘推进至掌子面 → 第二次钢套筒内填砂 → 负环管片壁后注浆 → 钢套筒压力测试（不合格→钢套筒连接紧固、密封好；合格→盾构始发掘进）→ 管线保护加固。
① 洞门检查。 钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查，必要时应进行植筋加固。为防止盾构始发时刀盘切削到连续墙钢筋或工字钢接头造成刀盘损坏，要对洞门全圆周凿除连续墙的混凝土保护层，露出玻璃纤维筋，确认洞门范围不存在钢筋。如发现凿除混凝土保护层后有存在钢筋的现象，则应对侵入洞门范围的钢筋进行割除，确保盾构始发的安全、顺利。
② 安装过渡环。 根据现场实测洞门上的预埋 A 板实际平整度，量身定做过渡环，过渡环与 A 板通过焊接连接，焊缝沿过渡环一周内外侧全部满焊，焊缝必须饱满。
③ 安装钢套筒下半圆和反力架。
④ 钢套筒内安装钢轨。 在钢套筒下方 90° 圆弧内平均分布安装 4 根 38kg/m 钢轨，钢轨从钢套筒后端铺设至洞门围护结构 2m 位置，钢轨两侧通长焊接。为保持盾构机在始发时抬头的趋势，靠近洞门端钢轨垫高 20mm，盾尾端钢轨不垫高。38kg/m 钢轨高 134mm，盾尾下方与钢套筒间隙 134mm，盾尾上方与钢套筒间隙 136mm，刀盘下方与钢套筒间隙 154mm，刀盘上方与钢套筒间隙 66mm。
图8 钢套筒内盾体定位
⑤ 第一次向钢套筒内填砂（钢轨之间铺砂、压实）。 在钢套筒底部 4 根钢轨之间铺砂并压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度 15mm，待盾构机放上去后进一步压实，确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转的摩擦阻力。
⑥ 钢套筒内安装盾构机。 在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套拖车连接。
⑦ 安装钢套筒上半圆。 第二次回填砂完成后，安装钢套筒上半圆。安装好以后需进行压紧螺栓的调整，检查各部连接处，对每一处连接安装的地方均进行检验，确保其连接的完好性，尤其是对于钢套筒上、下半圆的连接和节与节部分之间的连接检查，还要检查过渡连接板与洞门环板之间的焊接，看是否存在点焊或虚焊，发现有隐患要及时处理。
⑧ 预加反力。 上半圆安装完成后，需进行环梁预加压力螺栓的调整。分别拧紧环梁上的每个螺栓，上紧时采用对角拧紧，保证环梁的均匀受力。每颗螺栓的压紧力为 54000N（总计反力架的预加反力约为 7000kN），上紧后用锁紧螺母锁住，这样能保证钢套筒在有水压时洞门环板处连接螺栓不受力。在拧紧过程中要注意检查反力架各支撑及法兰连接螺栓是否松动。
图9 预加反力螺栓调整
⑨ 安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面。 钢套筒、反力架安装完毕，盾构机调试完成后安装负环，盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面。第一环负环在盾尾内拼装成形后，通过千斤顶整体向后顶推至紧贴反力架，管片与反力架之间采用螺栓连接。
⑩ 第二次向钢套筒内填砂。 盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内进行第二次填砂，本次填砂将整个钢套筒填充满。在填充的过程中适当加水，保证填砂密实。
图10 钢套筒内第二次回填砂
⑪ 负环管片壁后注浆。 为保证负环管片与钢套筒之间的密封效果，在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆。注浆材料采用惰性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环，注浆压力不大于 350kPa。
图11 管片壁后注浆结构
⑫ 钢套筒压力测试。
a. 渗漏检测。从加水孔向钢套筒内加水压力至 3bar，对各个连接部位检查有无漏水现象，包括洞门连接板、钢套筒环向与纵向连接位置、钢套筒与反力架的连接处。
b. 钢套筒位移检测。在盾构机组装过程中要安装各种测量用具，主要是测试钢套筒有无变形，以及钢套筒环向和纵向连接位置的位移等。
⑬ 管线保护加固。 端头需进行保护加固的管线主要有煤气管、通信管线、雨污合流管线、部队通信管线。加固方法为沿管线两侧各设置 3 排袖阀管进行注浆，注浆孔间距为 1m×1m，深度为管底 4m 范围。
图12 管线保护加固袖阀管注浆平面
⑭ 盾构始发掘进。 洞门连续墙为 800mm 厚的 C30 玻璃纤维筋混凝土连续墙。盾构机在切削连续墙时：推进速度控制在 5～10mm/min，扭矩不大于 2000kN·m，千斤顶总推力不大于 10000kN。通过洞门后，速度可逐步提升至 20～25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到 15000～20000kN。
五、密闭始发效果评价与经验总结
1.采用全套筒密闭始发工艺，解决了施工场地不足的问题，比传统方案节约工期 70d。
2.工艺成熟，风险可控，具有一定的工程经济优势。