盾构机对于盾构隧道工程来说至关重要,是核心的施工设备。盾构机之所以能发挥它的优势,是因为它根据地层条件进行设计并投入施工。目前,我国地铁建设项目较多,不同地铁项目穿越的地层情况有所不同,为提高盾构和地层的匹配性和适应性,有必要研究每个工程项目特殊的地层条件及施工环境,建立盾构掘进关键技术,以期能为日后类似工程提供依据和参考。本文依托呼市轨道交通2号线内大南校区-帅家营区间盾构隧道工程,在收集和整理区间地质资料和施工资料的基础上,对富水圆砾地层中土压平衡盾构产生的泥膜效应进行研究,总结分析该种地层土压平衡盾构掘进参数规律,并对土压平衡盾构在该种地层的适应性进行评价。主要研究内容如下:(1)对于呼市轨道交通2号线帅-内区间的强渗透富水圆砾地层,实行了一种新的土压平衡盾构施工方法:泥膜堵水-螺旋机排土技术。在土压平衡盾构中应用了泥膜效应,确定了能够维持泥膜稳定性和持续性的泥浆配比,实现开挖面的堵水和稳定。实验结果得出最佳膨配比以保证渣土改良,配比为钠基膨润土:水质量比1:8~1:10,膨润土泥浆:圆砾体积比1.5:10~2:10;泡沫剂浓度控制在3~5%。(2)采用数值模拟软件FLAC3D模拟盾构开挖,比较了有无泥膜状态下地层孔隙水压力分布及地表沉降情况,揭示了富水圆砾地层土压平衡盾构泥膜堵水机理。模拟结果显示有泥膜时开挖面前方孔压升高较无泥膜时快,使泥膜处能快速产生较大水压力梯度,水压力差对泥膜的总作用力越大,提供的水平有效应力越大,维持开挖面稳定,也控制了地表沉降。(3)利用统计学理论对研究区间盾构掘进参数进行分析,研究了富水圆砾地层下土压盾构掘进参数的变化规律以及相关性,总结得出了各项掘进参数的合理范围。统计分析了掘进参数间的相关性,以及确定了较优推进速度范围,并给出此时其他参数的数值范围组合。(4)采用Matlab机器学习中的典型回归模型对掘进参数进行回归学习训练,并预测推进速度,通过与实测数据对比确定了适应依托工程的回归模型。对比结果显示B-P神经网络回归模型和线性回归模型可以根据输入掘进参数模拟得到推进速度的预测值,准确率达到88%左右,两种模型均适用于圆砾地层的掘进参数模拟。(5)对富水圆砾地层土压平衡盾构适应性进行研究,利用模糊数学方法构建各影响因素指标的隶属度函数,并运用层次分析法确定了各指标的权重,建立盾构适应性评价模型,结合依托工程,采用模糊综合评价方法对土压平衡盾构的适应性进行评价,量化了土压平衡盾构的适应程度。结果表明,内-帅区间土压平衡盾构适应度为0.76,适应程度中等偏上。