1工程概况北京地铁昌平线南延工程区间（学院桥站—西土城站）采用盾构法和矿山法施工，双线长共2.6 km，结构底板深为25~32 m，拱顶覆土厚为19~26 m。区间场地内共设置两座竖井，其中施工竖井用于矿山区间暗挖和盾构掘进出土，盾构始发井用于始发盾构吊装和盾构掘进期间管片及材料运输[1]。两台盾构机均由盾构井吊装下井后，在平移通道内完成平移和转体后就位，采用侧向补偿始发工艺自平移横通道与正线交叉处始发，完成掘进后解体退回至盾构始发井吊出[2-3]。盾构始发洞门与正线隧道间存在43°水平夹角，在洞门位置安装异形延伸钢环，盾构机进入钢环内就位后始发掘进。盾构侧向补偿始发布置如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.036.F001图1盾构侧向补偿始发布置2施工工艺2.1施工工艺流程施工工艺流程如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.036.F002图2施工工艺流程2.2始发准备工作2.2.1洞门加固处理始发端头采用水平深孔注浆加固，加固盾构轮廓外3 m范围土体，纵向加固长度10 m，加固后的土体具有良好的自立性，密封性和均质性。2.2.2盾构机吊装下井、平移、转体始发暗挖通道内采用工字钢作为轨枕铺设轨道。将盾构后配套台车和编组列车吊装至盾构始发井下的移动平台上，由平移横通道牵引行走至正线隧道口位置，将移动平台自身的轨道与暗挖正线内已铺设完成的轨道对接后继续牵引后配套台车至暗挖正线内就位。盾构侧向始发纵剖面如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.036.F003图3盾构侧向始发纵剖面2.2.3反力架安装盾构始发的反力架宽度为6.3 m，采用30 mm钢板和工字钢焊接组合而成，其底部与顶部斜撑分别与混凝土扩大基础和既有二衬结构的预埋钢板连接，中部水平支撑与二衬结构环梁预埋钢板连接。2.2.4始发基座与盾构主体同步就位始发基座长10 m，宽5.04 m，高0.32 m，初始下井作为盾构平移基座，平移基座上安装盾构机主体（刀盘、前盾、中盾、尾盾及螺旋机）。平移、转体就位后固定成始发基座。2.2.5异形钢环安装及加固异形延伸钢环是两端开口的桶状结构，总长800~7 899 mm，筒体分为上下2节，采用厚度20 mm的Q235B钢板制作而成，内径6 620 mm。筒体的外周焊接水平和环向筋板保证筒体刚度，筒体间采用法兰和高强螺栓连接。钢环安装前由专业测量人员放出钢环中心线控制点，要求钢环中心线与线路中心线重合；将拼装好的钢环平移至始发位置，按照测量控制点调整钢环中心线，调整完成后将钢环与洞门预埋钢环临时焊接固定；确保钢环稳定后由专业测量人员复核钢环位置是否满足要求；按顺序紧固钢环之间的连接螺栓；补焊钢环与预埋钢环间焊缝至双面满焊[4]。2.2.6密封装置安装密封装置采用折叶式密封压板，通过螺栓与钢环尾端钢板预留孔连接。安装前清理洞口和预埋钢板的预留孔内渣土并涂刷黄油，安装帘布橡胶板、圆环板、扇形压板并使用螺栓固定。2.2.7始发阶段皮带输送机布置因始发阶段负环管片不能拆除，编组列车不具备轨行条件，始发阶段采用皮带输送机出渣，皮带输送机在既有隧道及施工横通道内敷设，汇入施工竖井内土斗通过龙门吊吊出，单线始发设置皮带输送机共计270 m。2.2.8洞门初支凿除洞门破除前，通过水平钻孔取样检查土体加固效果、判断地下渗水情况，根据加固效果决定是否进行二次注浆加固，直至加固效果和取芯检查试验报告合格后方可进行洞门凿除施工。洞门为350 mm厚、C25喷射混凝土+钢格栅的初支结构，采用从上至下分块破除的方法，每块破除完成后采用素混凝土临时回喷，防止土体坍塌。2.2.9异形钢环三角区填料盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门一侧掌子面后，通过钢环顶部预留孔向钢环内三角区填料，填料采用低强度配比同步回填注浆料，通过试配让其强度和韧性接近加固后的土体，回填料无侧限抗压强度控制在1.0 MPa左右。2.2.10负环管片拼装负环管片拼装为直线拼装，拼装时遵循管片与反力架保持平行的原则。盾构机始发在反力架和洞内正式管片之间安装负环管片，均采用标准管片，依次安放在盾尾与反力架之间，并对管片进行底部支撑处理和螺栓复紧工作，以保证在传递推力过程中管片不会变位[5]。负环管片采用普通钢筋混凝土管片，管片厚度为300 mm，内径为5 400 mm，外径为6 000 mm。负环管片采用整环错缝拼装，根据平移横通道结构和反力架位置，综合考虑采用11环负环管片，负环管片拼装由管片拼装机在盾尾内按顺序拼装成型，用连接螺栓连接固定。2.2.11盾尾油脂加注在拼装负环前，应对盾尾三道密封刷进行均匀涂满手涂密封油脂，以保护盾尾密封刷。在拼装负环及始发掘进时，起到保护盾尾的密封性作用。2.2.12盾构始发验收盾构始发准备工作完成后，由监理进行预验收，预验收通过后总监理工程师按照《北京市城市轨道交通建设工程关键节点施工前条件核查管理办法》（京建法［2018］1号）组织进行条件验收，验收通过后，方可进行盾构始发工作，主要验收内容包含洞门钢环植筋情况、钢环焊接质量、侧面斜撑连接质量、钢环监测装置测试、盾构姿态校验、反力架监测元件安装情况。2.2始发掘进盾构完成初始掘进100 m后，将延伸钢环及洞口范围内的10环管片纵向拉紧，拆除负环管片、始发基座和反力架。2.3技术质量控制措施钢环内的钢丝刷之间安装气囊密封，盾体进入钢环内后，通过钢环上预留1寸球阀向密封内充气，填充钢丝刷与盾体间空隙，保证止水、止浆效果。盾尾完全进入钢环内后，调整钢环尾部止浆翻板与负环管片紧贴，并在翻板后部塞入海绵条辅助密封。盾尾通过钢环钢丝刷后，立即通过钢环的2寸球阀进行同步注浆，填充钢环与管片间空隙，使负环管片及时安定[6]。始发时钢环两侧安排专人巡视，发现漏水、涌砂、钢环变形、位移等异常情况时及时上报，并采取应急措施[7]。2.4应急处置措施2.4.1钢环内负环管片漏浆预防措施：1、-2、-1环负环管片拼装完成后，用快干水泥对管片破损及接缝处进行提前封堵；2、-1、0环掘进时增大盾尾油脂注入量，在管片背后形成油脂层。解决措施：减小同步注浆压力，放慢注浆速度；对漏浆处进行堵漏处理。2.4.2钢环钢丝刷与管片贴合处漏浆预防措施：钢丝刷之间安装气囊密封，钢环安装完成后，对气囊密封充气，填充两道钢丝刷之间的空隙；钢环安装位置与盾体轴线一致，避免钢环与盾体之间间隙不均匀，造成盾尾刷与盾体贴合不紧密；安装密封翻版。解决措施：减小注浆压力，漏浆时暂停注浆，往前推进10 cm后再继续注浆。2.4.3盾构体转动角过大预防措施：焊接防扭装置；始发时刀盘尽量采用低扭矩。解决措施：发生小角度旋转时，反转刀盘。2.4.4反力架被推偏预防措施：小推力始发；掘进时，专人监测反力架变形情况；始发推进前对反力架安装情况做好验收；严格控制反力架焊接加固质量。解决措施：发现反力架变形情况及时加固；对预埋钢板进行地锚加固；发现推力增大时，及时停机分析原因，解决问题后再恢复推进。2.4.5盾构机姿态控制上下及两侧千斤顶行程控制；盾构机进入及驶出加固区时调整为“抬头”姿态；管片拼装质量的控制。2.5效益分析该工法解决了北京地铁昌平线南延工程学院桥站—西土城站区间隧道在施工空间有限条件下盾构侧向始发问题，避免了降水施工，保护了北京市地下水资源，具有良好的社会效益。采用异形延伸钢环补偿进行盾构侧向始发相比传统的常规暗挖侧向始发和平移转体侧始发，可提高运输通道利用率，极大缩短施工工期，具有显著的经济效益。据测算可节省工期5.5个月，节约施工成本、人工成本共计2 270万元。该技术为繁华城区不具备盾构正线始发条件的盾构隧道施工提供了经验借鉴，具有推广和参考意义。异形延伸钢环本体主要为钢结构，与平移通道进行物理连接，通过橡胶帘布与盾体形成密封环境，钢环本身无任何对环境污染风险，同时在条件允许的情况下可拆卸重复利用，避免资源浪费。3结语补偿始发将盾构平移通道与正线角度由垂直调整为斜角，使盾构井同时具备了盾构始发、管片及材料吊装的双重作用，施工竖井也同时具备了出土井的功能，提高了材料及渣土运输的工效。补偿始发工艺解决了不均衡切削的始发问题，为地面场地受限等特殊情况下提供了一套完整的、高效的盾构始发及掘进方案。延伸钢环作为地下暗挖空间内盾构始发安全控制的重要措施，盾构始发与接收阶段为最易出现事故的两个阶段。在重要风险源以及特殊不良地层中始发对盾构掘进时掌子面稳定性要求更高。盾构场地布置可根据征地情况灵活多变，在繁华的城区地段适用性较强，盾构井与出土井通过通道连接，井位设置可以灵活调整，盾构管片存放场地和渣土池甚至可以分开。区间正线与盾构井通过暗挖通道相互连接，可灵活避让征地范围内的重要管线及建筑物。