隧道掘進(jìn)機(jī)輔助智能化施工技術(shù)

• 序

• 前言

• 第1章緒論

• 第2章TBM巖－機(jī)相互作用機(jī)理

• 第3章TBM復(fù)雜環(huán)境不良地質(zhì)超前探測方法

• 第4章TBM渣片感知與分析

• 第5章TBM設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測

• 第6章TBM施工信息管理云平臺

• 第7章TBM掘進(jìn)參數(shù)智能控制技術(shù)

• 第8章TBM支護(hù)等級智能決策技術(shù)

• 第9章TBM掘進(jìn)姿態(tài)智能控制技術(shù)

• 第10章TBM輔助智能化施工系統(tǒng)應(yīng)用

本書總結(jié)了國內(nèi)外隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，在分析 TBM巖-機(jī)相互作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，從TBM復(fù)雜環(huán)境不良地質(zhì)超前探測、TBM渣片感知與分析、TBM設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測等方面，介紹了適用于TBM的巖體狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)等多元信息感知方法及其工程應(yīng)用情況；通過搭建TBM施工信息管理云平臺，開展數(shù)據(jù)挖掘與分析，結(jié)合實際工程項目討論了TBM掘進(jìn)參數(shù)、支護(hù)等級、掘進(jìn)姿態(tài)的智能控制技術(shù)與決策方法，闡述了TBM輔助智能化施工系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用情況。

本書是一部較系統(tǒng)介紹全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在不同地質(zhì)地層施工技術(shù)的著作。內(nèi)容包括全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)作業(yè)對象及特點、隧道勘測簡介、隧道全斷面施工方法、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工前的技術(shù)準(zhǔn)備、全斷面盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的性能、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)、復(fù)合地層隧道的全斷面機(jī)械化施工技術(shù)，最后介紹了全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工工程的典型實例。本書可供從事機(jī)械專業(yè)及鐵路公路隧道、城市地下鐵道、水利電力引輸水隧洞、煤礦巷道等地下工程施工專業(yè)的工程技術(shù)人員和高校師生閱讀參考。

前 言

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)是用于鐵路公路隧道、城市地下鐵道、水利電力引輸水隧洞、煤礦巷道等地下工程施工的大型機(jī)械化施工設(shè)備。一般是指用于巖石地質(zhì)地層施工的全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(Full Face Rock Tunnel Boring Machine，簡稱TBM)和用于土質(zhì)地層或混合地層施工的全斷面盾構(gòu)機(jī)(簡稱盾構(gòu)，Shield)。

全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)于20世紀(jì)中葉，由于其在巖質(zhì)地層施工中所表現(xiàn)出來的優(yōu)越性能，在國外得到了從事這樣地層施工的工程承包商的重視，因此發(fā)展相對較快，并且基本上已成為定型了的系列化產(chǎn)品，只要給出隧道(洞)的幾何參數(shù)和所穿越巖石地層的地質(zhì)地層技術(shù)參數(shù)和相關(guān)地質(zhì)狀況，就能設(shè)計制造，交貨周期10個月左右。

盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展歷史可追溯到1823年，但是全斷面機(jī)械化隧道盾構(gòu)機(jī)也是在20世紀(jì)才發(fā)展起來的。盾構(gòu)機(jī)原設(shè)計思想是以土質(zhì)地層為主，即軟弱質(zhì)地層，如塑性地層、砂等地質(zhì)地層。盾構(gòu)機(jī)主要應(yīng)用于城市地下污水管道、城市地下鐵道等的工程施工。

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了一個曲折的歷程，特別是全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，盡管埋在地下的事故不多，但卻引起過工程承包商、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計機(jī)構(gòu)及其制造商的高度重視，從而加快了全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)和施工技術(shù)的發(fā)展。近代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是數(shù)字技術(shù)、可視化技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢應(yīng)該是進(jìn)一步提高其對地質(zhì)地層的適應(yīng)性。有些國家的設(shè)計制造廠商正在朝此方向努力，爭取設(shè)計出通用(萬能)的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)--適應(yīng)于各種地質(zhì)地層的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，現(xiàn)在的混合式盾構(gòu)機(jī)應(yīng)該是其最基本的初級形式。

近年來，由于我國對基礎(chǔ)建設(shè)工程規(guī)模的擴(kuò)大和進(jìn)一步深入，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)及其施工技術(shù)得到了政府和相關(guān)部門的重視。20世紀(jì)90年代，西安--安康鐵路中的秦嶺隧道工程使用的是從德國引進(jìn)的兩臺TB880E全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)和山西省萬家寨引黃工程中所使用的全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)等，在工程施工中的成功應(yīng)用，以及城市地下鐵道采用盾構(gòu)施工技術(shù)的進(jìn)一步完善，應(yīng)該是我們國家在21世紀(jì)發(fā)展全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)及其施工技術(shù)的良好開端。

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)是集機(jī)、電、液、光于一體的大型復(fù)雜機(jī)械化地下工程施工設(shè)備，第一章就其基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了探討，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工對其作業(yè)對象的地質(zhì)地層特點和狀況非常敏感，第二章就這部分內(nèi)容進(jìn)行了介紹；全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工工程一般情況下也可以采用傳統(tǒng)的鉆爆進(jìn)行施工，這兩種施工方法對隧洞的勘測和規(guī)劃有著一定影響，第三章探討了這部分內(nèi)容；考慮隧洞的幾何尺寸和形狀、隧洞施工用機(jī)械設(shè)備的不同，隧洞的全斷面施工有著不同的施工方法，第四章就這部分內(nèi)容進(jìn)行了簡述；全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)屬特大型機(jī)械化施工設(shè)備，適用地質(zhì)條件和地質(zhì)地層狀況針對性較強(qiáng)，一般情況下都是"量體裁衣"，從設(shè)計制造、運輸?shù)桨惭b就位，周期相對較長，需要作較細(xì)致的施工前的技術(shù)準(zhǔn)備工作，第五章探討了這部分內(nèi)容；以土質(zhì)為主的地質(zhì)地層和以巖石質(zhì)為主的地質(zhì)地層及土質(zhì)和巖石質(zhì)互層的地質(zhì)地層的施工設(shè)備和施工技術(shù)是不同的，第六章、第八章和第九章分別對之進(jìn)行了探討；第七章探討的是全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)；第十章介紹了全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工實例。

展望21世紀(jì)，由于我國城市化規(guī)模的加快，基礎(chǔ)建設(shè)力度的加大，西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，城市地下鐵道的公里數(shù)將會擴(kuò)大，鐵路公路隧道的長度和數(shù)量都會增多，大型水電站和水利設(shè)施所需的隧洞工程施工周期將會要求盡可能的縮短?？v觀這些大型地下工程，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)作為這樣工程施工的主力機(jī)械設(shè)備將會發(fā)揮更大的作用。這一愿望的實現(xiàn)，不僅需要性能良好的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)和對地質(zhì)地層狀況的客觀準(zhǔn)確勘測，更需要既掌握全

斷面隧道掘進(jìn)機(jī)性能又掌握其在不同地質(zhì)地層中掘進(jìn)時的施工技術(shù)。在這些方面，國內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行了深入研究和相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我們的相關(guān)研究，編著成此書， 以期能為我們國家全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展和地下工程建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

本書承華北電力大學(xué)(北京)葉定海副教授，水利部發(fā)展研究中心李仕森教授級高工等的審閱，在他們的大力幫助和支持下，本書得以早日修改完成。此書在出版過程中還得到楊永江同志的大力支持和幫助。華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室、能源的安全與清潔利用北京市重點實驗室給予了資助，謹(jǐn)此一并致謝。

本書雖經(jīng)反復(fù)修改，數(shù)易其稿，仍難免疏漏甚或失誤之處，敬請讀者指正。

作 者

2005年7月

本書是關(guān)于介紹“隧道掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)”的教學(xué)用書，全書共分10章，對土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)、泥水盾構(gòu)施工技術(shù)、硬巖隧道及盾構(gòu)法隧道的運輸技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，特別是結(jié)合具體工程實例，闡述了復(fù)合盾構(gòu)在復(fù)雜地層中施工和大直徑盾構(gòu)在軟土地區(qū)進(jìn)行盾構(gòu)法隧道施工的最新技術(shù)和進(jìn)展。書中論述的隧道施工技術(shù)，基本代表了中國當(dāng)今最新的盾構(gòu)法隧道的施工水平。

文中給出的實例均為隧道工程施工經(jīng)驗總結(jié)，條理清楚，數(shù)據(jù)齊全，針對具體工程實例給出了詳細(xì)分析，對隧道工程設(shè)計、施工和管理都有較大的借鑒價值。

本書可供城市地鐵隧道、越江越海隧道、取排水隧道、硬巖隧道和公共事業(yè)等隧道設(shè)計與施工的工程技術(shù)人員、施工人員、科研人員及大專院校有關(guān)專業(yè)師生作技術(shù)參考。

第1章 隧道掘進(jìn)機(jī)選型

1.1 隧道掘進(jìn)機(jī)類型和對地層適應(yīng)性

1.2 隧道掘進(jìn)機(jī)選型

第2章 圓形土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)

2.1 概述

2.2 施工準(zhǔn)備

2.3 施工組織設(shè)計編制

2.4 建立施工測量及監(jiān)控量測系統(tǒng)

2.5 施工現(xiàn)場總體布置

2.6 盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場安裝、調(diào)試及驗收

2.7 主要施工工序及要點控制

2.8 盾構(gòu)進(jìn)出洞施工技術(shù)

2.9 特殊段施工技術(shù)

第3章 泥水平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)

3.1 概述2100433B