成都地鐵l號線區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。隧道結構底板埋深約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%。前期勘測階段發現漂石最大粒徑為670mm，施工中發現的漂石最大粒徑為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，滲透系數一般在(1.7～2.3)×10-4m／s。根據四川省地礦廳環境地質監測總站對成都市地下水動態長期觀測資料，區間地下水位一般在4.lm～8.75m左右，實際施工中觀測在8m—llm。
2、盾構類型的選擇
從施工技術上來說，選用泥水盾構和土壓平衡盾構都是可行的，但土壓平衡盾構與泥水盾構相比有著實質的成本優勢。另一方面，如選用泥水盾構，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，土壓平衡盾構在技術上也占有優勢。
3、刀盤刀具設計
1)刀盤的結構設計成都地鐵1號線使用了德國海瑞克公司制造的土壓平衡盾構，刀盤結構見圖l。刀盤標稱直徑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。刀盤面板上共設計有8個泡沫注入口，土艙的壓力壁上預留了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產生的沖擊慣性能力進行“錘擊”破碎。，如果刀盤轉速偏低或扭矩不足，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重磨損。在富水砂卵石地層使用土壓平衡盾構施工時，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。同時刀盤驅動宜采用節能、高效、動力剛性大的變頻電機，從而有效提高破巖效率。
4、螺旋輸送機優化設計
成都地鐵l號線盾構工程區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重，拆除修復均極為困難。因此，宜優化為采用雙閘門防“噴涌”結構的單級螺旋出碴（圖2），螺桿宜采用基板加高強耐磨板雙層焊接結構，螺旋機的前段采用配有隔離門的可伸縮式可拆卸結構。同時，在設計時宜抬高土艙內螺旋機的位置，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施工時，換刀相當頻繁。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境，因此應首選。
富水砂卵石地層孔隙率大，帶壓過程中氣體易逃逸，導致壓力難以保持，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，還應準備30m3/h的大容量空壓機；并準備膨潤土泥漿對盾構土艙周圍的土體進行封堵。成都地鐵盾構帶壓進艙用于封堵的材料為優質膨潤土泥漿，配合比如表l所示。
6、碴土改良技術
碴土改良的目的是降低碴土的內摩擦角，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配有泡沫注入系統和膨潤土注入系統等2套碴土改良系統（見圖3），2套系統共用l套輸送管路，所有管路經旋轉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)泡沫系統泡沫系統通過螺桿泵泵送泡沫劑與一定比例的水混合，經過泡沫發生器高壓空氣吹壓發泡產生大量的泡沫，通過管路輸送到刀盤前面、土艙或螺旋輸送機內與碴土混合。施工中使用了國產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，泡沫劑的注入量為35L～50L。
2)膨潤土注入系統將膨潤土（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，壓人膨潤土（泥漿）的量為出碴量的IO%～20%。
7、掘進參數的選擇
土壓平衡盾構具有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。
盾構掘進參數隨不同的地質條件、不同的施工階段而改變。盾構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性，掘進時刀盤轉速不宜過高，否則易造成地層失穩、地表沉降量超限等嚴重危害。根據成都地鐵l號線盾構掘進施工經驗，在富水砂卵石土地層中，盾構主要掘進參數見表2。
8、地表沉降控制
8.1地表沉降監測
1)地表變形的發展過程根據現場監測數據其變形規律可以分為5個階段。盾構在卵石層中掘進時，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，盾構施工引起的變形主要發生在2、3、4三個階段，表現為盾構掘進時對前方掌子面及周邊土體擾動、盾尾空隙的土體應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后基本就趨于穩定。
2)縱向沿隧道中線地表沉降盾構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，多數沉降穩定在-6mm～-l0mm之間；左線隧道中線地表沉降變化基本都在-8mm～-20mm間，多數沉降穩定在-10mm～-15mm之間。
3)橫向地面沉陷槽和影響范圍 根據現場監測數據繪出盾構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，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）。
從實測沉降結果可以得出：盾構在卵石圓礫層中掘進時，引起的地表沉降控制較好，遠小于規范的限值。盾構在卵石層中掘進時，雖因刀具、刀盤受到不均勻的作用力，增加了盾構姿態控制的難度，但因參數選擇合理，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，盾構各掘進參數在監測的反饋指導下設置較好，地面沉降得以有效控制。
8.2建（構）筑物沉降監測
地面建（構）筑物的沉降規律與地表沉降規律基本一致，最大沉降速率發生在盾構脫尾階段。其沉降規律為在主要沉降影響區的房屋（盾構隧道軸線兩側5m范圍內）沉降大，大多在-10mm～-15 mm之間；主沉降區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、基礎較好的房屋沉降相對較小，且房屋由于基礎的作用，沉降比相應位置的地表略小。
9、結束語
成都地鐵盾構工程所處的基本地質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、商業發達，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）筑物。所處的地質條件和施工條件都極為困難，技術復雜程度要遠遠高于國內其它城市。通過成都地鐵l號線的盾構施工實踐，基本摸索出了適應于富水砂卵石地層土壓平衡盾構的施工經驗，成功解決了盾構施工的碴土改良、帶壓換刀時保壓和地面沉降控制等技術難題，為富水砂卵石地層盾構的地質適應性設計提供了參考。
