针对地铁隧道穿越的第三系、第四系砂卵石地层，具有地下水高、侧向补给快、水流交替循环强烈、水位恢复迅速等特点，盾构隧道施工与周边环境相互作用有其鲜明特点。在此等特殊地质条件下盾构隧道穿越大量重要建（构）筑物施工，如大量老旧危房建筑群、铁路咽喉区道岔群、既有运营地铁线路、老旧砖砌拱桥以及超高层建筑等，确定盾构隧道对不同类型构筑物的影响及其针对性措施，系统研究成果较少，国外也无完全成熟经验可供参考，亟待结合实际工程展开研究。

基于富水砂卵石地层特性，从荷载理论与盾构掘进机理、穿越重大风险源施工辅助技术、安全评估体系与环境保护、列车运营振动与减振技术等方面进行了系统性研究，为盾构隧道顺利下穿重要建（构）筑物提供了技术支撑，完善了特殊环境条件下盾构隧道工程理论及其应用范畴。

主要技术内容与关键技术：

本项目着重解决富水砂卵石地层条件下盾构隧道穿越重要建（构）筑物面临的实际工程问题，对不同类型建（构）筑物穿越工程进行了全面研究，基于富水砂卵石地层欠压掘进与地层空洞演变规律，明确了盾构隧道施工参数内在联系与盾构掘进机理，针对穿越施工提出了盾构隧道工程关键辅助技术，进一步提出了盾构隧道环境影响评价及风险评估体系，并对实际工程进行风险评估，最后提出了地铁列车运营振动相应与减振技术，形成了涵盖隧道荷载理论、盾构掘进施工、安全评估与环境保护、以及运营减振的系统性成果，是砂卵石地层盾构隧道的工程应用研究，在理论研究上，该项目具有很强的创新性，在实践方面表现出良好的工程应用前景。

一、主要技术内容

（1）明确了富水卵石土地层盾构隧道欠压掘进与地层空洞演变规律针对成都地区富水砂卵石地层特点，由于卵石颗粒强度高、粒径大，因此盾构欠压掘进与地层空洞现场较为普遍，基于室内试验与数值分析，揭示了砂卵石地层空洞发展与演变规律，以及地层滞后沉降特点，进而明确了盾构掘进扰动影响范围。

（2）明确了富水卵石土地层盾构隧道掘进机理与关键参数内在规律基于PFC数值计算与现场实际掘进参数分析，明确了富水砂卵石地层卵石粒径与盾构拥进参数（盾构顶推力、刀盘扭矩以及螺旋出土器扭矩等）之间的关系，发现了盾构顶推力大于土压力时对应的压力拱对地层变形的有利作用，揭示了盾构掘进参数之间的内在联系（刀盘扭矩与盾构顶推力之间的线性关系：刀盘扭矩与盾构推进速度之间的指数关系：盾构顶推力与盾构推进速度之间的指数关系）。

（3）提出了富水砂卵石地层盾构隧道工程施工关键技术

针对实际工程盾构隧道穿越老旧危房建筑群、铁路咽喉区道岔群、既有运营地铁线路、老旧砖砌拱桥以及超高层建筑等情况，针对盾构穿越施工对不同类型构筑物的影响及其针对性措施进行了系统研究，提出了基于松驰士压力或塌落拱高度的超载折减算法、基于荷载影响范围的地层超载作用模型，确保盾构隧道穿越高层建筑施工与衬砌结构耐久性满足设计要求：提出了结合泥水盾构开挖面稳定与土压盾构排土简便的螺旋排土-泥膜支护工法，不仅解决了开挖面稳定性难题，还可以有效的解决渣土的排出难题；明确了中盾注浆技术使盾构总推力显著减少，增加盾构纠偏、转弯能力，减少掘进扰动与超挖：明确了基于大比重浆液（厚浆）的同步注浆或多序注浆技术，可极大提高盾尾后方管片背后充填密实，确保管片与地层有效接触：发现通过衡盾泥逐步置换土仓内渣土，在开挖面形成“泥墙”，可实现常压换刀与刀盘检修：提出了利用钢管隔离桩的隔离作用，可隔断盾构掘进地层扰动的传播途径、隔断附加应力传播路径，确保盾构侧穿构筑物施工安全。形成了富水砂卵石地层盾构掘进施工成套技术。

（4）建立了富水卵石土地层盾构隧道环境影响评价及风险评估体系

基于全国近200起地铁施工事故分类分析，得出事故风险因素类型及各风险因素，为BP人工神经网络风险评估方法奠定了基础，进而构建了盾构法隧道施工安全风险评估模型：确定了地铁隧道施工风险评估标准，对盾构法隧道工程风险因素、风险等级等进行数值量化，研发了地铁隧道施工安全风险评估软件：基于实际工程风险评估结果（下穿西北桥及府河段施工风险等级为I级：下穿农行西藏分行驻成都办事处段施工风险等级为I级），针对性地提出了风险管控措施，指导了实际工程设计与现场实施。

（5）明确了富水砂卵石地层地铁运营振动特性与构筑物响应

建立了基于道床结构的车辆-轨道耦合动力学有限元模型，发现：隧道结构的动力响应整体较小：地表振动频率范围集中在20Hz以下的低频振动：与隧道结构动力响应相比，地表加速度响应出现较大幅度衰减（砂卵石地层对于列车高频振动能量具有较好的吸收效果）。

地铁列车引起水平方向振动的衰减明显快于垂直方向，建筑物内垂直方向的加速度振级将大于水平方向（一般大10dB左右）。列车振动引起沿线建筑物的加速度振级大小与列车速度、建筑物结构形式、层数、基础类型等有密切关系，基础良好、质量较大的高层钢筋混凝土建筑（固有频率低，不易被激起较大的振动），加速度振级相对于地表可减少10～20dB：基础较差的建筑振动衰减量小，加速度报级与土体振级接近，甚至出现室内振动大于室外地面振动的情况。

（6）提出了地铁运营减振技术

当列车最高运营速度为80km/h时，一般减振措施不满足减振要求，此时应考虑采用钢弹簧浮置板道床式轨道结构（可满足VC-G标准），以减小地铁列车振动荷载对周边建筑物、精密仪器以及居民的影响。

二、关键技术

（1）基于成都地区富水砂卵石地层盾构欠压掘进与地层空洞现场，基于室内试验与模拟计算，揭示砂卵石地层空洞发展与演变规律，以及地层滞后沉降特点与盾构掘进扰动影响范围；

（2）从富水砂卵石地层卵石粒径对盾构掘进参数的具体影响，以及盾构掘进参数内在联系入手，明确富水砂卵石地层盾构掘进机理；

（3）针对盾构隧道穿越不同类型构筑物情况，从地表超载作用机理与荷载模型、盾构开挖面稳定与排土简便的螺旋排土一泥膜支护工法、基于中盾注浆技术的减摩降阻技术、基于大比重浆液（厚浆）的同步注浆或多序注浆技术、基于“衡盾泥”的常压换刀与刀盘检修技术，以及基于钢管隔离柱的风险源处理技术等方面着手，形成富水砂卵石地层盾构法隧道工程成套关键技术；

（4）基于典型工程事故案例分析，研发富水卵石土地层盾构隧道环境影响评估体系，研发评估软件；

（5）建立基于道床结构的车辆-轨道耦合动力学模型，明确运营阶段，隧道结构振动响应，砂卵石地层对振动能量的吸收与减振能力，地表与临近构筑物的振动范围与特性；

（6）提出了钢弹簧浮置板道床式轨道结构（可满足VC-G标准）可满足最高运营速度80km/h时的减振要求。

三、主要技术指标

（1）基于成都富水砂卵石地层特性，提出盾构欠压掘进机理与地层空洞演变规律，并明确相应的地层扰动影响范围；

（2）明确富水砂卵石地层盾构掘进施工参数内在联系，明确富水砂卵石地层盾构掘进机理；

（3）针对富水砂卵石地层盾构穿越重大风险源施工，提出从构筑物荷载（超载）模型，到盾构掘削面稳定、中盾注浆减摩降阻、盾尾大比重多序注浆，再到常压换刀与刀盘检修技术，最后到地表风险源加固处理等关键技术，形成了盾构隧道设计与施工成套技术；

（4）研发富水卵石土地层盾构隧道环境影响评估体系，对实际工程重大风险源施工进行评估，指导实际工程；

（5）基于地铁运营振动特性建立计算模型，明确地铁运营振动条件下隧道结构、地层与地表构筑物的具体响应，提出针对性减振措施。

四、科研、专著、论文、专利等成果

（1）科研成果

《富水卵石土地层盾构法隧道关键技术与环境影响体系研究》分别获2019年度中国城市交通协会科技进步奖二等奖、2020年获中国土木工程学会轨道交通分会“城市轨道交通技术创新推广项目（技术类）”及2020年度中铁建科学技术二等奖。

（2）专著

1）戴志仁、雷升祥等著，《富水卵石土地层盾构法隧道设计与施工关键技术》，人民交通出版社，2020年

2）赵云飞、周平著，《城市地铁盾构施工近接重大风险源安全控制技术》，人民交通出版社，2023年

（3）软件著作权

1）盾构隧道施工土地变形监测系统（登记号：2019SR0161316）

2）盾构隧道施工危险断面监测系统（登记号：2019SR0161366）

（4）专利

1）发明专利

①盾构区间下穿既有物的地面工作井超前管棚预加固体系（ZL 2017 1 1247909.7）

②隧道穿越构筑物钢管隔离桩地层加固体系及其施工方法（ZL 2016 1 1108764.8）

③基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系及其施工方法（ZL 2016 1086 5212.5）

④富水砂卵石地层异型深竖井结构体系及其施工方法（ZL 2016 1006 2227.8）

⑤上下不等圆特殊断面矿山法隧道结构及其施工方法（ZL 2016 1013 7920.7）

⑥卵石土地层超前大管棚的盾构端头加固体系及其施工方法（ZL 2015 1 0210832.0）

⑦浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法（ZL 201510113598.X）

2）实用新型专利

①一种多仓分隔式水囊排水的盾构掘进地层损失模拟装置（ZL 2019 2 0723293.4）

②一种基于外嵌式通道与伸张性囊袋的管片衬砌注浆系统（ZL 2019 2 0606687.1）

③一种盾构隧道纵向拉紧抗变形联系装置（ZL 201821758181.4）

④一种盾构隧道内深孔注浆加固设备（ZL 201821738565.X）

⑤一种基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系（ZL 2018 2 1589141.1）

⑥一种基于双层永久衬砌结构的桩基托换体系（ZL 201721337916.1）

⑦一种隧道侧穿桥桩的复合隔离桩（ZL 201721011363.0）

⑧一种基于预应力锚索的盾构隧道抗浮体系（ZL201720700680.7）

⑨一种道床内纵向暗梁与盾构管片的叠合结构（ZL201720571649.8）

⑩一种预留远期线穿越既有线的素桩加固体系（ZL201720286254.3）

（5）学术论文

1）戴志仁，王俊，李小强，胡瑞青. 富水砂卵石地层矿山法隧道若干关键技术研究[J]. 铁道建筑技术，2019（12）：94-100.

2）戴志仁，任建，王俊，李小强. 砂卵石地层矿山法隧道近距离穿越既有线关键技术研究[J]. 北京交通大学学报，2019，43（4）：1-8（入选：“隧道建设”杂志2011—2022年高影响力论文）.

3）戴志仁. 富水砂卵石地层盾构隧道微扰动施工关键技术[J]. 中国铁道科学，2019，40（2）：88-96.

4）戴志仁，任建，李小强，王天明. 富水砂卵石地层盾构隧道穿越铁路咽喉区道岔群技术研究[J]. 隧道建设，2019，39（6）：1005-1013.

5）杨文波，李林桂，戴志仁，徐朝阳. 富水卵石土地层盾构隧道运营对环境影响分析[J]. 地下空间与工程学报，2018，14（6）：1709-1716.

6）胡瑞青，戴志仁，李储军，王天明. 砂卵石地层基坑开挖对侧方地铁交叉隧道和车站的影响分析[J]. 铁道标准技术，2018，62（12）：1-7.

7）戴志仁，王天明，杜宇，汪珂，向阳. 砂卵石地层地铁隧道上方基坑开挖卸载影响与对策分析[J]. 隧道建设，2017，37（10）：1255-1261.

8）戴志仁. 地表大范围开挖卸载引起下卧盾构隧道管片碎裂机理研究[J]. 中国铁道科学，2017, 38（4）: 62-69（EI: 20173704160742）.

9）康华，戴志仁. 富水砂卵石地层双层衬砌类圆形断面矿山法隧道适应性研究[J]. 铁道标准设计，2017, 5 : 114-119.

10）戴志仁，王天明. 盾构隧道衬砌结构计算若干问题研究与探讨[J]. 铁道工程学报，2015, 6（201）：45-50（EI: 20153201124289）.