砂卵石地层是地铁隧道建设所遭遇的困难地层之一,属于典型的不稳定地层。在我国南昌、长沙及北京等中北部城市都分布有砂卵石地层。例如北京地铁的修建,就相对积累了较成熟的针对无水砂卵石地层的盾构法施工技术,并广泛推广应用。随着我国经济发展重心的转移,大多数西部城市也加入到地铁修建的行列中,在位于成都市内的郫县、温江等区域,广泛分布的砂卵石地层多具有二元结构,卵石土中蕴藏着粒径较大的漂石、地层中随机分布的砂层透镜体及运移汇聚的地下水等影响因素,导致隧道施工难度更大更具有挑战性。然而,在砂卵石地质范畴中,有关在该类富水漂卵石地层下进行盾构作业时无类似经验可供借鉴,相关技术的研究工作也相对较少。隧道施工过程中,由于地质问题引起的如盾构部件磨损、盾构刀盘卡停、盾构螺旋输送机喷涌、盾尾密封失效及渣土超排等问题频繁发生。本文基于成都富水漂卵石地层的特征,以成都地铁6号线土建3标正在施工中的隧道区间为载体,针对上述难点,进行了盾构施工关键技术的研究,主要研究内容及结论包括如下:(1)全面结合研究区内地层卵石含量丰富、漂石粒径大、水压高、渗透性强等特殊工况,研究了盾构隧道区间土体分布规律、土体颗粒级配、盾构施工适应性等特征,分析了盾构机刀盘刀具磨损、螺旋输送机喷涌、盾构机刀盘卡停、盾构机开仓换刀作业、渣土超排等施工难题的解决必要性,提出了适用于此类地层的盾构机选型设计及盾构机改造方法。研究结果表明:在施工时宜考虑疏导、通过及排出为主的掘进方式,应设计尤其是针对盾尾、铰接等部分的高可靠性防水密封。(2)通过分析主要理论参数,整合对比盾构施工过程中搜集的土压力参数、总推力参数、刀盘扭矩参数、注浆量参数等关键参数,提出了适用于该类地层的掘进参数合理控制范围。基于盾构姿态控制、漂石处理、管片拼装、开仓换刀、渣土改良等方面的研究成果,提出了适用于此类地层的施工技术建议。研究结果表明:经过注入浓度为3%的泡沫改良剂后,渣土的内摩擦角由42.56°回落到37.51°,渗透系数从改良前的2.315×10-2cm/s提高到4.672×10-5cm/s;注入合理配比的泡沫改良剂提升了总推力水平,降低了刀盘扭矩,对于地表沉降有一定的限制作用。(3)在盾构掘进过程中不可避免的要下穿多种城市重要建/构筑物。以研究区广泛分布的老旧承压污水管为例,提出了采用地面跳排来确保盾构顺利安全通过的施工方法,给出了穿越期间的容许出土量、注浆配合比等施工参数,建议了相关参数的控制范围。(4)基于颗粒流理论进行了离散元(FPC2D)数值仿真模拟,研究了盾构隧道埋深、地层内损坏形成部位等因素对滞后沉降造成的影响;结合监测数据验证其影响的相关性及施工敏感性,进一步得出此类地层盾构掘进施工中滞后沉降的发展规律。研究结果表明:成都漂卵石地层空洞由形成至蔓延到地表导致沉降为一个渐变的过程,盾构施工引发的地层破坏最终形成三角形的松散区域;隧道埋深对地层内塌陷拱的产生有着直接影响,随着隧道埋深变化,地层应力也会产生显著的改变;滞后沉降主要发生在外荷载(地面荷载、水作用等)作用强烈的位置,但发生位置主要集中在隧道两侧的2.0D范围内;在研究区监测点中心位置地表沉降值达到最大,离散元数值模拟地表沉降与现场实测差值为-1.3mm,部分地表沉降值在一定程度上呈现出离散化的特征。整体上,现场实测值较离散元模拟值稍大,综合判定可能是受盾构机掘进期间渣土改良效果、出土量、同步注浆及二次注浆延迟等人为操控因素影响的表现。