本节主要针对成都地铁8号线东光站—东大路站泥岩地层盾构施工区间对盾构进行适应性分析，首先从盾构施工区间的工程情况出发，分析这些因素会给盾构施工带来什么样的难题。通过分析盾构施工的重难点，对盾构的适应性提出要求。

1）工程概况

①区间线路及盾构穿越地层的地质条件。

成都地铁8号线一期工程5标有两段盾构区间，分别为东光站—净居寺站、净居寺站—东大路站盾构区间。其中：净居寺站—东大路站盾构区间左线起点里程为ZDK38+285.099，终点里程为ZDK39+455.176，长度为1 170.077 m；右线起点里程为YDK38+285.989，终点里程为YDK39+514.176，长度为1 288.187 m。隧道埋深在15.7～25.3 m，最大坡度为24‰，线路含有两个半径为450 m、1 500 m的曲线。在YDK38+685.212处设置1处联络通道兼废水泵房，另一座联络通道中心里程为YDK39+120.000。盾构区间主要穿越中风化泥岩地层＜5-3＞。

东光站—净居寺站盾构区间左线起点里程为ZDK37+520.789，终点里程为ZDK38+097.597，长度为576.808 m；右线起点里程为YDK37+520.629，终点里程为YDK38+097.597，长度为576.968 m。隧道埋深在15.86～17.4 m，最大坡度为8‰，线路唯一曲线半径为450 m。盾构区间主要穿越中风化泥岩地层＜5-3＞。

该区间两段穿越的主要地层为中等风化泥岩地层。中等风化泥岩呈暗红色、紫红色，泥质结构，块状构造，岩质较软，锤击声哑～半哑，节理、裂缝较发育，局部裂缝面可见黑色氧化物膜。岩体RQD值为70%～90%，岩体较完整，岩心多呈短柱状，少量呈长柱状及破碎状。岩质较软，为极软岩，锤击易碎，岩体基本质量为Ⅴ级。本层未揭穿，层底标高445.44～465.79 m。

②水文情况。

a.地表水及地下水。

本段地处岷江水系Ⅱ级阶地，无地表水经过。

区间地下水主要为赋存于黏性土层之上填土层中的上层滞水，第四系砂、卵石层的孔隙潜水和基岩裂隙水，其中对工程影响较大的为卵石层的孔隙潜水和基岩裂隙水。

上层滞水主要分布于地表，赋存于黏性土层之上填土层中，大气降水和附近居民的生活用水为主要补给源，水量变化大，且不稳定。

本工程场地基岩为白垩系灌口组紫红色泥岩，地下水赋存于基岩裂缝中，含水量一般较小，但在岩层较破碎的情况下，常形成局部富水段。相关水文地质资料及已有工程资料显示，渗透系数K为0.028～2.01 m/d，平均为0.44 m/d，属于弱～中等透水层。

b.地下水补给、径流、排泄及动态特征。

成都属中亚热带季风气候区，终年气候温湿，四季分明，多年平均降雨量为947.0 mm。全年降雨量天数达140 d，大气降水是主要的地下水补给来源，此外，地表的河流及沟渠也是局部的地下水补给来源。

根据资料可知，形成地下水补给的有效降雨量为10～50 mm，当降雨量在80 mm以上时，多形成地表径流，不利于渗入地下。

地形、地貌及包气带岩性、厚度对降水入渗补给有明显的控制作用。区内上部土层为黏土，结构较为紧密，不利于降水入渗补给。

地下水径流、排泄主要受地形、水系等因素的控制。其地下水径流方向主要受地形及裂缝发育程度的控制，大多流向地势低洼地带或裂隙下渗。

本工点详勘时间为2017年2月。勘察期间处于枯水期，在钻孔中测得场地地下水位埋深为5.0～8.5 m，高程484.87～488.08 m。根据区间水文地质资料，成都地区丰水期一般出现在7、8、9月份，枯水期多为1、2、3月份。丰水期历史最高地下水位埋深一般位于2.00～3.00 m，水位年变化幅度为2～3 m。(www.daowen.com)

2）工程重难点

①盾构小半径掘进。盾构区间最小曲线半径为450 m，最大坡度为24‰；盾构以小半径曲线掘进时，由于盾构机本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟合，曲线半径越小纠偏量越大，纠偏灵敏度越低，轴线就比较难控制。并且由于转弯关系，左右侧油缸需要形成一个很大的推力差才能满足转弯推进要求，管片容易在水平分离作用下发生较大的移位，造成管片侵线、破损、漏水等现象，同时对地层扰动大，容易产生较大的地面沉降。

②盾构下穿构筑物，控制难度大。由于掘进过程会对地层产生扰动，可能造成地表建筑物沉降、开裂、倾斜，直接影响到地面建筑物正常、安全使用，会对建筑物内工作人员或周边人群的生活秩序、人身安全、财产安全造成一定危害。

③常压换刀危险大，且易造成地表沉降。根据成都地铁的相关施工经验，此地层掘进约500 m需要换刀，泥岩地层中换刀施工作业危险性较大。首先是掌子面水位较高；其次是开舱时间较长，掌子面有不稳定情况容易坍塌；最后是关舱掘进后，换刀位置容易发生滞后沉降，严重影响周围地层中管线及建（构）筑物的使用情况，给周围居民带来一定的不便。

④泥岩地层下，刀盘易形成泥饼。泥岩地层富含黏土矿物颗粒屑和粉末，盾构刀盘切削下来的细小砂土颗粒、碎屑在土舱内重新聚集而成半固结和固结状的块状体，从而形成泥饼。

⑤管片上浮、错台和破损。对于泥岩这种软地层，上部松软地层土的自稳性差，会因为自重、存在空隙而有相对的下沉，从而使因注浆不饱满造成的管片和土层之间的剩余空隙基本消失。

3）盾构的适应性要求

①基本功能。盾构机具有开挖系统、出渣系统、渣土改良系统、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、测量导向系统、视频监控系统确保连续掘进等基本功能。

②具备精确控制方向的能力。本区间盾构的最小曲线半径为450 m，为确保顺利始发和接收，要求盾构的导向系统具有很高的精度，以保证线路方向的正确性。

③具备在泥岩地层中掘进的功能。盾构在泥岩地层中掘进刀盘易结泥饼，为了保证盾构能在泥岩地层连续有效地掘进，就应该采取相应的措施来预防刀盘结泥饼：改良泥岩渣土；合理设置掘进参数；连续快速施工；控制循环水温度；定期开舱处理。

④具备防止管片上浮的能力。由于在泥岩地层中管片上浮问题较为常见，在盾构进行适应性分析中必须将其作为一重要考虑对象。防止管片上浮的措施主要有：同步注浆量以及注浆压力控制得当；螺栓需要进行多次复紧，重点针对K块螺栓，提高管片整体抗浮能力；对脱出盾尾的管环及时进行姿态测量，把握管片姿态的变化规律，及时采取针对性措施，控制上浮量；在变坡点处，控制盾构机的推进速度，做好管片选型，避免因选型失误造成上浮内力；及时进行二次注浆，采用多次量少的原则，尽快稳定管片壁后浆液凝结情况。

⑤具有合理的刀盘及出渣系统的设计，同时能够加注辅助材料如泡沫、膨润土等进行渣土改良，能够在有效地控制掌子面及地表稳定的同时减少刀盘、刀具及螺旋带的磨损，防止渣土喷涌。

⑥具备合理的掘进参数设置及施工方案，有效地延长刀具寿命，降低换刀风险。

⑦具有局部气压平衡系统及人员舱，能够有效地降低换刀的风险，并避免地面加固带来的麻烦。

⑧满足环境保护的要求。盾构法施工的环境保护包括两个方面：首先是盾构施工对周围环境的保护，即地面沉、隆满足要求，无大的噪声、震动等；其次是要求盾构施工时的弃土和使用的辅助材料如油脂、泡沫、注浆浆液等不能对环境造成污染。

⑨掘进速度满足计划工期要求。根据施工组织工期安排，盾构掘进的平均速度为135 m/mon（平均每日掘进4.5 m，拼装3环），盾构的掘进速度必须满足计划工期的要求。

⑩盾构机的耐久性满足要求。刀盘、刀具磨损需要满足掘进长度要求，区间隧道具备换刀条件，因此刀具必须满足掘进不低于700 m的要求，净居寺站—东大路站区间计划主动安排一次刀具检修及更换工作（始发后500 m左右）。各大密封系统耐久性是保证掘进安全的关键，主轴承密封是盾构机的核心，盾尾密封是安全控制的关键，因此两大密封必须满足长距离掘进的要求。螺旋输送机的耐久性满足1 800 m的掘进要求。