復(fù)合地層盾構(gòu)設(shè)計(jì)概論前言

當(dāng)前我國進(jìn)入經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)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(jìn)了我國盾構(gòu)工法的應(yīng)用與發(fā)展，使我們積累了相當(dāng)豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，并總結(jié)形成了許多有價(jià)值的理論。

盾構(gòu)機(jī)組特別是復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組，其設(shè)計(jì)與制造能力是一個(gè)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(gòu)機(jī)，大部分仍需花費(fèi)大量的外匯引進(jìn)，有的雖能聯(lián)合制造，但關(guān)鍵技術(shù)仍受制于國外，因此研發(fā)具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)機(jī)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(jí)高級(jí)工程師，自1969年起就參與全斷面隧道聯(lián)合掘進(jìn)機(jī)組和盾構(gòu)機(jī)的研究與設(shè)計(jì)，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(fù)合地層盾構(gòu)工程中幾乎所有的重大技術(shù)方案制訂工作，積累了大量的盾構(gòu)技術(shù)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)理論和工法應(yīng)用都進(jìn)行過深入研究。

本書作者洪開榮先生，系中鐵隧道集團(tuán)有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師，自1999年以來一直從事盾構(gòu)工法工程實(shí)踐，先后參加了八項(xiàng)盾構(gòu)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(yàn)，他還參與了國家“863”計(jì)劃有關(guān)盾構(gòu)機(jī)組技術(shù)的研發(fā)工作。

第1章 隧道盾構(gòu)工法的發(fā)展

1.1 概述

1.2 國內(nèi)盾構(gòu)工法的發(fā)展

1.2.1 我國隧道狀況

1.2.2 我國盾構(gòu)工法的發(fā)展

1.3 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組的發(fā)展歷程

1.3.1 廣州地鐵一號(hào)線的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

1.3.2 復(fù)合地層盾構(gòu)

1.4 復(fù)合地層的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

1.4.1 廣州地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造與地層分布

1.4.2 廣州地區(qū)水文地質(zhì)特征

1.4.3 廣州地區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)評(píng)價(jià)

第2章 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組的形式及其屬性

2.1 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)組

2.1.1 適合不同地層的隧道掘進(jìn)機(jī)組

2.1.2 適合開挖各種抗壓強(qiáng)度巖石的隧道掘進(jìn)機(jī)組

2.2 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組的屬性

2.2.1 工程的環(huán)境條件

2.2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.2.3 工程的線路平面、縱剖面、橫剖面及襯砌管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件

2.3 圍巖強(qiáng)度與復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組施工

2.3.1 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組對(duì)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)的適應(yīng)性

2.3.2 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組對(duì)隧道土壓的適應(yīng)性

第3章 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組幾何設(shè)計(jì)及其基礎(chǔ)資料

3.1 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組的主要組成

3.1.1 盾構(gòu)主體主要組成

3.1.2 后配套臺(tái)車的主要配置

3.2 盾構(gòu)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(gòu)主體的幾何設(shè)計(jì)

3.3.1 盾殼的外徑

3.3.2 盾構(gòu)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(jié)構(gòu)

3.5 盾尾密封裝置

3.5.1 盾尾密封裝置的功能及設(shè)計(jì)技術(shù)要求

3.5.2 盾尾密封裝置結(jié)構(gòu)

3.5.3 刷式密封件

3.6 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料

3.6.1 地層穩(wěn)定性、破巖機(jī)理分析的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料

3.6.2 工程設(shè)計(jì)圖紙

第4章 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組破巖機(jī)理與刀具設(shè)計(jì)

4.1 破巖方式及破巖機(jī)理概述

4.1.1 切削破巖機(jī)理

4.1.2 滾壓破巖機(jī)理

4.2 切刀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.2.1 切刀的設(shè)計(jì)

4.2.2 切刀在復(fù)合地層中的應(yīng)用

4.3 盤形滾刀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.3.1 滾刀的種類

4.3.2 盤形滾刀刀刃形式及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格

4.3.3 典型盤形滾刀組的結(jié)構(gòu)形式

4.3.4 滾刀的選材

4.3.5 盤形滾刀組合密封的設(shè)計(jì)

4.3.6 盤形滾刀軸承的選擇與計(jì)算

4.3.7 典型盤形滾刀的裝配與調(diào)整

4.4 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 盾殼的設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.2.1 盾殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和基本理論

5.2.2 盾殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

5.2.3 軟土地層盾構(gòu)機(jī)組的盾殼材料

5.2.4 復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力

5.3.1 盾殼結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力

5.3.2 幾種常用典型鋼材牌號(hào)建議采用的許用應(yīng)力

5.4 刀盤設(shè)計(jì)

5.4.1 刀盤的結(jié)構(gòu)形式

5.4.2 刀盤的支承方式

5.4.3 刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第6章 主軸承設(shè)計(jì)

6.1 刀盤主軸承的特點(diǎn)

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(diǎn)

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(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)

6.3.3 徑向基本額定動(dòng)荷載Cr和軸向基本額定動(dòng)荷載Ca的計(jì)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(jì)算

6.3.5 接觸應(yīng)力的驗(yàn)算

6.4 組合型刀盤主軸承固定螺栓組的設(shè)計(jì)

6.4.1 組合型刀盤主軸承在組合裝配時(shí)固定螺栓組的預(yù)緊要求

6.4.2 固定螺栓組的設(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)

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(qū)動(dòng)裝置

第8章 盾構(gòu)液壓推進(jìn)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(xiàn)

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《復(fù)合地層盾構(gòu)設(shè)計(jì)概論》為我國公開出版的一部關(guān)于盾構(gòu)機(jī)組研發(fā)與設(shè)計(jì)的專著，深入論述了復(fù)合盾構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和方法，內(nèi)容全面系統(tǒng)，涉及專業(yè)和系統(tǒng)多，技術(shù)領(lǐng)域跨度大，具有較高的參考價(jià)值。

全書共分10章，分別為隧道盾構(gòu)工法的發(fā)展，復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組的分類及其屬性，復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)組幾何設(shè)計(jì)及其基礎(chǔ)資料，復(fù)合地層盾構(gòu)機(jī)破巖機(jī)理與刀具設(shè)計(jì)，盾殼和刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主軸承設(shè)計(jì)，刀盤驅(qū)動(dòng)裝置，盾構(gòu)液壓推進(jìn)系統(tǒng)，液壓、供電、控制系統(tǒng)及其他部分。

《復(fù)合地層盾構(gòu)設(shè)計(jì)概論》可供我國研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)盾構(gòu)機(jī)組的科技人員參考。

廣州號(hào)稱國內(nèi)地鐵城市的地質(zhì)“博物館”，且城區(qū)建(構(gòu))筑物密集，導(dǎo)致盾構(gòu)工程在設(shè)計(jì)及實(shí)施階段，不可避免地遇到很多未曾經(jīng)歷的技術(shù)難題，工程風(fēng)險(xiǎn)和難度巨大，艱苦實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)非常多，在探索并嘗試了許多新工法、新工藝之后，盾構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)得到很大提升，已施工的120km盾構(gòu)隧道的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)其他城市的地鐵建設(shè)十分有借鑒意義。

結(jié)合廣州復(fù)雜的周邊環(huán)境及復(fù)雜的工程水文地質(zhì)條件，廖鴻雁編著的《復(fù)合地層盾構(gòu)技術(shù)——廣州地鐵盾構(gòu)工程的探索與實(shí)踐》重點(diǎn)介紹復(fù)合地層盾構(gòu)工程的設(shè)計(jì)方案；對(duì)硬巖、巖溶、花崗質(zhì)巖等困難地層的處理方案；盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)的新技術(shù)、新材料；先隧后站技術(shù)，上下重疊、小曲率半徑、大坡度、小間距盾構(gòu)隧道的實(shí)施方案。針對(duì)國內(nèi)地鐵市場的舊盾構(gòu)機(jī)越來越多的狀況，《復(fù)合地層盾構(gòu)技術(shù)——廣州地鐵盾構(gòu)工程的探索與實(shí)踐》也總結(jié)了廣州地鐵對(duì)舊盾構(gòu)機(jī)的選用和改造經(jīng)驗(yàn)。

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(shù)，環(huán)保爆破技術(shù)，爆破技術(shù)數(shù)值模擬分析，爆破后盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)和工程應(yīng)用六個(gè)方面對(duì)復(fù)合地層盾構(gòu)隧道隱蔽巖體環(huán)保爆破新技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

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