本项目研究成果属土木建筑科学技术领域。我国已成为超大直径盾构隧道建造大国，约占全球市场份额65%。自上海长江隧道建成以来，超大直径盾构隧道在长三角软土地区迅速得以推广。随着国家对粤港澳大湾区、长江经济带等全新的战略布局，复合地层超大直径盾构隧道建造需求日益迫切。该类隧道典型断面内上部为软土地层，下部为不同风化程度的岩石，具有地层变异性大、掘进效率低、施工风险大等难点，必须在传统盾构法隧道经验的基础上，借鉴其它领域的先进技术，从设计、装备和施工方面全方位研究创新。目前，国际上仅有少数国家拥有超大直径盾构隧道施工案例，其中不乏事故与教训，技术体系尚未成熟。本项目历经多年科技攻关和工程实践，在隧道结构设计、盾构装备和施工安全性方面进行了系统研究，取得如下创新成果：创新点1：提出了复合地层超大直径盾构隧道结构设计新方法。首次给出了软硬不均复合地层隧道围岩荷载计算公式；基于管片原位测试及基岩起伏对隧道横纵断面结构影响分析，获得了隧道衬砌内力分布规律，提出了隧道结构纵向差异沉降控制措施，形成了复合地层超大直径盾构隧道横纵向变刚度结构设计方法。创新研发公轨共用通道疏散救援与分段式通风排烟技术，形成了公轨合建隧道断面集约化设计方法，隧道断面利用率达到95%。创新点2：研发了基于复合地层超大直径盾构掘进工效的装备性能提升技术。常规的复合地层超大直径盾构，为避免高压环境下的换刀风险采用常压刀盘设计，但其特殊的结构形式对富含矿物泥岩存在局限性，主要表现为掘进速度慢、刀具磨损快。由此，基于盾构穿越富含矿物泥岩中刀盘易结泥饼问题，建立了盾构切削与排渣融合处置理念，创新设计了耐磨型双层切削刀具，优化了刀具组合布置形式，高效切削岩体；发明了防刀桶弹出安全装置，保障常压环境可靠；研发了大流量自补偿中心冲刷系统，快速排出渣土，避免刀具二次磨损；研发了盾构刀盘刀具健康管控系统，实时评估刀盘刀具的安全状态。创新点3：创建了复合地层超大直径盾构施工安全控制技术体系。首次提出了“横波反射法+跨孔回声法+地震波散射法”综合勘探技术，准确率超过90%；研发了隐蔽岩体靶向爆破预处理技术，处理后岩石粒径小于10cm，并提出了一种海域条件下的封闭注浆技术；研发了海域环境条件下的泥浆配比，解决了海水对盾构支护泥浆的侵蚀危害，稳定开挖面；研发了高粘软岩条件下的化学法泥饼治理技术，提高掘进效率；研发了盾构掘进施工参数协调控制技术，延长刀具使用寿命，形成了常压换刀施工工艺。本项目申请专利30项，其中授权发明专利9项，软件著作权4项，发表论文20篇。项目成果已在珠海马骝洲交通隧道、武汉三阳路长江隧道等复合地层中成功应用。近三年实现创收21.4亿元、新增利税1.5亿元，取得了显著的经济和社会效益，标志着我国复合地层超大直径盾构隧道核心技术取得了历史性突破。