目錄
序一
序二
前言
第1章 TBM的發(fā)展及展望 1
1.1 TBM的發(fā)展 1
1.1.1 TBM簡(jiǎn)介 1
1.1.2 TBM的出現(xiàn)和發(fā)展 2
1.2 TBM在我國(guó)的研發(fā)和應(yīng)用 5
1.2.1 我國(guó)TBM的開(kāi)發(fā)研制 5
1.2.2 中外合作制造TBM 7
1.2.3 TBM在我國(guó)的應(yīng)用 9
1.3 TBM掘進(jìn)能力的發(fā)展 13
1.4 TBM的應(yīng)用前景 14
參考文獻(xiàn) 15
第2章 TBM的分類(lèi)、組成及選型 17
2.1 TBM的分類(lèi) 17
2.2 TBM的運(yùn)行機(jī)理和適用范圍 20
2.2.1 敞開(kāi)式TBM 20
2.2.2 單護(hù)盾TBM 20
2.2.3 雙護(hù)盾TBM 21
2.2.4 土壓平衡盾構(gòu) 22
2.2.5 泥水平衡盾構(gòu) 22
2.2.6 復(fù)合式盾構(gòu)或TBM 23
2.3 典型TBM的組成 23
2.3.1 掘進(jìn)機(jī)刀具 24
2.3.2 刀盤(pán) 27
2.3.3 刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 31
2.3.4 支撐及推進(jìn)系統(tǒng) 32
2.3.5 操作系統(tǒng) 34
2.3.6 支護(hù)系統(tǒng) 35
2.3.7 后配套系統(tǒng)的組成 37
2.4 針對(duì)不同巖體條件的TBM選型 38
2.4.1 西康鐵路秦嶺I線(xiàn)隧道 39
2.4.2 萬(wàn)家寨引黃入晉工程 40
2.4.3 大伙房水庫(kù)一期輸水隧道 42
2.4.4 新疆中天山隧道 43
2.4.5 陜西引紅濟(jì)石工程 44
2.4.6 甘肅省引火人秦工程 46
2.4.7 甘肅省引洮供水一期工程 47
2.4.8 青海省引火濟(jì)湟調(diào)水工程 49
2.4.9 昆明市掌鳩河引供水上程上公山隧道 50
2.4.1 0新疆伊犁大坂引水隧道工程 52
2.4.1 1蘭渝鐵路西秦嶺隧道 53
2.4.1 2重慶地鐵六號(hào)線(xiàn)一期工程 54
2.4.1 3瑞士列奇堡基線(xiàn)隧道 55
2.4.1 4俞灣北宜高速公路雪山隧道 56
2.4.1 5南非萊索托引水隧洞 58
參考文獻(xiàn) 61
第3章 TBM施工原理 64
3.1 滾刀破巖機(jī)理 64
3.1.1 單滾刀侵入巖石過(guò)程 65
3.1.2 滾刀切割理論 67
3.1.3 滾刀幾何參數(shù)及巖石參數(shù)對(duì)破巖的影響 70
3.2 滾刀破巖數(shù)值模擬 72
3.2.1 離散單元法 73
3.2.2 單滾刀侵入的數(shù)值模擬 74
3.2.3 雙滾刀間巖片形成的數(shù)值模擬 77
3.2.4 雙滾刀優(yōu)化間距計(jì)算 79
3.3 TBM與巖體的相互作用 82
3.3.1 TBM刀盤(pán)掘進(jìn)工地運(yùn)行研究 83
3.3.2 TBM撐靴與巖體相互作用研究 84
3.3.3 TBM支護(hù)過(guò)程與巖體相互作用研究 85
參考文獻(xiàn) 86
第4章 巖體的可掘特性分析 89
4.1 巖體的可掘性 89
4.1.1 巖體特征可掘性指數(shù) 90
4.1.2 高地應(yīng)力對(duì)巖體特征可掘性指數(shù)的影響 94
4.2 現(xiàn)有巖體分類(lèi)系統(tǒng)對(duì)評(píng)價(jià)巖體可掘性的適用性 100
4.2.1 巖體分類(lèi)系統(tǒng) 100
4.2.2 巖體分類(lèi)系統(tǒng)對(duì)TBM開(kāi)挖隧道巖體可掘性評(píng)價(jià)的實(shí)例 102
4.2.3 巖體分類(lèi)系統(tǒng)對(duì)TBM開(kāi)挖隧道巖體可掘性評(píng)價(jià)的適用性 105
4.3 困難地層的可掘特性及對(duì)施工的影響 106
4.3.1 密集節(jié)理化巖體 106
4.3.2 大變形地層 107
4.3.3 巖溶地層 109
4.3.4 斷層破碎帶 111
4.3.5 完整性好的高強(qiáng)度高摩擦性地層 112
參考文獻(xiàn) 113
第5章 TBM隧道開(kāi)挖巖石物理力學(xué)試驗(yàn) 118
5.1 巖石脆性試驗(yàn) 118
5.1.1 巖石脆性定義及表征 118
5.1.2 脆性試驗(yàn) 120
5.2 巖石摩擦性試驗(yàn) 122
5.2.1 巖石的摩擦性 122
5.2.2 確定巖石摩擦性的地質(zhì)方法 123
5.2.3 Vickers試驗(yàn) 127
5.2.4 Cerchar誠(chéng)驗(yàn) 127
5.2.5 LCPC摩擦性試驗(yàn) 133
5.2.6 NTNU摩擦性試驗(yàn) 135
5.3 巖石侵入試驗(yàn) 137
5.3.1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介 137
5.3.2 試驗(yàn)原理及步驟 138
5.3.3 試驗(yàn)影響因素 139
5.3.4 試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展前景 140
5.4 滾刀破巖試驗(yàn) 141
5.4.1 線(xiàn)性切割試驗(yàn)機(jī) 141
5.4.2 試驗(yàn)原理 142
5.4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 144
5.5 TBM現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)試驗(yàn) 147
5.5.1 試驗(yàn)步驟 147
5.5.2 試驗(yàn)參數(shù)的確定 148
5.5.3 試驗(yàn)實(shí)例及試驗(yàn)結(jié)果分析 149
參考文獻(xiàn) 163
第6章 巖體參數(shù)對(duì)TBM施工的影響 166
6.1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)TBM施工的影響 166
6.1.1 巖石抗壓強(qiáng)度 166
6.1.2 巖石的脆性 166
6.1.3 者石的其他物理力學(xué)性質(zhì) 167
6.2 節(jié)理性質(zhì)對(duì)TBM施工的影響 168
6.2.1 節(jié)理間距對(duì)滾刀破巖影響數(shù)值模擬 169
6.2.2 節(jié)理方向?qū)�滾刀破巖影響數(shù)值模擬 176
6.2.3 節(jié)理對(duì)掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖影響的典型實(shí)例研究 185
6.3 地應(yīng)力條件對(duì)TBM施工的影響 194
6.4 地下水條件對(duì)TBM施工的影響 195
參考文獻(xiàn) 195
第7章 TBM施工預(yù)測(cè) 198
7.1 TBM施工的評(píng)價(jià)指標(biāo) 198
7.1.1 掘進(jìn)速度 198
7.1.2 施工進(jìn)度 199
7.1.3 掘進(jìn)機(jī)利用率 199
7.1.4 刀具磨損 199
7.2 TBM施工的單因素預(yù)測(cè)模型 200
7.3 TBM施工的多因素預(yù)測(cè)模型 200
7.3.1 CSM模型 200
7.3.2 NTNU模型 202
7.3.3 巖體分類(lèi)預(yù)測(cè)模型 208
7.3.4 Gehring模型 208
7.3.5 概率模型 211
7.3.6 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 211
7.4 巖體特性預(yù)測(cè)模型 212
7.4.1 掘進(jìn)速度預(yù)測(cè)巖體概念模型 212
7.4.2 建立數(shù)據(jù)庫(kù) 212
7.4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)中巖體的可掘特性分析 216
7.4.4 回歸分析結(jié)果 216
7.4.5 巖體參數(shù)對(duì)掘進(jìn)速度的影響 218
7.4.6 模型的局限性 222
參考文獻(xiàn) 222
第8章 混合地層對(duì)TBM開(kāi)挖的影響 224
8.1 軟硬混合開(kāi)挖地層定義及分類(lèi) 224
8.2 軟硬混合地層開(kāi)挖巖石破碎過(guò)程及對(duì)開(kāi)挖效率的影響 227
8.2.1 第一類(lèi)混合開(kāi)挖地層 228
8.2.2 第二類(lèi)混合開(kāi)挖地層 228
8.2.3 第三類(lèi)混合開(kāi)挖地層 230
8.2.4 小結(jié) 230
8.3 混合地層TBM開(kāi)挖施工預(yù)測(cè)模型 231
8.4 混合地層中滾刀差異受力數(shù)值分析 232
8.4.1 數(shù)值分析模型 232
8.4.2 新鮮花崗巖巾的計(jì)算結(jié)果 234
8.4.3 混合地層中的計(jì)算結(jié)果 235
8.4.4 討論與結(jié)論 236
8.5 混合地層開(kāi)挖實(shí)例 237
8.5.1 深埋污水隧道T05隧道段 237
8.5.2 盾構(gòu)機(jī) 238
8.5.3 區(qū)域地質(zhì)特征 240
8.5.4 T05隧道巖土工程勘察 241
8.5.5 TBM開(kāi)挖時(shí)遇到的問(wèn)題 242
8.5.6 混合地層開(kāi)挖所遇到的典型問(wèn)題 245
8.5.7 椎薦的解決方案及TBM的改進(jìn)措施 247
8.5.8 TBM改進(jìn)及降水措施的有效件 248
參考文獻(xiàn) 251
第9章 錦屏二級(jí)水電站引水隧洞TBM施工實(shí)例 253
9.1 引水隧洞區(qū)的工程地質(zhì)條件 255
9.1.1 地形地貌 255
9.1.2 地層巖性 256
9.1.3 地質(zhì)構(gòu)造 257
9.1.4 地下水條件 257
9.1.5 地應(yīng)力條件 258
9.2 TBM設(shè)計(jì)參數(shù) 260
9.2.1 施工排水洞TBM詳細(xì)參數(shù) 260
9.2.2 1號(hào)引水洞TBM詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù) 261
9 2.3 3號(hào)引水洞TBM詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù) 262
9.3 巖石室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn) 264
9.3.1 單軸壓縮試驗(yàn) 264
9.3.2 巴西劈裂試驗(yàn) 265
9.3.3 Cerchar摩擦試驗(yàn) 266
9.3.4 巖爆試驗(yàn) 269
9.4 TBM原位掘進(jìn)試驗(yàn) 283
9.4.1 1號(hào)引水隧洞TBM掘進(jìn)試驗(yàn) 283
9.4.2 3號(hào)引水隧洞掘進(jìn)試驗(yàn) 287
9.4.3 施工排水洞掘進(jìn)試驗(yàn) 291
9.4.4 巖石渣片篩分試驗(yàn)及形狀分析 293
9.4.5 不同高地應(yīng)力條件下TBM掘進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析 298
9.4.6 結(jié)語(yǔ) 299
9.5 基于TBM破巖規(guī)律的引水隧洞巖體分段 300
9.6 引水隧洞TBM開(kāi)挖預(yù)測(cè) 305
9.6.1 不同巖體條件段的TBM施工預(yù)測(cè) 305
9.6.2 TBM掘進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)點(diǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析 306
9.7 TBM開(kāi)挖評(píng)價(jià) 308
9 7.1 1號(hào)、3號(hào)引水隧洞TBM施上進(jìn)度 308
9.7.2 典型巖體條件段TBM開(kāi)挖 311
9.7.3 典型撐靴洞擘破壞情況 315
9.7.4 TBM開(kāi)挖分析 321
9.7.5 滾刀磨損分析 324
9.7.6 總結(jié) 327
參考文獻(xiàn) 328
附錄 329