盾构隧道工程

　　本书以我国城市轨道交通、铁路、公路、地下综合管廊等行业标准为依据，系统全面地介绍了国内外盾构隧道工程的发展、盾构隧道工程勘察、隧道结构设计、盾构机构造及工作原理、盾构机选型、盾构掘进与管片拼装、壁后注浆、盾构渣土改良及资源化再利用、盾构泥水处理、地层沉降及控制、运营管理与病害整治等内容。尤其是在盾构机选型、复杂地层盾构掘进、渣土改良、壁后注浆等方面介绍了一系列先进科研成果，并结合技术发展现状， 通过较多的典型工程案例进行了较为深入的介绍。本书可以作为从事盾构隧道工程设计、施工和研究的专业技术人员的参考书，也可作为普通高等学校土木工程、城市地下空间工程等专业教材和参考书。

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目录
第1章  绪  论  / 1
1.1  概述  / 1
1.2  盾构机类型  / 2
1.3  盾构机的发展历史  / 4
    1.3.1  国外发展历史  / 4
    1.3.2  我国发展历史  / 9
1.4  盾构机的技术发展趋势  / 11
1.5  全书内容框架  / 16
思考题  / 17
参考文献  / 17
第2章  盾构隧道工程勘察设计  / 19
2.1  盾构隧道工程勘察的目的  / 19
2.2  盾构隧道工程勘察的内容和方法  / 19
    2.2.1  勘察内容  / 19
    2.2.2  主要勘测手段  / 23
    2.2.3  盾构隧道工程勘察成果及资料要求  / 26
2.3  工程地质条件评价  / 30
    2.3.1  工程地质评价内容  / 30
    2.3.2  常见地层对盾构施工的影响  / 31
2.4  盾构隧道断面与线形设计  / 33
    2.4.1  盾构隧道分类  / 33
    2.4.2  盾构隧道断面形状  / 34
    2.4.3  盾构隧道线形设计  / 35
2.5  补充勘察工程案例  / 39
    2.5.1  工程概况  / 39
    2.5.2  补充勘察目的  / 39
    2.5.3  勘察和溶洞处理验证及完成工作量  / 40
    2.5.4  工程地质条件  / 42
    2.5.5  水文地层条件  / 43
    2.5.6  溶洞处理试验方法和结果  / 44
    2.5.7  盾构施工建议  / 44
思考题  / 44
参考文献  / 45
第3章  盾构机构造与工作原理  / 46
3.1  盾构机组成  / 46
3.2  盾构机基本构造  / 47
    3.2.1  盾构机基本构造  / 47
    3.2.2  后配套系统  / 60
    3.2.3  盾构施工远程监控系统  / 61
3.3  盾构机主要工作原理  / 62
    3.3.1  土压平衡盾构  / 62
    3.3.2  泥水平衡盾构机  / 63
3.4  特殊盾构  / 64
思考题  / 66
参考文献  / 67
第4章  盾构机选型  / 68
4.1  盾构机选型要求、 原则与依据  / 68
    4.1.1  盾构机选型要求  / 68
    4.1.2  盾构机选型原则  / 69
    4.1.3  盾构机选型依据  / 69
4.2  盾构机类型选择  / 72
    4.2.1  盾构机选型影响因素  / 72
    4.2.2  两类盾构机适应性扩展  / 74
4.3  盾构机构造选型  / 76
    4.3.1  刀盘选型  / 76
    4.3.2  刀具选型  / 78
    4.3.3  盾构出渣系统选型  / 82
    4.3.4  其他主要配置选型  / 84
4.4  盾构选型新技术  / 88
    4.4.1  刀盘刀具设计与选型技术  / 88
    4.4.2  刀具新结构及新材料  / 90
    4.4.3  刀具状态检测技术  / 91
4.5  常见地层盾构选型实例  / 91
    4.5.1  上软下硬地层盾构选型——土压平衡盾构  / 91
    4.5.2  下穿水体盾构选型——泥水平衡盾构  / 100
思考题  / 105
参考文献  / 105
第5章  盾构隧道衬砌结构形式及设计  / 107
5.1  盾构隧道衬砌类型与材料  / 107
    5.1.1  盾构隧道衬砌结构类型  / 107
    5.1.2  装配式管片衬砌材料  / 110
5.2  管片的类型、 特征  / 112
    5.2.1  管片的分类方法  / 112
    5.2.2  不同断面形状管片的特征  / 113
    5.2.3  管片环的构造特征  / 115
5.3  管片接缝及防水  / 117
    5.3.1  管片连接形式  / 117
    5.3.2  管片环的接缝  / 122
    5.3.3  管片衬砌环组合形式  / 123
    5.3.4  管片衬砌防水  / 124
5.4  盾构隧道围岩压力计算  / 126
    5.4.1  荷载假定  / 126
    5.4.2  荷载计算方法  / 127
5.5  盾构管片内力计算  / 135
    5.5.1  盾构管片结构内力计算方法简介  / 135
    5.5.2  惯用及修正惯用计算法  / 136
    5.5.3  多铰接环计算方法  / 138
    5.5.4  弹性铰圆环计算方法  / 139
    5.5.5  梁-弹簧模型计算方法  / 141
    5.5.6  数值模拟计算方法  / 144
    5.5.7  管片内力计算工程案例  / 147
5.6  管片配筋与结构设计  / 154
    5.6.1  管片设计原则  / 154
    5.6.2  管片配筋计算  / 154
    5.6.3  接缝断面设计  / 155
    5.6.4  管片细节设计  / 155
5.7  盾构隧道联络通道设计  / 158
    5.7.1  联络通道设计原则  / 158
    5.7.2  联络通道设计要点  / 159
    5.7.3  联络通道结构形式  / 159
5.8  盾构隧道抗震设计  / 160
    5.8.1  地震系数法  / 161
    5.8.2  反应位移法  / 161
    5.8.3  围岩应变传递法  / 162
    5.8.4  地基抗力系数法  / 162
    5.8.5  动力有限元法  / 162
思考题  / 162
参考文献  / 163
第6章  盾构始发与接收  / 164
6.1  盾构工作井  / 165
    6.1.1  围护桩  / 165
    6.1.2  地下连续墙法  / 169
    6.1.3  沉井法  / 177
6.2  盾构隧道端头加固  / 180
    6.2.1  端头加固工法  / 180
    6.2.2  端头加固验算  / 190
    6.2.3  端头加固范围  / 196
    6.2.4  加固土体效果检查  / 200
    6.2.5  端头加固验算案例  / 201
6.3  盾构始发装置及技术控制  / 202
    6.3.1  盾构始发装置  / 202
    6.3.2  始发掘进控制  / 207
6.4  盾构接收装置及技术控制  / 215
    6.4.1  盾构接收装置  / 215
    6.4.2  接收控制  / 216
    6.4.3  盾构解体  / 216
6.5  特殊条件下盾构始发接收技术  / 217
    6.5.1  钢套筒辅助盾构始发接收技术  / 217
    6.5.2  叠线隧道接收技术  / 219
    6.5.3  盾构地表接收技术  / 220
    6.5.4  过站技术  / 222
    6.5.5  空推接收技术  / 224
思考题  / 225
参考文献  / 225
第7章  盾构掘进与管片拼装  / 228
7.1  土压平衡盾构掘进  / 228
    7.1.1  掘进参数的计算与选取  / 228
    7.1.2  土压平衡盾构平衡控制  / 234
    7.1.3  掘进模式的选择  / 237
7.2  泥水平衡盾构掘进  / 238
    7.2.1  掘进时切口泥水仓压力管理  / 238
    7.2.2  掘土量管理  / 239
7.3  管片运输与拼装  / 241
    7.3.1  管片的存储与运输  / 241
    7.3.2  管片拼装作业  / 241
    7.3.3  管片排版  / 243
    7.3.4  管片拼装误差及其控制  / 247
7.4  盾构开仓换刀  / 249
    7.4.1  开仓换刀原因  / 249
    7.4.2  开仓换刀方法  / 249
    7.4.3  开仓换刀工艺  / 250
7.5  联络通道施工  / 252
    7.5.1  联络通道的功能  / 252
    7.5.2  联络通道的施工方法  / 252
7.6  监控量测  / 254
    7.6.1  隧道环境监控量测  / 255
    7.6.2  隧道结构监控量测  / 259
7.7  特殊条件下盾构施工技术及实例  / 260
    7.7.1  盾构法施工常见特殊条件  / 260
    7.7.2  上软下硬地层盾构隧道施工  / 261
    7.7.3  砂卵石地层盾构隧道施工  / 263
    7.7.4  穿越基岩、 孤石等障碍物盾构隧道施工  / 266
    7.7.5  溶洞地层盾构隧道施工  / 268
    7.7.6  瓦斯地层盾构隧道施工  / 270
    7.7.7  小间距并行盾构隧道施工  / 272
    7.7.8  小半径曲线盾构隧道施工  / 275
    7.7.9  下穿既有建（构）筑物的盾构隧道施工  / 278
思考题  / 281
参考文献  / 282
第8章  盾构壁后注浆  / 283
8.1  壁后注浆的目的及分类  / 283
    8.1.1  盾构壁后注浆的目的  / 283
    8.1.2  盾构壁后注浆的分类  / 284
8.2  壁后注浆材料及性能需求  / 285
    8.2.1  壁后注浆材料及其适用性  / 285
    8.2.2  壁后注浆材料性能指标  / 288
    8.2.3  壁后注浆材料基本性能测试  / 288
    8.2.4  典型盾构工程注浆材料配合比  / 289
8.3  壁后注浆常用设备  / 290
    8.3.1  拌浆设备  / 290
    8.3.2  注入设备  / 291
    8.3.3  控制系统  / 293
    8.3.4  注意事项  / 295
8.4  盾构壁后注浆施工与控制  / 295
    8.4.1  壁后注浆工艺参数控制  / 295
    8.4.2  注浆施工组织与管理  / 296
    8.4.3  管片壁后注浆效果评价  / 298
    8.4.4  常见问题及解决措施  / 299
8.5  盾构壁后注浆过程优化技术与案例应用  / 299
    8.5.1  配合比求解  / 299
    8.5.2  案例应用  / 300
思考题  / 303
参考文献  / 303
第9章  盾构渣土改良及资源化再利用  / 305
9.1  渣土改良的原因  / 305
9.2  盾构渣土特性  / 307
    9.2.1  渣土的组成  / 307
    9.2.2  渣土的物理力学性质  / 308
9.3  渣土改良剂的类型和技术参数  / 309
    9.3.1  渣土改良剂的类型  / 309
    9.3.2  渣土改良技术参数及确定  / 311
    9.3.3  渣土改良剂地层适应性  / 313
9.4  渣土改良装置  / 314
    9.4.1  泡沫注入系统  / 314
    9.4.2  黏土矿物类注入系统  / 315
    9.4.3  分散剂、 絮凝剂注入系统  / 315
9.5  渣土改良评价指标及确定方法  / 316
    9.5.1  塑流性  / 316
    9.5.2  渗透性  / 318
    9.5.3  磨损性  / 318
    9.5.4  黏附性  / 319
    9.5.5  抗剪强度  / 322
    9.5.6  压缩性  / 324
    9.5.7  盾构掘进参数  / 324
    9.5.8  盾构渣土评价方法总结  / 325
9.6  渣土改良下盾构掘进及地层响应  / 327
    9.6.1  改良渣土力学行为仿真  / 327
    9.6.2  渣土改良下盾构掘进参数和地层响应  / 328
9.7  盾构渣土资源化再利用  / 328
    9.7.1  再利用的意义  / 328
    9.7.2  渣土资源化再利用方式及案例  / 328
9.8  盾构掘进渣土改良实例  / 332
    9.8.1  工程概况  / 332
    9.8.2  改良剂选型  / 333
    9.8.3  改良参数确定  / 334
    9.8.4  盾构渣土改良参数  / 336
    9.8.5  渣土改良效果分析  / 336
9.9  盾构渣土改良技术问题  / 338
思考题  / 339
参考文献  / 340
第10章  泥水平衡盾构泥浆处置  / 343
10.1  概述  / 343
10.2  泥水平衡盾构掘进泥浆  / 344
    10.2.1  掘进泥浆的作用  / 344
    10.2.2  掘进泥浆的组成  / 345
    10.2.3  掘进泥浆性能及指标  / 346
    10.2.4  掘进泥浆性能要求  / 347
10.3  泥浆处理场地布置及设备  / 348
    10.3.1  泥浆处理场地布置  / 348
    10.3.2  泥浆处理设备  / 349
10.4  盾构废弃泥浆再利用研究  / 354
    10.4.1  废弃泥浆在壁后注浆中的再利用  / 354
    10.4.2  废弃泥浆在路基工程中的再利用  / 355
    10.4.3  废弃泥浆在填海料中的再利用  / 356
10.5  盾构泥浆处理典型实例分析  / 357
    10.5.1  工程概况  / 357
    10.5.2  工程地质  / 357
    10.5.3  泥浆处置  / 358
    10.5.4  现场泥浆处理效果  / 360
思考题  / 361
参考文献  / 361
第11章  盾构隧道施工环境影响及控制  / 362
11.1  盾构隧道施工地层变形  / 362
11.2  盾构隧道施工地层损失  / 363
    11.2.1  盾构施工地层损失概念与组成  / 363
    11.2.2  盾构施工地层损失率计算方法  / 364
    11.2.3  计算案例  / 368
11.3  盾构施工地层位移预测方法  / 370
    11.3.1  经验公式法  / 370
    11.3.2  随机介质理论方法  / 373
    11.3.3  解析法  / 377
    11.3.4  数值模拟分析方法  / 382
    11.3.5  模型实验法  / 383
    11.3.6  其他方法  / 383
11.4  盾构隧道施工对既有建（构）筑物的影响评价  / 384
    11.4.1  盾构施工对建（构）筑物影响的表现形式  / 385
    11.4.2  建（构）筑物变形损坏的评价方法  / 386
11.5  盾构隧道施工地层变形控制常见方法  / 391
    11.5.1  地层变形控制常见方法  / 391
    11.5.2  盾构掘进参数控制方法  / 392
    11.5.3  地层加固方法  / 394
思考题  / 395
参考文献  / 395
第12章  盾构隧道结构病害及整治  / 398
12.1  盾构隧道衬砌结构常见病害成因及防控  / 398
    12.1.1  管片环缝不齐整  / 398
    12.1.2  管片纵缝不齐整  / 399
    12.1.3  管片裂缝  / 399
    12.1.4  管片错台  / 403
    12.1.5  管片接头损坏  / 404
    12.1.6  管片渗漏水  / 404
    12.1.7  管片腐蚀  / 405
    12.1.8  管片冻害  / 405
12.2  盾构管片衬砌结构病害调查  / 406
    12.2.1  病害调查目的  / 406
    12.2.2  主要病害检测方法  / 406
12.3  盾构隧道结构安全评价  / 408
    12.3.1  盾构隧道衬砌结构的安全监测  / 408
    12.3.2  盾构隧道衬砌结构安全评价内容  / 409
    12.3.3  盾构隧道衬砌结构典型病害分级标准  / 409
12.4  盾构隧道结构病害整治方法  / 412
    12.4.1  管片衬砌病害的整治原则  / 412
    12.4.2  衬砌裂损整治  / 412
    12.4.3  管片漏水整治  / 413
    12.4.4  管片衬砌腐蚀整治  / 414
    12.4.5  管片结构耐久性保障技术展望  / 414
思考题  / 414
参考文献  / 414