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簡介 1
1.1.2 TBM的出現(xiàn)和發(fā)展 2
1.2 TBM在我國的研發(fā)和應(yīng)用 5
1.2.1 我國TBM的開發(fā)研制 5
1.2.2 中外合作制造TBM 7
1.2.3 TBM在我國的應(yīng)用 9
1.3 TBM掘進能力的發(fā)展 13
1.4 TBM的應(yīng)用前景 14
參考文獻 15
第2章 TBM的分類、組成及選型 17
2.1 TBM的分類 17
2.2 TBM的運行機理和適用范圍 20
2.2.1 敞開式TBM 20
2.2.2 單護盾TBM 20
2.2.3 雙護盾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 掘進機刀具 24
2.3.2 刀盤 27
2.3.3 刀盤驅(qū)動系統(tǒng) 31
2.3.4 支撐及推進系統(tǒng) 32
2.3.5 操作系統(tǒng) 34
2.3.6 支護系統(tǒng) 35
2.3.7 后配套系統(tǒng)的組成 37
2.4 針對不同巖體條件的TBM選型 38
2.4.1 西康鐵路秦嶺I線隧道 39
2.4.2 萬家寨引黃入晉工程 40
2.4.3 大伙房水庫一期輸水隧道 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重慶地鐵六號線一期工程 54
2.4.1 3瑞士列奇堡基線隧道 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 61
第3章 TBM施工原理 64
3.1 滾刀破巖機理 64
3.1.1 單滾刀侵入巖石過程 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)化間距計算 79
3.3 TBM與巖體的相互作用 82
3.3.1 TBM刀盤掘進工地運行研究 83
3.3.2 TBM撐靴與巖體相互作用研究 84
3.3.3 TBM支護過程與巖體相互作用研究 85
參考文獻 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)力對巖體特征可掘性指數(shù)的影響 94
4.2 現(xiàn)有巖體分類系統(tǒng)對評價巖體可掘性的適用性 100
4.2.1 巖體分類系統(tǒng) 100
4.2.2 巖體分類系統(tǒng)對TBM開挖隧道巖體可掘性評價的實例 102
4.2.3 巖體分類系統(tǒng)對TBM開挖隧道巖體可掘性評價的適用性 105
4.3 困難地層的可掘特性及對施工的影響 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 完整性好的高強度高摩擦性地層 112
參考文獻 113
第5章 TBM隧道開挖巖石物理力學(xué)試驗 118
5.1 巖石脆性試驗 118
5.1.1 巖石脆性定義及表征 118
5.1.2 脆性試驗 120
5.2 巖石摩擦性試驗 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 127
5.2.4 Cerchar誠驗 127
5.2.5 LCPC摩擦性試驗 133
5.2.6 NTNU摩擦性試驗 135
5.3 巖石侵入試驗 137
5.3.1 試驗簡介 137
5.3.2 試驗原理及步驟 138
5.3.3 試驗影響因素 139
5.3.4 試驗的優(yōu)點及發(fā)展前景 140
5.4 滾刀破巖試驗 141
5.4.1 線性切割試驗機 141
5.4.2 試驗原理 142
5.4.3 試驗結(jié)果分析 144
5.5 TBM現(xiàn)場掘進試驗 147
5.5.1 試驗步驟 147
5.5.2 試驗參數(shù)的確定 148
5.5.3 試驗實例及試驗結(jié)果分析 149
參考文獻 163
第6章 巖體參數(shù)對TBM施工的影響 166
6.1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)對TBM施工的影響 166
6.1.1 巖石抗壓強度 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TBM施工的影響 168
6.2.1 節(jié)理間距對滾刀破巖影響數(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)理對掘進機開挖影響的典型實例研究 185
6.3 地應(yīng)力條件對TBM施工的影響 194
6.4 地下水條件對TBM施工的影響 195
參考文獻 195
第7章 TBM施工預(yù)測 198
7.1 TBM施工的評價指標(biāo) 198
7.1.1 掘進速度 198
7.1.2 施工進度 199
7.1.3 掘進機利用率 199
7.1.4 刀具磨損 199
7.2 TBM施工的單因素預(yù)測模型 200
7.3 TBM施工的多因素預(yù)測模型 200
7.3.1 CSM模型 200
7.3.2 NTNU模型 202
7.3.3 巖體分類預(yù)測模型 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)測模型 212
7.4.1 掘進速度預(yù)測巖體概念模型 212
7.4.2 建立數(shù)據(jù)庫 212
7.4.3 數(shù)據(jù)庫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)對掘進速度的影響 218
7.4.6 模型的局限性 222
參考文獻 222
第8章 混合地層對TBM開挖的影響 224
8.1 軟硬混合開挖地層定義及分類 224
8.2 軟硬混合地層開挖巖石破碎過程及對開挖效率的影響 227
8.2.1 第一類混合開挖地層 228
8.2.2 第二類混合開挖地層 228
8.2.3 第三類混合開挖地層 230
8.2.4 小結(jié) 230
8.3 混合地層TBM開挖施工預(yù)測模型 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 新鮮花崗巖巾的計算結(jié)果 234
8.4.3 混合地層中的計算結(jié)果 235
8.4.4 討論與結(jié)論 236
8.5 混合地層開挖實例 237
8.5.1 深埋污水隧道T05隧道段 237
8.5.2 盾構(gòu)機 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開挖時遇到的問題 242
8.5.6 混合地層開挖所遇到的典型問題 245
8.5.7 椎薦的解決方案及TBM的改進措施 247
8.5.8 TBM改進及降水措施的有效件 248
參考文獻 251
第9章 錦屏二級水電站引水隧洞TBM施工實例 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)計參數(shù) 260
9.2.1 施工排水洞TBM詳細參數(shù) 260
9.2.2 1號引水洞TBM詳細設(shè)計參數(shù) 261
9 2.3 3號引水洞TBM詳細設(shè)計參數(shù) 262
9.3 巖石室內(nèi)物理力學(xué)試驗 264
9.3.1 單軸壓縮試驗 264
9.3.2 巴西劈裂試驗 265
9.3.3 Cerchar摩擦試驗 266
9.3.4 巖爆試驗 269
9.4 TBM原位掘進試驗 283
9.4.1 1號引水隧洞TBM掘進試驗 283
9.4.2 3號引水隧洞掘進試驗 287
9.4.3 施工排水洞掘進試驗 291
9.4.4 巖石渣片篩分試驗及形狀分析 293
9.4.5 不同高地應(yīng)力條件下TBM掘進試驗結(jié)果對比分析 298
9.4.6 結(jié)語 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開挖預(yù)測 305
9.6.1 不同巖體條件段的TBM施工預(yù)測 305
9.6.2 TBM掘進試驗結(jié)果與相應(yīng)點預(yù)測結(jié)果對比分析 306
9.7 TBM開挖評價 308
9 7.1 1號、3號引水隧洞TBM施上進度 308
9.7.2 典型巖體條件段TBM開挖 311
9.7.3 典型撐靴洞擘破壞情況 315
9.7.4 TBM開挖分析 321
9.7.5 滾刀磨損分析 324
9.7.6 總結(jié) 327
參考文獻 328
附錄 329