复合地层盾构设计概论

第1章 隧道盾构工法的发展

1.1 概述

1.2 国内盾构工法的发展

1.2.1 我国隧道状况

1.2.2 我国盾构工法的发展

1.3 复合地层盾构机组的发展历程

1.3.1 广州地铁一号线的经验与教训

1.3.2 复合地层盾构

1.4 复合地层的工程地质与水文地质

1.4.1 广州地区的地质构造与地层分布

1.4.2 广州地区水文地质特征

1.4.3 广州地区工程地质和水文地质评价

第2章 复合地层盾构机组的形式及其属性

2.1 全断面隧道掘进机组

2.1.1 适合不同地层的隧道掘进机组

2.1.2 适合开挖各种抗压强度岩石的隧道掘进机组

2.2 复合地层盾构机组的属性

2.2.1 工程的环境条件

2.2.2 工程地质及水文地质

2.2.3 工程的线路平面、纵剖面、横剖面及衬砌管片结构设计条件

2.3 围岩强度与复合地层盾构机组施工

2.3.1 复合地层盾构机组对工程地质及水文地质的适应性

2.3.2 复合地层盾构机组对隧道土压的适应性

第3章 复合地层盾构机组几何设计及其基础资料

3.1 复合地层盾构机组的主要组成

3.1.1 盾构主体主要组成

3.1.2 后配套台车的主要配置

3.2 盾构主体盾壳各功能段的划分

3.2.1 切口环的功能

3.2.2 支承环的功能

3.2.3 盾尾的功能

3.3 盾构主体的几何设计

3.3.1 盾壳的外径

3.3.2 盾构主体的总长度

3.4 中折装置

3.4.1 中折装置的功能

3.4.2 中折装置的结构

3.5 盾尾密封装置

3.5.1 盾尾密封装置的功能及设计技术要求

3.5.2 盾尾密封装置结构

3.5.3 刷式密封件

3.6 设计的基础资料

3.6.1 地层稳定性、破岩机理分析的工程地质及水文地质资料

3.6.2 工程设计图纸

第4章 复合地层盾构机组破岩机理与刀具设计

4.1 破岩方式及破岩机理概述

4.1.1 切削破岩机理

4.1.2 滚压破岩机理

4.2 切刀的设计与应用

4.2.1 切刀的设计

4.2.2 切刀在复合地层中的应用

4.3 盘形滚刀的设计与应用

4.3.1 滚刀的种类

4.3.2 盘形滚刀刀刃形式及标准规格

4.3.3 典型盘形滚刀组的结构形式

4.3.4 滚刀的选材

4.3.5 盘形滚刀组合密封的设计

4.3.6 盘形滚刀轴承的选择与计算

4.3.7 典型盘形滚刀的装配与调整

4.4 复合地层盾构机组刀盘刀具的配置

4.4.1 刀盘刀具配置

4.4.2 盘形滚刀的直径和刀间距的选择

第5章 盾壳和刀盘结构设计

5.1 盾壳的设计荷载

5.1.1 垂直土压力和水平土压力

5.1.2 水压力

5.1.3 自重

5.1.4 上覆荷载

5.1.5 变向荷载

5.1.6 开挖面前方压力

5.1.7 刀盘装备扭矩

5.1.8 刀盘驱动装置装备功率的确定

5.1.9 装备总推力的确定

5.1.1 0其他荷载

5.2 盾壳结构设计

5.2.1 盾壳结构的设计原则和基本理论

5.2.2 盾壳结构设计方法

5.2.3 软土地层盾构机组的盾壳材料

5.2.4 复合地层盾构机组的盾壳材料

5.2.5 特殊环境下的盾壳选材

5.3 盾壳结构设计的许用应力

5.3.1 盾壳结构的许用应力

5.3.2 几种常用典型钢材牌号建议采用的许用应力

5.4 刀盘设计

5.4.1 刀盘的结构形式

5.4.2 刀盘的支承方式

5.4.3 刀盘结构设计

第6章 主轴承设计

6.1 刀盘主轴承的特点

6.1.1 刀盘支承的主要形式

6.1.2 刀盘主轴承的工作特点

6.1.3 刀盘主轴承的形式选择

6.2 作用于刀盘主轴承的荷载分析

6.2.1 作用于刀盘主轴承的荷载

6.2.2 刀盘主轴承设计计算荷载参数的确定

6.3 径向圆柱滚子轴承与轴向推力圆柱滚子轴承组合型刀盘主轴承的设计

6.3.1 组合型刀盘主轴承主要形式

6.3.2 组合型刀盘主轴承的设计

6.3.3 径向基本额定动荷载Cr和轴向基本额定动荷载Ca的计算

6.3.4 径向基本额定静荷载C0r和轴向基本额定静荷载C的计算

6.3.5 接触应力的验算

6.4 组合型刀盘主轴承固定螺栓组的设计

6.4.1 组合型刀盘主轴承在组合装配时固定螺栓组的预紧要求

6.4.2 固定螺栓组的设计计算

6.4.3 固定螺栓螺母材料选择

6.4.4 固定螺栓组连接紧固扳手作业空间要求

6.5 组合型刀盘主轴承材料选择和主要零部件硬度要求

6.5.1 组合型刀盘主轴承材料选择

6.5.2 组合型刀盘主轴承主要零部件硬度要求

6.6 组合型刀盘主轴承的密封设计

6.6.1 组合型刀盘主轴承密封的功能

6.6.2 组合型刀盘主轴承密封的形式及选择

6.6.3 组合型刀盘主轴承密封设计

6.7 润滑剂的选择

6.7.1 润滑剂选择的原则

……

第7章 刀盘驱动装置

第8章 盾构液压推进系统

第9章 液压、供电、控制系统

第10章 其他部分

参考文献

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当前我国进入经济高速发展时期，在铁路、公路、城市轨道交通、市政道路、水利水电、油气输送工程中，包括大江大河与海峡通道处，都要修建隧道，因而促进了我国盾构工法的应用与发展，使我们积累了相当丰富的工程经验，并总结形成了许多有价值的理论。

盾构机组特别是复合地层盾构机组，其设计与制造能力是一个国家装备制造业综合水平的反映。目前我国隧道工程中使用的盾构机，大部分仍需花费大量的外汇引进，有的虽能联合制造，但关键技术仍受制于国外，因此研发具有我国自主知识产权的盾构机组迫在眉睫。

本书作者陈韶章先生，系广州市地下铁道总公司教授级高级工程师，自1969年起就参与全断面隧道联合掘进机组和盾构机的研究与设计，特别是在广州市地下铁道总公司工作期间，组织了广州地铁复合地层盾构工程中几乎所有的重大技术方案制订工作，积累了大量的盾构技术工程应用经验，对该领域的设计理论和工法应用都进行过深入研究。

本书作者洪开荣先生，系中铁隧道集团有限公司教授级高级工程师，自1999年以来一直从事盾构工法工程实践，先后参加了八项盾构隧道（包括城市地铁隧道、过江交通隧道、跨海输气隧道等，直径从3.2 4m到6.3 m、11.2 m不等）工程施工，积累了丰富的工程经验，他还参与了国家“863”计划有关盾构机组技术的研发工作。

《复合地层盾构设计概论》为我国公开出版的一部关于盾构机组研发与设计的专著，深入论述了复合盾构的设计原理和方法，内容全面系统，涉及专业和系统多，技术领域跨度大，具有较高的参考价值。

全书共分10章，分别为隧道盾构工法的发展，复合地层盾构机组的分类及其属性，复合地层盾构机组几何设计及其基础资料，复合地层盾构机破岩机理与刀具设计，盾壳和刀盘结构设计，主轴承设计，刀盘驱动装置，盾构液压推进系统，液压、供电、控制系统及其他部分。

《复合地层盾构设计概论》可供我国研发具有自主知识产权盾构机组的科技人员参考。

广州号称国内地铁城市的地质“博物馆”，且城区建(构)筑物密集，导致盾构工程在设计及实施阶段，不可避免地遇到很多未曾经历的技术难题，工程风险和难度巨大，艰苦实践的经验教训非常多，在探索并尝试了许多新工法、新工艺之后，盾构设计和施工技术得到很大提升，已施工的120km盾构隧道的经验和教训，对其他城市的地铁建设十分有借鉴意义。

结合广州复杂的周边环境及复杂的工程水文地质条件，廖鸿雁编著的《复合地层盾构技术——广州地铁盾构工程的探索与实践》重点介绍复合地层盾构工程的设计方案；对硬岩、岩溶、花岗质岩等困难地层的处理方案；盾构始发、到达的新技术、新材料；先隧后站技术，上下重叠、小曲率半径、大坡度、小间距盾构隧道的实施方案。针对国内地铁市场的旧盾构机越来越多的状况，《复合地层盾构技术——广州地铁盾构工程的探索与实践》也总结了广州地铁对旧盾构机的选用和改造经验。

本书共分6章，分别从孤石、基岩凸起地层概述，岩体勘探技术，环保爆破技术，爆破技术数值模拟分析，爆破后盾构掘进技术和工程应用六个方面对复合地层盾构隧道隐蔽岩体环保爆破新技术进行了详细介绍。

本书可供从事盾构隧道工程的技术人员、科研人员参考和借鉴，也可作为大中专院校相关专业师生的参考用书。