復合地層盾構設計概論前言

當前我國進入經(jīng)濟高速發(fā)展時期，在鐵路、公路、城市軌道交通、市政道路、水利水電、油氣輸送工程中，包括大江大河與海峽通道處，都要修建隧道，因而促進了我國盾構工法的應用與發(fā)展，使我們積累了相當豐富的工程經(jīng)驗，并總結形成了許多有價值的理論。

盾構機組特別是復合地層盾構機組，其設計與制造能力是一個國家裝備制造業(yè)綜合水平的反映。目前我國隧道工程中使用的盾構機，大部分仍需花費大量的外匯引進，有的雖能聯(lián)合制造，但關鍵技術仍受制于國外，因此研發(fā)具有我國自主知識產權的盾構機組迫在眉睫。

本書作者陳韶章先生，系廣州市地下鐵道總公司教授級高級工程師，自1969年起就參與全斷面隧道聯(lián)合掘進機組和盾構機的研究與設計，特別是在廣州市地下鐵道總公司工作期間，組織了廣州地鐵復合地層盾構工程中幾乎所有的重大技術方案制訂工作，積累了大量的盾構技術工程應用經(jīng)驗，對該領域的設計理論和工法應用都進行過深入研究。

本書作者洪開榮先生，系中鐵隧道集團有限公司教授級高級工程師，自1999年以來一直從事盾構工法工程實踐，先后參加了八項盾構隧道（包括城市地鐵隧道、過江交通隧道、跨海輸氣隧道等，直徑從3.2 4m到6.3 m、11.2 m不等）工程施工，積累了豐富的工程經(jīng)驗，他還參與了國家“863”計劃有關盾構機組技術的研發(fā)工作。

第1章 隧道盾構工法的發(fā)展

1.1 概述

1.2 國內盾構工法的發(fā)展

1.2.1 我國隧道狀況

1.2.2 我國盾構工法的發(fā)展

1.3 復合地層盾構機組的發(fā)展歷程

1.3.1 廣州地鐵一號線的經(jīng)驗與教訓

1.3.2 復合地層盾構

1.4 復合地層的工程地質與水文地質

1.4.1 廣州地區(qū)的地質構造與地層分布

1.4.2 廣州地區(qū)水文地質特征

1.4.3 廣州地區(qū)工程地質和水文地質評價

第2章 復合地層盾構機組的形式及其屬性

2.1 全斷面隧道掘進機組

2.1.1 適合不同地層的隧道掘進機組

2.1.2 適合開挖各種抗壓強度巖石的隧道掘進機組

2.2 復合地層盾構機組的屬性

2.2.1 工程的環(huán)境條件

2.2.2 工程地質及水文地質

2.2.3 工程的線路平面、縱剖面、橫剖面及襯砌管片結構設計條件

2.3 圍巖強度與復合地層盾構機組施工

2.3.1 復合地層盾構機組對工程地質及水文地質的適應性

2.3.2 復合地層盾構機組對隧道土壓的適應性

第3章 復合地層盾構機組幾何設計及其基礎資料

3.1 復合地層盾構機組的主要組成

3.1.1 盾構主體主要組成

3.1.2 后配套臺車的主要配置

3.2 盾構主體盾殼各功能段的劃分

3.2.1 切口環(huán)的功能

3.2.2 支承環(huán)的功能

3.2.3 盾尾的功能

3.3 盾構主體的幾何設計

3.3.1 盾殼的外徑

3.3.2 盾構主體的總長度

3.4 中折裝置

3.4.1 中折裝置的功能

3.4.2 中折裝置的結構

3.5 盾尾密封裝置

3.5.1 盾尾密封裝置的功能及設計技術要求

3.5.2 盾尾密封裝置結構

3.5.3 刷式密封件

3.6 設計的基礎資料

3.6.1 地層穩(wěn)定性、破巖機理分析的工程地質及水文地質資料

3.6.2 工程設計圖紙

第4章 復合地層盾構機組破巖機理與刀具設計

4.1 破巖方式及破巖機理概述

4.1.1 切削破巖機理

4.1.2 滾壓破巖機理

4.2 切刀的設計與應用

4.2.1 切刀的設計

4.2.2 切刀在復合地層中的應用

4.3 盤形滾刀的設計與應用

4.3.1 滾刀的種類

4.3.2 盤形滾刀刀刃形式及標準規(guī)格

4.3.3 典型盤形滾刀組的結構形式

4.3.4 滾刀的選材

4.3.5 盤形滾刀組合密封的設計

4.3.6 盤形滾刀軸承的選擇與計算

4.3.7 典型盤形滾刀的裝配與調整

4.4 復合地層盾構機組刀盤刀具的配置

4.4.1 刀盤刀具配置

4.4.2 盤形滾刀的直徑和刀間距的選擇

第5章 盾殼和刀盤結構設計

5.1 盾殼的設計荷載

5.1.1 垂直土壓力和水平土壓力

5.1.2 水壓力

5.1.3 自重

5.1.4 上覆荷載

5.1.5 變向荷載

5.1.6 開挖面前方壓力

5.1.7 刀盤裝備扭矩

5.1.8 刀盤驅動裝置裝備功率的確定

5.1.9 裝備總推力的確定

5.1.1 0其他荷載

5.2 盾殼結構設計

5.2.1 盾殼結構的設計原則和基本理論

5.2.2 盾殼結構設計方法

5.2.3 軟土地層盾構機組的盾殼材料

5.2.4 復合地層盾構機組的盾殼材料

5.2.5 特殊環(huán)境下的盾殼選材

5.3 盾殼結構設計的許用應力

5.3.1 盾殼結構的許用應力

5.3.2 幾種常用典型鋼材牌號建議采用的許用應力

5.4 刀盤設計

5.4.1 刀盤的結構形式

5.4.2 刀盤的支承方式

5.4.3 刀盤結構設計

第6章 主軸承設計

6.1 刀盤主軸承的特點

6.1.1 刀盤支承的主要形式

6.1.2 刀盤主軸承的工作特點

6.1.3 刀盤主軸承的形式選擇

6.2 作用于刀盤主軸承的荷載分析

6.2.1 作用于刀盤主軸承的荷載

6.2.2 刀盤主軸承設計計算荷載參數(shù)的確定

6.3 徑向圓柱滾子軸承與軸向推力圓柱滾子軸承組合型刀盤主軸承的設計

6.3.1 組合型刀盤主軸承主要形式

6.3.2 組合型刀盤主軸承的設計

6.3.3 徑向基本額定動荷載Cr和軸向基本額定動荷載Ca的計算

6.3.4 徑向基本額定靜荷載C0r和軸向基本額定靜荷載C的計算

6.3.5 接觸應力的驗算

6.4 組合型刀盤主軸承固定螺栓組的設計

6.4.1 組合型刀盤主軸承在組合裝配時固定螺栓組的預緊要求

6.4.2 固定螺栓組的設計計算

6.4.3 固定螺栓螺母材料選擇

6.4.4 固定螺栓組連接緊固扳手作業(yè)空間要求

6.5 組合型刀盤主軸承材料選擇和主要零部件硬度要求

6.5.1 組合型刀盤主軸承材料選擇

6.5.2 組合型刀盤主軸承主要零部件硬度要求

6.6 組合型刀盤主軸承的密封設計

6.6.1 組合型刀盤主軸承密封的功能

6.6.2 組合型刀盤主軸承密封的形式及選擇

6.6.3 組合型刀盤主軸承密封設計

6.7 潤滑劑的選擇

6.7.1 潤滑劑選擇的原則

……

第7章 刀盤驅動裝置

第8章 盾構液壓推進系統(tǒng)

第9章 液壓、供電、控制系統(tǒng)

第10章 其他部分

參考文獻

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《復合地層盾構設計概論》為我國公開出版的一部關于盾構機組研發(fā)與設計的專著，深入論述了復合盾構的設計原理和方法，內容全面系統(tǒng)，涉及專業(yè)和系統(tǒng)多，技術領域跨度大，具有較高的參考價值。

全書共分10章，分別為隧道盾構工法的發(fā)展，復合地層盾構機組的分類及其屬性，復合地層盾構機組幾何設計及其基礎資料，復合地層盾構機破巖機理與刀具設計，盾殼和刀盤結構設計，主軸承設計，刀盤驅動裝置，盾構液壓推進系統(tǒng)，液壓、供電、控制系統(tǒng)及其他部分。

《復合地層盾構設計概論》可供我國研發(fā)具有自主知識產權盾構機組的科技人員參考。

廣州號稱國內地鐵城市的地質“博物館”，且城區(qū)建(構)筑物密集，導致盾構工程在設計及實施階段，不可避免地遇到很多未曾經(jīng)歷的技術難題，工程風險和難度巨大，艱苦實踐的經(jīng)驗教訓非常多，在探索并嘗試了許多新工法、新工藝之后，盾構設計和施工技術得到很大提升，已施工的120km盾構隧道的經(jīng)驗和教訓，對其他城市的地鐵建設十分有借鑒意義。

結合廣州復雜的周邊環(huán)境及復雜的工程水文地質條件，廖鴻雁編著的《復合地層盾構技術——廣州地鐵盾構工程的探索與實踐》重點介紹復合地層盾構工程的設計方案；對硬巖、巖溶、花崗質巖等困難地層的處理方案；盾構始發(fā)、到達的新技術、新材料；先隧后站技術，上下重疊、小曲率半徑、大坡度、小間距盾構隧道的實施方案。針對國內地鐵市場的舊盾構機越來越多的狀況，《復合地層盾構技術——廣州地鐵盾構工程的探索與實踐》也總結了廣州地鐵對舊盾構機的選用和改造經(jīng)驗。

本書共分6章，分別從孤石、基巖凸起地層概述，巖體勘探技術，環(huán)保爆破技術，爆破技術數(shù)值模擬分析，爆破后盾構掘進技術和工程應用六個方面對復合地層盾構隧道隱蔽巖體環(huán)保爆破新技術進行了詳細介紹。

本書可供從事盾構隧道工程的技術人員、科研人員參考和借鑒，也可作為大中專院校相關專業(yè)師生的參考用書。