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1、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)
    成都地鐵l號線區(qū)間隧道主要在含水量豐富、補給充足的強透水的砂卵石地層通過。隧道結(jié)構(gòu)底板埋深約14.0m一21.0m，位于地下水位以下。隧道穿越地層卵石含量約占55%～80%，含少量大粒徑漂石，一般含量為5%～10%。前期勘測階段發(fā)現(xiàn)漂石最大粒徑為670mm，施工中發(fā)現(xiàn)的漂石最大粒徑為600mm。砂卵石的單軸抗壓強度為55MPa—165MPa，最大值為209MPa。充填物為細砂及圓礫或細砂，中砂夾少量粘性土，稍密～密實。該區(qū)段卵石含水層滲透性較強，富水性較好，含水較豐富，滲透系數(shù)一般在(1.7～2.3)×10-4m／s。根據(jù)四川省地礦廳環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測總站對成都市地下水動態(tài)長期觀測資料，區(qū)間地下水位一般在4.lm～8.75m左右，實際施工中觀測在8m—llm。
2、盾構(gòu)類型的選擇
    從施工技術(shù)上來說，選用泥水盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)都是可行的，但土壓平衡盾構(gòu)與泥水盾構(gòu)相比有著實質(zhì)的成本優(yōu)勢。另一方面，如選用泥水盾構(gòu)，因采用泥漿管出碴，通過的最大粒徑有限，隧道開挖面大于150mm的砂卵石均需進行破碎；而土壓平衡盾構(gòu)即使采用有軸式螺旋輸送機也能通過300mm粒徑的砂卵石，因此，土壓平衡盾構(gòu)在技術(shù)上也占有優(yōu)勢。
3、刀盤刀具設(shè)計
    1)刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計成都地鐵1號線使用了德國海瑞克公司制造的土壓平衡盾構(gòu)，刀盤結(jié)構(gòu)見圖l。刀盤標(biāo)稱直徑6 280mm，厚400mm，從法蘭盤底面到刀盤面板高度為l 200mm，刀盤總重約50t。刀盤面板上共設(shè)計有8個泡沫注入口，土艙的壓力壁上預(yù)留了4個泡沫注入口備用。泡沫注入口也可以用來加水、膨潤土等。刀盤有多個開口槽，以利于中心部位碴土的流動；刀盤開口率為25%，刀盤開口部分加焊隔柵及粒徑限制器，只允許300mm以下粒徑的碴土通過，以利于螺旋輸送機的出碴。
    2)刀具配置與優(yōu)化刀盤上配置了4把中心刀（17”雙刃滾刀）、32把17’單刃滾刀、28把切刀，8把周邊刮刀。滾刀可以換裝撕裂刀。
    成都地層采用滾刀破巖的難點在于有的地段固結(jié)不好，砂層很松散，卵石和漂石在刀盤攪動下到處跑動，難以被滾刀壓住，不僅不能被破碎，相反被推到滾刀旁邊的卵石就象磨刀石一樣對刀具造成磨損，直到卵石最終被刀盤或其他卵石連續(xù)擠壓而破碎。對于松散的砂卵石，宜采用重型撕裂刀進行破碎。重型撕裂刀的破碎機理是利用撕裂刀隨刀盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的沖擊慣性能力進行“錘擊”破碎。，如果刀盤轉(zhuǎn)速偏低或扭矩不足，則撕裂刀不能有效破碎卵石。
    從1號線的施工實踐看，平均掘進l00m就需換刀，同時還存在包裹性大的問題，造成對滾刀和刀盤的嚴(yán)重磨損。在富水砂卵石地層使用土壓平衡盾構(gòu)施工時，為提高施工效率，宜采取“排出為主，破碎為輔”處治理念。對粒徑小于300mm的卵石可不經(jīng)破碎直接排出，對粒徑大于300mm卵石或大粒徑漂石宜采用重型撕裂刀進行破碎。同時刀盤驅(qū)動宜采用節(jié)能、高效、動力剛性大的變頻電機，從而有效提高破巖效率。
4、螺旋輸送機優(yōu)化設(shè)計
    成都地鐵l號線盾構(gòu)工程區(qū)間隧道穿越的地層基本為全斷面富水砂卵石，為防止噴涌，采用了有軸二級螺旋輸送機。
    從成都地鐵l號線施工實踐看，施工時由于碴土改良效果好，建立了合適的土壓力，地下水雖然比較豐富，但尚未達到噴涌的程度。而且砂卵石地層中螺旋輸送機磨損嚴(yán)重，拆除修復(fù)均極為困難。因此，宜優(yōu)化為采用雙閘門防“噴涌”結(jié)構(gòu)的單級螺旋出碴（圖2），螺桿宜采用基板加高強耐磨板雙層焊接結(jié)構(gòu)，螺旋機的前段采用配有隔離門的可伸縮式可拆卸結(jié)構(gòu)。同時，在設(shè)計時宜抬高土艙內(nèi)螺旋機的位置，以免停機時卵石埋住螺旋機而造成啟動困難。
5、帶壓換刀保壓措施
    成都地鐵富水砂卵石地層盾構(gòu)施工時，換刀相當(dāng)頻繁。在該地層換刀，可采用常壓換刀和帶壓換刀兩種方式。帶壓進艙換刀方式基本不影響地面環(huán)境，因此應(yīng)首選。
    富水砂卵石地層孔隙率大，帶壓過程中氣體易逃逸，導(dǎo)致壓力難以保持，進而影響施工安全。為有效填充地層孔隙，防止氣體逃逸，在帶壓進艙換刀過程中，還應(yīng)準(zhǔn)備30m3/h的大容量空壓機；并準(zhǔn)備膨潤土泥漿對盾構(gòu)土艙周圍的土體進行封堵。成都地鐵盾構(gòu)帶壓進艙用于封堵的材料為優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿，配合比如表l所示。
6、碴土改良技術(shù)
    碴土改良的目的是降低碴土的內(nèi)摩擦角，降低刀盤的扭矩，增加碴土的流動性，滲透性，從而達到堵水、減磨、降扭及土艙保壓的目的。成都地鐵土壓平衡盾構(gòu)配有泡沫注入系統(tǒng)和膨潤土注入系統(tǒng)等2套碴土改良系統(tǒng)（見圖3），2套系統(tǒng)共用l套輸送管路，所有管路經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭均可到達刀盤面板和土艙，共同對碴土進行改良，改良效果完全能夠滿足本工程的需要。
    1)泡沫系統(tǒng)泡沫系統(tǒng)通過螺桿泵泵送泡沫劑與一定比例的水混合，經(jīng)過泡沫發(fā)生器高壓空氣吹壓發(fā)泡產(chǎn)生大量的泡沫，通過管路輸送到刀盤前面、土艙或螺旋輸送機內(nèi)與碴土混合。施工中使用了國產(chǎn)TWL39型泡沫劑。泡沫溶液的組成為泡沫添加劑3%～5%，水95%～97%。每掘進l環(huán)，泡沫劑的注入量為35L～50L。
    2)膨潤土注入系統(tǒng)將膨潤土（泥漿）輸送管道打開，通過膨潤土（泥漿）輸送泵將泥漿或者膨潤土壓入刀盤、土倉和螺旋輸送機內(nèi)，壓人膨潤土（泥漿）的量為出碴量的IO%～20%。
7、掘進參數(shù)的選擇
    土壓平衡盾構(gòu)具有3種工作模式，即土壓平衡模式、敞開式和半敞開式。富水砂卵石地層穩(wěn)定性較差，地下水豐富，因此采用土壓平衡模式進行掘進。
    盾構(gòu)掘進參數(shù)隨不同的地質(zhì)條件、不同的施工階段而改變。盾構(gòu)在富水砂卵石地層掘進過程中，為了防止地層擾動過大、保持土體的強度及自穩(wěn)性，掘進時刀盤轉(zhuǎn)速不宜過高，否則易造成地層失穩(wěn)、地表沉降量超限等嚴(yán)重危害。根據(jù)成都地鐵l號線盾構(gòu)掘進施工經(jīng)驗，在富水砂卵石土地層中，盾構(gòu)主要掘進參數(shù)見表2。
8、地表沉降控制
8.1地表沉降監(jiān)測
    1)地表變形的發(fā)展過程根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)其變形規(guī)律可以分為5個階段。盾構(gòu)在卵石層中掘進時，因已建立起了良好的土壓平衡，且地下水位較深，施工引起的第1階段變形比較小，都在±0.5mm之內(nèi)，盾構(gòu)施工引起的變形主要發(fā)生在2、3、4三個階段，表現(xiàn)為盾構(gòu)掘進時對前方掌子面及周邊土體擾動、盾尾空隙的土體應(yīng)力釋放所引起的變形等，其變形約占總變形值的90%左右；第5階段因同步注漿比較及時、飽滿，在盾構(gòu)脫尾后，變形較小，約占總變形的10%左右，其變形在刀盤通過測點30m～40m后基本就趨于穩(wěn)定。
    2)縱向沿隧道中線地表沉降盾構(gòu)在砂卵石地層中施工時，右線隧道中線地表沉降量基本都在-4mm～-14mm之間，多數(shù)沉降穩(wěn)定在-6mm～-l0mm之間；左線隧道中線地表沉降變化基本都在-8mm～-20mm間，多數(shù)沉降穩(wěn)定在-10mm～-15mm之間。
    3)橫向地面沉陷槽和影響范圍  根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)繪出盾構(gòu)掘進時地面橫向沉陷槽和影響范圍見圖4。沉降槽曲線基本沿隧道中線呈正態(tài)分布，一般在軸線處的沉降值最大，隧道洞徑范圍是其沉降的主要范圍，離隧道中線5m處的沉降值基本占峰值的65%左右；軸線5m—10m為次要沉降區(qū)，距隧道中線IOm處的沉降值占峰值的10% N15%左右，其單線沉降槽寬度為20m左右（約3倍洞徑）。
    從實測沉降結(jié)果可以得出：盾構(gòu)在卵石圓礫層中掘進時，引起的地表沉降控制較好，遠小于規(guī)范的限值。盾構(gòu)在卵石層中掘進時，雖因刀具、刀盤受到不均勻的作用力，增加了盾構(gòu)姿態(tài)控制的難度，但因參數(shù)選擇合理，建立丁良好的土壓平衡，并通過對碴土進行改良和加大注漿量，盾構(gòu)各掘進參數(shù)在監(jiān)測的反饋指導(dǎo)下設(shè)置較好，地面沉降得以有效控制。
8.2建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測
    地面建（構(gòu)）筑物的沉降規(guī)律與地表沉降規(guī)律基本一致，最大沉降速率發(fā)生在盾構(gòu)脫尾階段。其沉降規(guī)律為在主要沉降影響區(qū)的房屋（盾構(gòu)隧道軸線兩側(cè)5m范圍內(nèi)）沉降大，大多在-10mm～-15  mm之間；主沉降區(qū)外沉降值基本都小于-3.0mm，距隧道軸線較遠(l0m以上)地段，盾構(gòu)掘進對房屋基本沒有影響，其沉降變化量在-lmm以下。另一方面，新的、基礎(chǔ)較好的房屋沉降相對較小，且房屋由于基礎(chǔ)的作用，沉降比相應(yīng)位置的地表略小。
9、結(jié)束語
    成都地鐵盾構(gòu)工程所處的基本地質(zhì)條件是富水砂卵石地層，與其它城市地鐵工程相比，具有地下水位高、卵石含量高、地層強度高的特點，加上成都地鐵施工所處位置高樓林立、商業(yè)發(fā)達，交通繁忙、人流密集，要多次下穿河流及大量不同時期修建的多種建（構(gòu)）筑物。所處的地質(zhì)條件和施工條件都極為困難，技術(shù)復(fù)雜程度要遠遠高于國內(nèi)其它城市。通過成都地鐵l號線的盾構(gòu)施工實踐，基本摸索出了適應(yīng)于富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)的施工經(jīng)驗，成功解決了盾構(gòu)施工的碴土改良、帶壓換刀時保壓和地面沉降控制等技術(shù)難題，為富水砂卵石地層盾構(gòu)的地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計提供了參考。