1.工程概況
　　成都地鐵2號線某標段工程由1個始發工作井和2個盾構區間組成，主要附屬工程包括8個洞門、3個聯絡通道（不含污水泵房）、盾構機兩次過站。區間隧道起于經干院西端頭，止于東洪路站南端頭。線路出經干院站后以500m的曲線進入老成渝路，沿老成渝路向西北行進一段，期間經過1000m和1500m的兩個短曲線，以直線進入東部副中心站；線路從東部副中心站出來后沿老成渝路繼續向西北行進一段后，經過400m和500m的兩個曲線段后，沿東洪路進入東洪路站南端頭，盾構始發場地位于經干院站，工程交通條件便利；盾構吊出位于東洪路站內。區間隧道縱坡坡度2～28‰。隧道頂部埋深為9.8～25m，最小平面曲線半徑400m。
　　1.2.工程地質與水文地質
　　1.2.1工程地質
　　（1）沿線地層條件
　　①洞身地層分布統計
　　本標段盾構隧道穿越的地層分布統計見表1-3，比例圖見圖1-2和圖1-3。
　　表1-3隧道洞身地層分布統計表
　　   

　　②洞身地層強度分析
　　根據洞身地層統計，本區間主要穿越地層為（10％以上）：<5-3>中風化泥巖、<4-7-2>含粘土卵石和<4-2>粘土，另有少量<5-1>全風化泥巖、<5-2>強風化泥巖；其中<4-7-2>含粘土卵石、<5-1>全風化泥巖為Ⅲ級硬土，<4-2>粘土為Ⅱ級普通土，和<5-2>強風化泥巖為Ⅳ級軟石，巖層強度不大，容易形成泥餅；但必須充分注意，<4-7-1>含卵石粘土（3.21％）和<4-7-2>含粘土卵石（16.71％）中可能存在漂石，要求刀盤具有較大的開口率，刀具材質韌性必須滿足要求，在遇到硬的卵石時可以經受撞擊而不崩齒，同時要求耐磨性較強，可以滿足長距離施工的要求。
　　（2）不良地層及特殊巖土
　　盾構隧道區間內無不良地質作用，穿越的特殊巖土為人工填土、膨脹土、膨脹巖和風化巖、大粒徑漂石、卵石及有害氣體等。
　　①人工填土
　　區間隧道人工填筑土主要為雜填土，以卵石土和碎石土為主，充填大量建筑垃圾和生活垃圾，一般未經壓實。
　　②膨脹土、膨脹巖和風化巖
　　區間內<4-2>粘土層、<4-7-1>含卵石粘土層均為膨脹土，具有遇水軟化、膨脹、崩解，失水開裂、收縮的特點。
　　③大粒徑漂石、卵石
　　大粒徑漂石、卵石均分布在<4-7-2>含粘土卵石層中。從鉆孔中取樣可見到少量粒徑達140mm左右的卵石巖芯，在盾構隧道施工過程中需要針對大粒徑漂石、卵石采取有效的應對措施。
　　④有害氣體
　　由于沿線污水管密布，填土中有較多垃圾，遺漏和產生的污水滲入地下，形成有害氣體，危及基坑施工。成都市政的污水井、閥門井、供水井施工中，已多次由于類似原因而出現傷亡事故。
　　1.2.2水文地質
　　根據成都區域水文地質資料及地下水的賦存條件，地下水主要有四種類型：一是賦存于粘土層之上的上層滯水，二是賦存于粘土中的裂隙水，三是第四系松散土層（含粘土卵石）的孔隙水，四是基巖裂隙水（基巖溶孔溶隙裂隙水）。其中，第四系孔隙水，主要賦存于含粘土卵石層中，具中等滲透性，地下水水量豐富，是段內地下水的主要存在形式。其水量、水位不穩定，大氣降水和區域地表水為其主要補給源。含粘土卵石層為主要含水層，對工程施工存在一定的影響。
　　
　　2.施工風險分析及對策
　　
　　2.1地面沉降過大，導致管線破壞和房屋倒塌
　　2.1.1風險分析：
　　經干院站~東部副中心站區間主要沿城市道路行進，上方地層中存在大量地下管線，如果地面沉降過大，將有可能導致沿線管路破裂或損壞。而且道路上有行人和車輛，一旦造成道路沉陷、坍塌，將可能造成重大人員傷亡或財產損失。
　　2.1.2主要對策：
　　根據盾構施工工藝，有可能造成地層沉降（或地面坍塌）的主要因素有兩個方面，在施工中需根據實際情況，進行預防和控制：
　　（1）超挖
　　由于在非滿倉條件下盾構機具有較高的效率，因此土壓平衡盾構通常在非滿倉條件下掘進，當上部或前方土層不穩定時易坍塌進入土倉，從而引起地表沉降。這種情況表現為超挖，即單位進尺出土量偏大，實際出土量超過理論計算量。
　　應對措施：
　　①綜合考慮各地層松散系數和地下水等因素，事先計算出每一環理論出土量。掘進時，派專人按環做好實際出土量統計，并與理論值對比。
　　②當地面出土量超過理論值5%時，應分析洞外、洞內監測數據，并通過分析土樣，判斷圍巖變化，反演地層特性。如果推斷確實屬超挖，應調節螺旋輸送機出土速度，增加土倉土體的含量。為保護上部建筑物或管線，必要時須滿倉掘進或加氣壓非滿倉掘進。
　　③根據統計超挖位置和超挖量，通過盾尾注漿及時將超挖量回補，必要時在超挖部位進行二次注漿或采用雙液漿補注。盾尾注漿孔口的注漿壓力應大于隧道埋深處的水土壓力。
　　（2）注漿量不足
　　管片脫出盾尾后，管片與地層間存在一環形建筑空間，在軟巖地層中，如果不及時進行同步注漿填充環形建筑空間，或者注漿量無法完全填充拱頂圍巖極也有可能產生變形引起地表過量沉降。
　　應對措施：
　　①采用兩套注漿系統（同步注漿和二次補漿系統），確保注漿量滿足要求。
　　②根據理論計算，管片和圍巖間的施工空隙體積為4.05m3，根據以往施工經驗，要達到較好的填充效果，粘土和泥巖地層中注漿量控在130～150%，含粘土卵石層至少應保證注漿量在150%以上，即每環注漿量6.3m3以上。
　　③注漿量還應結合注漿壓力進行控制，注漿壓力一般控制在外界水土壓力+60～80kPa之間，若壓力明顯增大，則暫時停止注漿，以免注漿壓力擊穿地層或破壞管片。
　　
　　2.2含粘土卵石層和含卵石粘土層對盾構機的磨損
　　2.2.1風險分析
　　由于盾構區間線路有<4-7-1>含卵石粘土和<4-7-2>含粘土卵石地層，占約該區間隧道土層的31%。根據詳勘報告，<4-7-1>含卵石粘土呈黃、黃紅色，硬塑，局部可塑。含鐵、錳質氧化物結核，含20%～40%的弱～強風化卵石及巖屑，卵石粒徑20～50mm為主。<4-7-2>含粘土卵石呈褐黃、黃色、紅黃色，稍密，飽和。卵石成分主要為巖漿巖、變質巖、砂巖等硬質巖組成。磨圓度較好，呈圓形～亞圓形，分選性差、大部分卵石呈弱～強風化，手可捏碎。卵石含量65～75%，粒徑以20～80mm為主。充填物主要為粘性土及圓礫，含量約20～40％。又根據東部副中心站圍護樁開挖情況了解，卵石粒徑最大可達400mm。
　　而盾構機須在含高強度卵石、大粒徑漂石地層中長距離掘進，刀盤、刀具和螺旋輸送機磨損都會較嚴重，因此盾構掘進施工過程中如何避免盾構機關鍵部位的嚴重磨損，是本工程的重點和難點。
　　
　　
　　        
　　
2.2.2主要對策：
　　①改造刀盤
　　（1）在刀盤前方注入泡沫，對刀盤、刀具與碴土之間全方位的潤滑作用（泡沫經充分膨脹后擴散到整個面板），同時在土倉內添加適量水，全面改善碴土和易性（形成土、石、水的混合體），降低碴土粘性，形成不透水塑流性的碴土從而建立良好的土壓平衡，從而減低各部位磨損及提高掘進效率。
　　（2）加大刀盤開口率至35％，選用鑲嵌合金塊的寬刃滾刀和重型齒刀，其中中心為雙刃滾刀，周邊為單刃滾刀；大部分碴土無須破碎即可進倉，實踐證明能有效降低無功消耗，提高掘進效率。
　　（3）推進時采用土壓平衡模式掘進，推進速度正常值控制在20～30mm/min，刀盤扭矩正常值2500KN.m左右，推力正常值10000～13000KN左右，主要結合推進速度和扭矩進行調整，刀盤轉速正常值1.2～1.8rpm，須經常轉換旋轉方向。螺旋輸送機轉速，主要保持出土量與推進速度一致。通過嚴格控制盾構土倉壓力、推進速度、推力和刀盤扭矩等參數，既可保持開挖面的平衡和穩定，又有利于保護刀具、降低磨損。
　　（4）加強盾構關鍵部位的耐磨性：加強刀盤的整體耐磨性，在刀盤面加焊耐磨塊，重點加強1.5m半徑外的部分和進碴口，刀盤輪緣加焊鑲嵌硬質合金的耐磨塊；加強螺旋輸送機的耐磨性，螺旋輸送機殼體及葉片全部采用耐磨措施；單獨設計刀具，增強刀具母材及表面的耐磨性，刀圈鑲嵌合金塊。
　　（5）進行有計劃的刀具檢查、更換，根據地鐵的施工經驗，及時根據掘進參數的變化判斷刀具的磨損量和適應性。刀具的檢查、更換主要通過帶壓開倉作業。
　　（6）在盾構施工加強對排出碴土和盾構相關操作參數的分析，判斷刀盤、刀具、螺旋機等的磨損程度，指導施工。
　　
　　2.3刀盤泥餅處理
　　2.3.1風險分析
　　盾構隧道經過地段主要為泥巖、含粘土卵石層和含粘土卵石層，滲透系數都不大，泥質含量較高，遇水軟化，極易發生“泥餅”現象。
　　“泥餅”形成后，刀盤主軸旋轉處被土粘牢，土倉及刀盤正反面泥土板結，推力變大，刀盤扭矩過大或過小，就會造成掘進困難。一旦形成泥餅，將極大的影響盾構機正常作業。如何防止泥餅的形成以及泥餅形成后如何處理是本工程的重中之重。
　　2.3.2主要對策
　　為避免泥餅的出現，采取如下措施：
　　（1）刀盤設計和刀具配置充分考慮預防泥餅問題，適量加大刀盤開口率，減少刀盤接觸面積；
　　（2）要求盾構機必須具備對刀盤和土倉有高壓水（能添加粘土分散劑）清洗的功能，同時具備通過人閘系統進入土倉人工清理泥餅的功能；
　　（3）通過注入泡沫對土壤進行調節，經過泡沫調節的土壤降低了對盾構機的附著性，同時具有良好的流動性和彈性，便于螺旋出土器排出；
　　（4）通過土艙噴水提高粘土的流動性和出土效率，并防止土倉高溫高熱，有效防止泥餅形成。
　　（5）根據地質情況，采用合適的掘進速度和刀盤轉速。
　　（6）增加主動和被動攪拌棒，充分攪拌渣土，提高其和易性和流動性。
　　（7）長期停機時，宜用泥漿代替部分土體充填密封土艙。
　　2.4帶壓開倉作業
　　2.4.1風險分析
　　
　　本標段盾構隧道穿越的地層主要為：<5-3>中風化泥巖、<4-7-2>含粘土卵石和<4-2>粘土，根據以往施工經驗，在這種地層中，盾構機掘進刀具磨損較快，并且很容易結泥餅，須經常進倉更換刀具或清除泥餅。但由于隧道上部土層普遍自穩性較差，常壓下開倉存在坍塌的風險，為了確保進倉作業人員的安全，必須采用帶壓開倉。氣壓法進艙作業具有較高的風險，如何保證帶壓進艙作業的安全也本工程重點之一。
　　2.4.2主要對策
　　帶壓開倉作業是一項施工風險大、技術要求非常嚴格的技術，有帶壓開倉成熟經驗的承包商方可進行帶壓開倉作業，具體措施如下：
　　（1）盾構機配置了完整的氣壓系統，如雙倉式氣壓人閘，足夠氣源的電動空壓機，呼吸氣過濾系統以及相關的各種儀表盤等。
　　（2）先將待作業人員進行體檢，然后組織體檢合格人員進行帶壓作業的操作培訓和加減壓體驗；并培訓配置氣壓操倉人員。帶壓作業的人員培訓分為理論知識培訓、操作技能培訓、心理培訓。
　　（3）施工前制定嚴格的帶壓開倉作業施工方案，并根據可能出現的情況制定有針對性的應急預案。嚴格執行開倉作業的審查程序，并報駐地監理同意后方可開倉，主要負責人須跟班作業。
　　（4）盾構到達前，須嚴格控制土壓平衡推進參數，以最大減少對前方、上方土體擾動。
　　（5）掘進的最后階段，在刀盤面采用膨潤土漿液代替泡沫，以保證在刀盤前方形成一道封閉氣體的泥膜，如圖12-1所示。
　　（6）為了防止盾尾可能大量漏氣而造成突然泄壓的情況，采取在盾體頂部注漿孔向盾體與圍巖空隙中注入聚胺脂的措施，隔斷土倉與盾尾通道。
　　（7）加壓過程中須嚴格檢查程序：掘進到位后分階段排出土倉內的碴土，并同步壓縮空氣代替碴土。等待30分鐘并觀察土倉能否保壓（這個時間的長短取決于壓力降低的速率，一般為0.1bar/30min），合格后可排人員進倉觀察，觀察掌子面的穩定情況、地下水位或滲水狀況等。
　　（8）嚴格按國家規范規定的加減壓要求和程序進行作業，作業時間和加減壓時間要嚴格控制。作業班組為4人，3人作業、1人觀察及內外通訊聯系。所有人員、材料、工具進出倉須嚴格登記。
　　（9）作業完成后，作業人員要將土艙內所有的工具拿出倉外，機電技術人員要對所有的刀具安裝質量進行檢查，確認無誤后關閉土艙門恢復推進。恢復掘進階段，在土倉內回填泥漿或保持氣壓，保持較高掘進速度，直到土倉滿為止。
　　（10）做好加減壓、倉內作業及環境的應急措施，各種應急設備、物質到位。
　　
　　2.5聯絡通道施工
　　2.5.1風險分析
　　本標段區間設置3座聯絡通道，其中【東部副中心站~經干院站區間】設置兩座聯絡通道。【東洪路站～東部副中心站區間】設置一座聯絡通道。3＃聯絡通道所在地層主要為<5-3>中風化泥巖，自然穩定性較好，而1#聯絡通道所在地層為<4-7-2>含粘土卵石和<5-1>全風化泥巖，上覆地層為<4-7-2>含粘土卵石、2＃聯絡通道所在地層主要為<4-2>粘土、<4-7-2>含粘土卵石，上覆地層為<4-2>粘土，自然穩定性較差。采用礦山法開挖，掌子面或上部土層易坍塌，從而導致地面塌陷。聯絡通道主要位于城市道路下方，對地表變形有較嚴格的要求，大大增加了其施工困難，因此確保聯絡通道的安全施工是重點之一。
　　2.5.2主要對策
　　主要對策如下：
　　（1）提前實施地面降水，疏干地下水及增加土層穩定性。
　　（2）管片開口之前，對旁邊的管片實施加固，保證隧道結構的穩定。
　　（3）管片開口之前，沿通道開挖外周施做密排的超前支護措施。
　　（4）開挖階段，加強超前支護，開挖進尺控制在0.5m，掌子面形成斜坡，及時架設鋼架和掛網噴砼，并對掌子面噴砼護面封閉。如地面降水無法全部疏干地下水，在底板適當位置設置集水坑抽水。
　　（5）待聯絡通道開挖完畢后，及時施做二次襯砌。
　　（6）施工期間做好隧道、通道及地面監控量測。
　　
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