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盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土群樁的理論與實踐 版權(quán)信息
- ISBN：9787030531155
- 條形碼：9787030531155 ; 978-7-03-053115-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土群樁的理論與實踐 內(nèi)容簡介
在城市盾構(gòu)掘進施工中，常會遇到地中障礙物。其中，樁基就是*典型的一種障礙物。在能確保樁所支撐的建（構(gòu)）筑物安全和滿足功能的條件下，盾構(gòu)直接切樁通過是*理想的選擇。本書呈現(xiàn)給讀者的正是盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土橋樁的研究成果和成功案例。全書共13章，從理論分析、現(xiàn)場切樁試驗和工程驗證等角度，詳細地論述了盾構(gòu)切削“鋼筋”“混凝土”機理、新型刀具的研發(fā)及配置、盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁模式、盾構(gòu)機改造方法、現(xiàn)場盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁試驗以及盾構(gòu)切削蘇州廣濟橋14根大直徑鋼筋混凝土橋樁過程，*后介紹研究開發(fā)的與切樁密切相關(guān)的壁后注漿、渣土改良等內(nèi)容。
盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土群樁的理論與實踐 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 盾構(gòu)的起源及發(fā)展 1
1.2 盾構(gòu)技術(shù)在我國的應用 5
1.3 盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土樁問題的提出 6
參考文獻 7
第2章 盾構(gòu)切樁工程案例 8
2.1 盾構(gòu)切樁工程案例調(diào)研 8
2.2 盾構(gòu)切樁工程詳例介紹 11
2.2.1 沈陽地鐵1號線盾構(gòu)切削橋梁樁基 11
2.2.2 上海軌道交通7號線盾構(gòu)切削工業(yè)廠房樁基 12
2.2.3 上海軌道交通10號線盾構(gòu)切削簡支梁橋樁基 14
2.2.4 天津地鐵9號線盾構(gòu)被動切削房屋樁基 16
2.2.5 上海軌道交通9號線盾構(gòu)切削簡支梁橋樁基 17
2.2.6 廣州地鐵3號線盾構(gòu)切削居民樓樁基 18
2.3 調(diào)研案例與蘇州工程切樁的比較分析 19
2.4 本章小結(jié) 21
參考文獻 21
第3章 盾構(gòu)的刀盤、刀具與切削（掘削） 23
3.1 盾構(gòu)的刀盤與刀具 23
3.1.1 刀盤 23
3.1.2 刀具 24
3.2 盾構(gòu)切刀切削 25
3.2.1 切刀的種類及功能 25
3.2.2 切削機理 26
3.2.3 刀具磨損 27
3.3 盾構(gòu)滾刀掘削 29
3.3.1 滾刀的種類及功能 29
3.3.2 掘削機理 30
3.3.3 刀具磨損 30
3.4 刀盤選型原則與切削刀具的配置原理 30
3.4.1 刀盤選型原則 30
3.4.2 刀具配置原理 31
參考文獻 32
第4章盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁的可行性 34
4.1 盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁的特性 34
4.1.1 切刀切削鋼筋混凝土樁的特性 34
4.1.2 滾刀切削鋼筋混凝土樁的特性 35
4.2 切削鋼筋混凝土樁刀具的選擇 36
4.2.1 切削鋼筋混凝土樁的邊界（圍巖）條件 36
4.2.2 刀具配置具體目標 36
4.2.3 刀具選型 36
4.3 盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁可能存在的問題 38
參考文獻 40
第5章刀刃與鋼筋混凝土的相互作用及切削機理研究 41
5.1 刀刃切樁的適應性分析與選型 41
5.2 切削仿真有限元基礎 42
5.2.1 LS-DYNA動力學軟件簡介 42
5.2.2 動態(tài)接觸算法 43
5.2.3 單點高斯積分與沙漏控制 44
5.2.4 顯式求解方法與時步控制 45
5.3 刀刃切削鋼筋機理 46
5.3.1 鋼筋本構(gòu)模型 46
5.3.2 鋼筋切屑分離準則 47
5.3.3 切削鋼筋細觀模型建立 48
5.3.4 負前角刀刃切削鋼筋的機理分析 49
5.4 三維刀刃動態(tài)切削鋼筋仿真 52
5.4.1 仿真模型建立 52
5.4.2 典型刀刃動態(tài)切削鋼筋過程及特征 53
5.4.3 前角對切削鋼筋的影響規(guī)律 56
5.4.4 刃角和刃寬對切削鋼筋的影響規(guī)律 56
5.5 刀刃切削混凝土機理 59
5.5.1 混凝土的本構(gòu)模型 59
5.5.2 切削混凝土細觀模型建立 62
5.5.3 負前角刀刃切削混凝土的機理分析 63
5.6 三維刀刃動態(tài)切削混凝土仿真 64
5.6.1 典型刀刃動態(tài)切削混凝土分析 64
5.6.2 前角對切削力的影響規(guī)律 66
5.6.3 刃角和刃寬對切削力的影響規(guī)律 66
5.7 本章小結(jié) 67
參考文獻 68
第6章 新型刀具的切樁性能與磨損機理研究 70
6.1 新型切樁刀具研發(fā) 70
6.2 新型刀具切削鋼筋的力學特征與規(guī)律分析 71
6.2.1 熱力耦合分析方法 71
6.2.2 切削鋼筋模型建立 72
6.2.3 切削鋼筋效果與動態(tài)過程分析 73
6.3 切深和切速對切削鋼筋的影響規(guī)律 76
6.3.1 切深對切削鋼筋的影響規(guī)律 76
6.3.2 切速對切削鋼筋的影響規(guī)律 77
6.4 新型刀具切削混凝土的力學特征與規(guī)律分析 78
6.4.1 動態(tài)切削全過程分析 78
6.4.2 混凝土和刀具應力分析 79
6.4.3 切削力分析 79
6.5 切深對切削混凝土的影響規(guī)律 80
6.6 切樁刀具磨損機理與類型判別 81
6.7 本章小結(jié) 82
參考文獻 83
第7章 切樁主力刀具配置與掘削參數(shù)控制的理論探析 84
7.1 切樁主力刀具的布置及數(shù)量 84
7.1.1 布置方法比選 84
7.1.2 刀間距初步方案 84
7.1.3 軌跡布刀數(shù)量和相位角的設置 86
7.2 刀盤切樁受力計算模型 86
7.2.1 數(shù)學模型建立 86
7.2.2 刀具切深的確定 87
7.2.3 計算程序編制 90
7.3 推力扭矩的特征與影響因素 91
7.3.1 切樁刀數(shù)和推力扭矩的變化特征 91
7.3.2 樁身寬度對推力扭矩的影響 93
7.3.3 樁基偏移距離對推力扭矩的影響 94
7.4 不平衡力和傾覆力矩的特征與影響因素 95
7.4.1 計算方法 95
7.4.2 切削中部樁和側(cè)部樁的變化特征 96
7.4.3 樁身寬度和偏移距離的影響 97
7.5 切削參數(shù)設置和控制建議 98
7.6 本章小結(jié) 99
參考文獻 100
第8章切樁盾構(gòu)設備的適應性改造 101
8.1 所用盾構(gòu)機改造前情況 101
8.2 刀盤、刀具改造加強 103
8.2.1 切樁主力刀具配置 103
8.2.2 其他切樁刀具的設計及布置 103
8.2.3 加強改造后的刀盤、刀具裝配圖 105
8.3 螺旋輸送機改造 105
8.3.1 改造方案探討 105
8.3.2 改造實施具體方案 106
8.4 其他改造措施 107
8.5 刀盤剛度加強與檢算 108
8.6 本章小結(jié) 109
第9章盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土樁基試驗 111
9.1 現(xiàn)場試驗方案 111
9.1.1 試驗的必要性及意義 111
9.1.2 試驗總體方案比選 111
9.1.3 試驗研究內(nèi)容 112
9.1.4 試驗樁布置及約束 112
9.1.5 切削工況設計 114
9.2 試驗現(xiàn)象和結(jié)果 114
9.2.1 各工況實際實施情況 114
9.2.2 試驗過程及現(xiàn)象 115
9.2.3 試驗結(jié)果統(tǒng)計 122
9.3 切削混凝土分析 122
9.3.1 中心小貝殼刀切削混凝土效果 122
9.3.2 正面大貝殼刀切削混凝土效果 123
9.3.3 混凝土脊量測與合理刀間距分析 124
9.4 切削鋼筋分析 126
9.4.1 斷筋長度統(tǒng)計 126
9.4.2 鋼筋斷口形態(tài)分析 126
9.4.3 混凝土包裹對斷筋長度的影響 128
9.5 切削參數(shù)分析 129
9.5.1 切削參數(shù)統(tǒng)計 129
9.5.2 推力和扭矩變化特征 131
9.5.3 與切深和刀盤轉(zhuǎn)向的關(guān)系 133
9.6 刀具損傷分析 134
9.6.1 刀具損傷數(shù)量及形式 134
9.6.2 刀具損傷分布規(guī)律 135
9.6.3 刀刃防崩損改進與防護 136
9.7 試驗樁變形與鋼筋受力分析 137
9.7.1 試驗樁變形監(jiān)測 137
9.7.2 試驗樁鋼筋受力分析 139
9.8 刀具立體布局優(yōu)化與群刀切削仿真實驗 140
9.8.1 分次切筋理念與刀具立體布局優(yōu)化方案 140
9.8.2 超前貝殼刀立體布局方案切樁仿真試驗 141
9.9 本章小結(jié) 144
第10章 盾構(gòu)切削大直徑群樁的控制措施與施工實踐 146
10.1 盾構(gòu)切削14根大直徑樁基的風險點與可行性分析 146
10.1.1 盾構(gòu)切削大直徑群樁的風險點分析 146
10.1.2 刀具切削群樁的磨損量預測 148
10.1.3 工程可行性分析 150
10.2 橋梁結(jié)構(gòu)的承載力檢算與加固 151
10.2.1 分析思路和檢算方法 151
10.2.2 檢算結(jié)果及分析 152
10.2.3 1#橋墩加固方案比選 154
10.2.4 1#橋墩加固具體施工措施 155
10.3 隧道管片襯砌的附加應力計算與配筋增強 159
10.3.1 切樁后樁端與管片相對位置分析 159
10.3.2 計算斷面選取 160
10.3.3 附加應力計算 160
10.3.4 管片受力和配筋計算分析 161
10.4 盾構(gòu)切削穿越大直徑樁基施工控制技術(shù) 163
10.4.1 刀盤切削關(guān)鍵技術(shù) 163
10.4.2 穿樁施工輔助技術(shù) 166
10.4.3 工程管理措施 168
10.4.4 其他應考慮的問題 169
10.5 雙線切削穿樁施工總體情況 171
10.5.1 工程實施總體效果 171
10.5.2 左、右線切樁歷時與切削參數(shù)統(tǒng)計 171
10.6 左線切削 5排7根大直徑樁基的實施過程與效果 173
10.6.1 切削3#橋臺3-1、3-2排樁施工情況 173
10.6.2 切削2#橋墩2-1、2-2排樁施工情況 176
10.6.3 切削1#橋墩1-1排樁施工情況 179
10.7 右線切削7排7根大直徑樁基的實施過程與效果 180
10.7.1 切削3#橋臺3-3、3-4排樁施工情況 180
10.7.2 切削2#橋墩2-3、2-4排樁施工情況 183
10.7.3 切削1#橋墩1-2排樁施工情況 184
10.7.4 切削0#橋臺0-1、0-2排樁施工情況 186
第11章 盾構(gòu)切削大直徑群樁的實測分析 188
11.1 鋼筋收集與切筋效果分析 188
11.1.1 受切鋼筋和混凝土的理論量 188
11.1.2 鋼筋收集方式與排出量統(tǒng)計 188
11.1.3 鋼筋長度統(tǒng)計分析 190
11.1.4 鋼筋形態(tài)統(tǒng)計分析 191
11.2 刀具損傷分析與磨損系數(shù)回歸 193
11.2.1 各類刀具損傷現(xiàn)象 193
11.2.2 刀具磨損量統(tǒng)計及其規(guī)律 195
11.2.3 超前貝殼刀磨損系數(shù) 196
11.2.4 正面大貝殼刀磨損系數(shù) 197
11.3 切樁推力扭矩的變化規(guī)律及影響因素 197
11.3.1 切樁過程中推力變化規(guī)律 197
11.3.2 切樁過程中扭矩變化規(guī)律 201
11.3.3 刀盤前注入添加劑對推力扭矩的影響 205
11.3.4 刀盤正反轉(zhuǎn)對推力扭矩的影響 207
11.3.5 盾構(gòu)停機對推力扭矩的影響分析 209
11.3.6 刀具損傷對推力扭矩的影響 209
11.4 橋梁墩臺三維變形監(jiān)測統(tǒng)計與規(guī)律分析 211
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 盾構(gòu)的起源及發(fā)展 1
1.2 盾構(gòu)技術(shù)在我國的應用 5
1.3 盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土樁問題的提出 6
參考文獻 7
第2章 盾構(gòu)切樁工程案例 8
2.1 盾構(gòu)切樁工程案例調(diào)研 8
2.2 盾構(gòu)切樁工程詳例介紹 11
2.2.1 沈陽地鐵1號線盾構(gòu)切削橋梁樁基 11
2.2.2 上海軌道交通7號線盾構(gòu)切削工業(yè)廠房樁基 12
2.2.3 上海軌道交通10號線盾構(gòu)切削簡支梁橋樁基 14
2.2.4 天津地鐵9號線盾構(gòu)被動切削房屋樁基 16
2.2.5 上海軌道交通9號線盾構(gòu)切削簡支梁橋樁基 17
2.2.6 廣州地鐵3號線盾構(gòu)切削居民樓樁基 18
2.3 調(diào)研案例與蘇州工程切樁的比較分析 19
2.4 本章小結(jié) 21
參考文獻 21
第3章 盾構(gòu)的刀盤、刀具與切削（掘削） 23
3.1 盾構(gòu)的刀盤與刀具 23
3.1.1 刀盤 23
3.1.2 刀具 24
3.2 盾構(gòu)切刀切削 25
3.2.1 切刀的種類及功能 25
3.2.2 切削機理 26
3.2.3 刀具磨損 27
3.3 盾構(gòu)滾刀掘削 29
3.3.1 滾刀的種類及功能 29
3.3.2 掘削機理 30
3.3.3 刀具磨損 30
3.4 刀盤選型原則與切削刀具的配置原理 30
3.4.1 刀盤選型原則 30
3.4.2 刀具配置原理 31
參考文獻 32
第4章盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁的可行性 34
4.1 盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁的特性 34
4.1.1 切刀切削鋼筋混凝土樁的特性 34
4.1.2 滾刀切削鋼筋混凝土樁的特性 35
4.2 切削鋼筋混凝土樁刀具的選擇 36
4.2.1 切削鋼筋混凝土樁的邊界（圍巖）條件 36
4.2.2 刀具配置具體目標 36
4.2.3 刀具選型 36
4.3 盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁可能存在的問題 38
參考文獻 40
第5章刀刃與鋼筋混凝土的相互作用及切削機理研究 41
5.1 刀刃切樁的適應性分析與選型 41
5.2 切削仿真有限元基礎 42
5.2.1 LS-DYNA動力學軟件簡介 42
5.2.2 動態(tài)接觸算法 43
5.2.3 單點高斯積分與沙漏控制 44
5.2.4 顯式求解方法與時步控制 45
5.3 刀刃切削鋼筋機理 46
5.3.1 鋼筋本構(gòu)模型 46
5.3.2 鋼筋切屑分離準則 47
5.3.3 切削鋼筋細觀模型建立 48
5.3.4 負前角刀刃切削鋼筋的機理分析 49
5.4 三維刀刃動態(tài)切削鋼筋仿真 52
5.4.1 仿真模型建立 52
5.4.2 典型刀刃動態(tài)切削鋼筋過程及特征 53
5.4.3 前角對切削鋼筋的影響規(guī)律 56
5.4.4 刃角和刃寬對切削鋼筋的影響規(guī)律 56
5.5 刀刃切削混凝土機理 59
5.5.1 混凝土的本構(gòu)模型 59
5.5.2 切削混凝土細觀模型建立 62
5.5.3 負前角刀刃切削混凝土的機理分析 63
5.6 三維刀刃動態(tài)切削混凝土仿真 64
5.6.1 典型刀刃動態(tài)切削混凝土分析 64
5.6.2 前角對切削力的影響規(guī)律 66
5.6.3 刃角和刃寬對切削力的影響規(guī)律 66
5.7 本章小結(jié) 67
參考文獻 68
第6章 新型刀具的切樁性能與磨損機理研究 70
6.1 新型切樁刀具研發(fā) 70
6.2 新型刀具切削鋼筋的力學特征與規(guī)律分析 71
6.2.1 熱力耦合分析方法 71
6.2.2 切削鋼筋模型建立 72
6.2.3 切削鋼筋效果與動態(tài)過程分析 73
6.3 切深和切速對切削鋼筋的影響規(guī)律 76
6.3.1 切深對切削鋼筋的影響規(guī)律 76
6.3.2 切速對切削鋼筋的影響規(guī)律 77
6.4 新型刀具切削混凝土的力學特征與規(guī)律分析 78
6.4.1 動態(tài)切削全過程分析 78
6.4.2 混凝土和刀具應力分析 79
6.4.3 切削力分析 79
6.5 切深對切削混凝土的影響規(guī)律 80
6.6 切樁刀具磨損機理與類型判別 81
6.7 本章小結(jié) 82
參考文獻 83
第7章 切樁主力刀具配置與掘削參數(shù)控制的理論探析 84
7.1 切樁主力刀具的布置及數(shù)量 84
7.1.1 布置方法比選 84
7.1.2 刀間距初步方案 84
7.1.3 軌跡布刀數(shù)量和相位角的設置 86
7.2 刀盤切樁受力計算模型 86
7.2.1 數(shù)學模型建立 86
7.2.2 刀具切深的確定 87
7.2.3 計算程序編制 90
7.3 推力扭矩的特征與影響因素 91
7.3.1 切樁刀數(shù)和推力扭矩的變化特征 91
7.3.2 樁身寬度對推力扭矩的影響 93
7.3.3 樁基偏移距離對推力扭矩的影響 94
7.4 不平衡力和傾覆力矩的特征與影響因素 95
7.4.1 計算方法 95
7.4.2 切削中部樁和側(cè)部樁的變化特征 96
7.4.3 樁身寬度和偏移距離的影響 97
7.5 切削參數(shù)設置和控制建議 98
7.6 本章小結(jié) 99
參考文獻 100
第8章切樁盾構(gòu)設備的適應性改造 101
8.1 所用盾構(gòu)機改造前情況 101
8.2 刀盤、刀具改造加強 103
8.2.1 切樁主力刀具配置 103
8.2.2 其他切樁刀具的設計及布置 103
8.2.3 加強改造后的刀盤、刀具裝配圖 105
8.3 螺旋輸送機改造 105
8.3.1 改造方案探討 105
8.3.2 改造實施具體方案 106
8.4 其他改造措施 107
8.5 刀盤剛度加強與檢算 108
8.6 本章小結(jié) 109
第9章盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土樁基試驗 111
9.1 現(xiàn)場試驗方案 111
9.1.1 試驗的必要性及意義 111
9.1.2 試驗總體方案比選 111
9.1.3 試驗研究內(nèi)容 112
9.1.4 試驗樁布置及約束 112
9.1.5 切削工況設計 114
9.2 試驗現(xiàn)象和結(jié)果 114
9.2.1 各工況實際實施情況 114
9.2.2 試驗過程及現(xiàn)象 115
9.2.3 試驗結(jié)果統(tǒng)計 122
9.3 切削混凝土分析 122
9.3.1 中心小貝殼刀切削混凝土效果 122
9.3.2 正面大貝殼刀切削混凝土效果 123
9.3.3 混凝土脊量測與合理刀間距分析 124
9.4 切削鋼筋分析 126
9.4.1 斷筋長度統(tǒng)計 126
9.4.2 鋼筋斷口形態(tài)分析 126
9.4.3 混凝土包裹對斷筋長度的影響 128
9.5 切削參數(shù)分析 129
9.5.1 切削參數(shù)統(tǒng)計 129
9.5.2 推力和扭矩變化特征 131
9.5.3 與切深和刀盤轉(zhuǎn)向的關(guān)系 133
9.6 刀具損傷分析 134
9.6.1 刀具損傷數(shù)量及形式 134
9.6.2 刀具損傷分布規(guī)律 135
9.6.3 刀刃防崩損改進與防護 136
9.7 試驗樁變形與鋼筋受力分析 137
9.7.1 試驗樁變形監(jiān)測 137
9.7.2 試驗樁鋼筋受力分析 139
9.8 刀具立體布局優(yōu)化與群刀切削仿真實驗 140
9.8.1 分次切筋理念與刀具立體布局優(yōu)化方案 140
9.8.2 超前貝殼刀立體布局方案切樁仿真試驗 141
9.9 本章小結(jié) 144
第10章 盾構(gòu)切削大直徑群樁的控制措施與施工實踐 146
10.1 盾構(gòu)切削14根大直徑樁基的風險點與可行性分析 146
10.1.1 盾構(gòu)切削大直徑群樁的風險點分析 146
10.1.2 刀具切削群樁的磨損量預測 148
10.1.3 工程可行性分析 150
10.2 橋梁結(jié)構(gòu)的承載力檢算與加固 151
10.2.1 分析思路和檢算方法 151
10.2.2 檢算結(jié)果及分析 152
10.2.3 1#橋墩加固方案比選 154
10.2.4 1#橋墩加固具體施工措施 155
10.3 隧道管片襯砌的附加應力計算與配筋增強 159
10.3.1 切樁后樁端與管片相對位置分析 159
10.3.2 計算斷面選取 160
10.3.3 附加應力計算 160
10.3.4 管片受力和配筋計算分析 161
10.4 盾構(gòu)切削穿越大直徑樁基施工控制技術(shù) 163
10.4.1 刀盤切削關(guān)鍵技術(shù) 163
10.4.2 穿樁施工輔助技術(shù) 166
10.4.3 工程管理措施 168
10.4.4 其他應考慮的問題 169
10.5 雙線切削穿樁施工總體情況 171
10.5.1 工程實施總體效果 171
10.5.2 左、右線切樁歷時與切削參數(shù)統(tǒng)計 171
10.6 左線切削 5排7根大直徑樁基的實施過程與效果 173
10.6.1 切削3#橋臺3-1、3-2排樁施工情況 173
10.6.2 切削2#橋墩2-1、2-2排樁施工情況 176
10.6.3 切削1#橋墩1-1排樁施工情況 179
10.7 右線切削7排7根大直徑樁基的實施過程與效果 180
10.7.1 切削3#橋臺3-3、3-4排樁施工情況 180
10.7.2 切削2#橋墩2-3、2-4排樁施工情況 183
10.7.3 切削1#橋墩1-2排樁施工情況 184
10.7.4 切削0#橋臺0-1、0-2排樁施工情況 186
第11章 盾構(gòu)切削大直徑群樁的實測分析 188
11.1 鋼筋收集與切筋效果分析 188
11.1.1 受切鋼筋和混凝土的理論量 188
11.1.2 鋼筋收集方式與排出量統(tǒng)計 188
11.1.3 鋼筋長度統(tǒng)計分析 190
11.1.4 鋼筋形態(tài)統(tǒng)計分析 191
11.2 刀具損傷分析與磨損系數(shù)回歸 193
11.2.1 各類刀具損傷現(xiàn)象 193
11.2.2 刀具磨損量統(tǒng)計及其規(guī)律 195
11.2.3 超前貝殼刀磨損系數(shù) 196
11.2.4 正面大貝殼刀磨損系數(shù) 197
11.3 切樁推力扭矩的變化規(guī)律及影響因素 197
11.3.1 切樁過程中推力變化規(guī)律 197
11.3.2 切樁過程中扭矩變化規(guī)律 201
11.3.3 刀盤前注入添加劑對推力扭矩的影響 205
11.3.4 刀盤正反轉(zhuǎn)對推力扭矩的影響 207
11.3.5 盾構(gòu)停機對推力扭矩的影響分析 209
11.3.6 刀具損傷對推力扭矩的影響 209
11.4 橋梁墩臺三維變形監(jiān)測統(tǒng)計與規(guī)律分析 211
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盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土群樁的理論與實踐 節(jié)選
第1章 緒論 盾構(gòu)法是暗挖構(gòu)筑地下工程的一種施工方法，它起源于歐洲，隨著科技的不斷進步，盾構(gòu)法已成為地下工程中不可或缺的工法。盾構(gòu)是英文“Shield”的中文翻譯語，在我國臺灣地區(qū)則翻譯成“潛盾”，英文詞根是“盾”或“盾牌”的意思。翻譯成盾構(gòu)，確實能更形象準確地表達其工程意義。盾構(gòu)有兩層含義，盾，象征與盾牌形狀相近的盾構(gòu)機的儀盤，且有支護開挖面之意；構(gòu)，構(gòu)筑隧道，是管片襯砌結(jié)構(gòu)的意思。現(xiàn)今，盾構(gòu)這個詞已成為國內(nèi)外地下工程界*常用的詞。與之相近的是TBM（tunnel boring machine），是隧道掘進機之意，泛指硬巖掘進機。在歐洲，有把盾構(gòu)和TBM統(tǒng)稱為TBM的習慣；但在亞洲，由于日本、我國等區(qū)域軟土分布廣、應用多，為區(qū)別軟土和硬巖掘進模式的不同，強調(diào)軟土“盾”的作用，一般將軟土掘進構(gòu)筑隧道的方法統(tǒng)稱為盾構(gòu)法，將硬巖掘進構(gòu)筑隧道的方法統(tǒng)稱為TBM法。 1.1 盾構(gòu)的起源及發(fā)展 說起盾構(gòu)，如今它已成為地下工程不可或缺的銳器，甚至是現(xiàn)代重大裝備。自從火藥發(fā)明以來，在巖石中構(gòu)筑隧道技術(shù)迅速發(fā)展，但在軟土中用暗挖的形式構(gòu)筑隧道卻幾經(jīng)失敗，舉步維艱。從世界盾構(gòu)隧道發(fā)展歷史來看，*早嘗試在軟土中構(gòu)筑隧道的是1804年英國工程師Trevithick以及他的助手Vasey。當時由于英國倫敦泰晤士河口附近有軍港，無法架橋，過河須用渡船或迂回到河中部的橋，且渡船事故頻發(fā)，如圖1.1.1所示。Trevithick首次提出了用隧道的方法穿越泰晤士河的方案。 圖1.1.1泰晤士河船運示意圖 據(jù)史料記載，該方案是在泰晤士河兩岸構(gòu)筑深25.3m的豎井，從豎井開始進行穿越泰晤士河挖掘工作。**步是施做先行導坑，高1.7m，上部寬0.75m，底部寬1m，人工挖掘，掘進速度為1.3～3.3m/d，18個月掘進了330m。掘進作業(yè)涌水不斷，特別是作業(yè)受高潮的影響，水位上升，發(fā)生了兩次塌方事故。另外，掘進方向的測定采用掘進一段后，用鐵棒捅破導坑頂部露出水面，用岸上基準點進行角度測量的方法，這也成為導坑坍塌的直接誘因，*后工程被迫終止。之所以把這段寫出來，是為了紀念那些在軟土區(qū)域挑戰(zhàn)構(gòu)筑隧道的偉大先行者們。他們的勇氣和探索精神值得我們永遠學習、敬仰和銘記。 盾構(gòu)技術(shù)的誕生實現(xiàn)了人類在軟土中構(gòu)筑隧道的夢想。關(guān)于盾構(gòu)*初的探索*著名的應該是稱作盾構(gòu)鼻祖的法國工程師Marc Isambard Brunel于1818年發(fā)明的早期盾構(gòu)技術(shù)，至今已有近200年的歷史。這個*初的盾構(gòu)設計借鑒了Trevithick的失敗經(jīng)驗，雖然也歷盡磨難，但*終獲得成功，圖1.1.2是當時Marc Isambard Brunel申請專利的圖片。雖然盾構(gòu)技術(shù)今非昔比，發(fā)生了巨大的變化，但其原理與這臺早期的盾構(gòu)機的基本思想—在堅固的鐵框架（strong iron frame）的保護下進行開挖和襯砌作業(yè)—別無兩樣。 圖1.1.2 Marc Isambard Brunel申請的盾構(gòu)專利圖 1823年，Marc Isambard Brunel的兒子Isambard Kingdom Brunel制定了穿越泰晤士河雙線隧道方案，如圖1.1.3所示。盾構(gòu)由12個高7.33m、寬1m的鑄鐵框架組合而成，每個又分為高2.3m的三個區(qū)域，每個區(qū)域由36人進行挖掘作業(yè)。盾構(gòu)掘進由螺旋千斤頂提供反力，襯砌是在每個鑄鐵做成的框架上部用磚砌起來的。對于開挖面塌落的土砂，采用長1m、寬15cm的擋板并用螺旋千斤頂頂住的方式來固定。 作業(yè)時，把一塊或兩塊板取下進行開挖作業(yè)，以防止泄水和流土。當遇到流動性大的土時，在板上再加斜撐，以增加板對掌子面的支撐力。擔任技術(shù)負責的主任工程師是Isambard Kingdom Brunel。開工日期是1825年3月2日，直到1826年1月1日才將盾構(gòu)機安裝在豎井所定位置，掘進開始，這是個盾構(gòu)工程界永遠值得紀念的日子，因為這是世界上**條用盾構(gòu)技術(shù)建設的隧道。史料對其艱辛的過程有比較詳細的記載，在這里與讀者分享。 圖1.1.3 Isambard Kingdom Brunel設計的在泰晤士河底施工的盾構(gòu)示意圖 隧道開始掘進還比較順利，在掘進了160m（1827年4月27日）時，發(fā)生了掌子面可能塌落的險情，作業(yè)工人順利逃生。而后第三周，發(fā)生泄水事故，雖然作業(yè)工人無險逃生，但隧道卻浸泡在水中。在河底投入數(shù)千個沙袋，并在其上投入大量的砂礫后，才將塌落的開口部堵住。幸運的是，隧道內(nèi)作為襯砌的磚墻完好無損，隧道內(nèi)的水被抽干后，工程得以繼續(xù)進行。但是，在繼續(xù)掘進200m后，河床再次發(fā)生崩坍，隧道浸水，6名作業(yè)人員死亡。搶險的方法與上次一樣，向河底投入4000t土砂，但發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機損壞，無法修復，工程被迫終止。7年后，直到1836年3月，重180t的新盾構(gòu)機制造出來，工程才得以繼續(xù)。工程依然是在浸水、土砂流入等事故中艱難向前推進，1841年8月才終于到達對岸，隧道貫通。隧道開始正式使用已是1843年3月，從Marc Isambard Brunel提出方案算起，經(jīng)歷了20年。這條隧道被命名為泰晤士河隧道（見圖1.1.4），至今還在使用。它是復線馬蹄形隧道，外形寬12.2m、高7.45m。隧道中間設隔墻，隔墻為上部寬1.15m、下部寬1.3m，每線隧道內(nèi)部高5.3m、寬4.5m，在兩岸設置了人員出入樓梯。為表彰Marc Isambard Brunel的功績，1841年3月24日，英國維多利亞女王授予他爵士稱號。在這里，應該再濃濃地寫上一筆的是Marc Isambard Brunel的兒子Isambard Kingdom Brunel，他作為主任工程師，協(xié)助父親克服了無數(shù)困難，完成了父子共同的心愿。這也成為國際隧道界傳頌的佳話，讓我們再次向這對父子表示由衷的敬意！ 1869年，由英國工程師Greathead和德國工程師Barlow設計的穿越泰晤士河人行道隧道工程（見圖1.1.5）采用圓形盾構(gòu)機，并將磚襯砌改為鑄鐵管片襯砌，該設計是在Brunel的基礎之上進行多種改進而成的。 圖1.1.4泰晤士河隧道 圖1.1.5Greathead和Barlow采用圓形盾構(gòu)機修建泰晤士河第2條隧道 1886年，Greathead在南倫敦鐵路隧道中，首次采用氣壓工法維持掌子面穩(wěn)定（氣壓工法由Cochrane在1830年發(fā)明并申請了專利，后多次應用沒能成功），管片在盾構(gòu)殼體內(nèi)拼裝，以管片襯砌作為盾構(gòu)前進的反力支撐，這些做法沿用至今。由于用氣壓維持掌子面穩(wěn)定的方法存在諸多不便，被今天的閉胸式（1967年泥水平衡盾構(gòu)和1974年土壓平衡盾構(gòu)相繼問世）所取代。所以，也有人把Greathead稱為現(xiàn)代盾構(gòu)之父。 在此基礎上，盾構(gòu)技術(shù)經(jīng)過多次改良，在英國、法國、德國、美國、蘇聯(lián)以及日本得到了廣泛的應用和發(fā)展。隨著時代的進步和科學技術(shù)的發(fā)展，以現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)著稱的泥水平衡盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)，在開挖面穩(wěn)定控制、掘進控制等方面都得到了極大的發(fā)展，使盾構(gòu)技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，這些技術(shù)在國內(nèi)其他出版物中多有登載，業(yè)界已耳熟能詳，這里就不再贅述。由于地下工程的復雜性及其環(huán)境的復雜性，對盾構(gòu)本身要求也越來越高，盾構(gòu)機作為集成了現(xiàn)代機械制造、計算機、材料、測量、通信、自動控制等技術(shù)的大型地下工程裝備，在地下工程各個領(lǐng)域閃亮登場，成為了解決各類工程難題的利器。圍繞盾構(gòu)掘進技術(shù)、掌子面穩(wěn)定和地層沉降控制技術(shù)以及管片襯砌技術(shù)三大要素的新技術(shù)、新成果不斷涌現(xiàn)，盾構(gòu)法已成為地下工程領(lǐng)域*前沿、自動化程度*高的代名詞，是人類智慧百花園中燦爛的一朵！ 總結(jié)起來，盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段：**階段是以Brunel盾構(gòu)為代表的初期盾構(gòu)，第二階段是以機械式、氣壓式為代表的第二代盾構(gòu)，第三階段是以閉胸式盾構(gòu)（泥水式、土壓式）為代表的第三代盾構(gòu)，第四階段是以安全、高速、大深度、多樣化為特色的第四代盾構(gòu)。 1.2 盾構(gòu)技術(shù)在我國的應用 我國自20世紀50年代中期開始進行了多項盾構(gòu)工程應用及設備研發(fā)。1956年，阜新市海州區(qū)露天煤礦采用直徑2.66m的盾構(gòu)機在砂土層中成功地開鑿了一條流水巷道。1957年，在北京市區(qū)的下水道工程建設中采用了直徑2.0m及直徑2.6m的盾構(gòu)機。60年代，為了修建北京地鐵，以王夢恕院士為首的研究團隊研制過直徑7.34m網(wǎng)格式壓縮混凝土盾構(gòu)機，并成功進行了180m的掘進試驗。1966年，上海隧道工程股份有限公司使用擠壓網(wǎng)格式盾構(gòu)機成功完成打浦路越江公路隧道（外徑10m，圓形盾構(gòu)隧道長1320m，隧道總長2.7km），具有標志性意義。進入80年代，上海開始進行盾構(gòu)隧道地鐵試驗工程。1987年，上海南站過江電纜隧道工程成功使用了**臺直徑4.35m的加泥式土壓平衡盾構(gòu)機，該技術(shù)獲得1990年國家科學技術(shù)進步獎一等獎。進入90年代后，這種適合于上海軟土的盾構(gòu)形式在上海地鐵1號線和2號線得到廣泛應用。我國幅員遼闊、地層條件復雜，盾構(gòu)施工方法在之后廣州地鐵、北京地鐵、南京地鐵等地鐵工程以及軟硬不均地層、砂卵石地層等盾構(gòu)掘進困難地層的成功應用，拓寬了盾構(gòu)的應用范圍，為后期在全國地鐵范圍內(nèi)廣泛應用發(fā)揮了示范作用。 截至2016年年底，我國僅大陸地區(qū)就有地鐵運營線路3168.7km，其中的區(qū)間隧道絕大部分都是用盾構(gòu)法修建的。共有58個城市的軌道交通網(wǎng)獲批（含地方政府批復的14個城市），規(guī)劃線路總長達7305.3km，其盾構(gòu)的使用量可想而知。不僅如此，盾構(gòu)法在綜合管廊、鐵路隧道、公路隧道、電力隧道、通信隧道、引水和排水隧洞、地下人防通道等地下工程領(lǐng)域都發(fā)揮著越來越重要的作用。 在國家的大力扶持下，上海隧道工程股份有限公司、中鐵隧道裝備制造有限公司、中國鐵建重工集團有限公司、北方重工集團有限公司、中交天河機械設備制造有限公司及遼寧三三重工等盾構(gòu)制造廠家，相繼在引進、消化、吸收國外先進技術(shù)的基礎上，創(chuàng)新性地生產(chǎn)制造出有自主知識產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)機，占領(lǐng)了我國大部分盾構(gòu)機市場，甚至遠銷海外。國外品牌獨占我國盾構(gòu)機市場的歷史一去不復返。我國正從盾構(gòu)隧道大國朝著盾構(gòu)隧道強國大步邁進！ 1.3 盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土樁問題的提出 2010年，我們團隊正在做蘇州軌道交通2號線穿越房屋的項目研究，經(jīng)常與管理及設計施工單位討論盾構(gòu)穿越問題。在一次討論會上，提到了拆除廣濟橋問題。由于蘇州軌道交通2號線石路站距廣濟橋僅60m左右，因此難以調(diào)整線路而只能從廣濟橋下穿過。圖1.3.1是廣濟橋?qū)嵕皥D，該橋位于市區(qū)主干道，上跨上塘河和上塘街，且緊鄰繁華的石路大型商業(yè)圈和金閶區(qū)實驗小學。當時的設計是拆除現(xiàn)有廣濟橋，盾構(gòu)過后原址恢復修建新橋，而蘇州市軌道交通集團有限公司的董朝文副總經(jīng)理在會上提出，能否用盾構(gòu)機直接切削橋樁穿越廣濟橋，這樣不僅可以節(jié)省工程造價和不必要的浪費，而且可以減少對周邊環(huán)境及游客的影響。這確實是一個大膽的設想，但在確保廣濟橋安全的條件下，使盾構(gòu)機順利切樁確實沒有把握。按經(jīng)驗，采用托換技術(shù)人工破除樁是常規(guī)做法，但工期緊且周邊環(huán)境復雜，無法實施。當時只是隱約記得聽說過有盾構(gòu)被動（不知有樁而切削）切削樁的，而且切的樁徑較小（≤800），切的根數(shù)也不多。廣濟橋可是要連續(xù)切削穿越14根1000～1200（主筋20～22）的鋼筋混凝土橋樁，左、右線各需連續(xù)切削7根，而且是在富水粉砂和粉質(zhì)黏土層中。抱著試試看的想法，我們開始了盾構(gòu)切削大直徑鋼筋混凝土群樁的研究探索工作。圖1.3.2是盾構(gòu)與穿越橋樁位置及土層簡圖。 圖1.3.1廣濟橋?qū)嵕皥D
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