●序一
序二
前言
第1章 TBM的發展及展望 1
1.1 TBM的發展 1
1.1.1 TBM簡介 1
1.1.2 TBM的出現和發展 2
1.2 TBM在我國的研發和應用 5
1.2.1 我國TBM的開發研制 5
1.2.2 中外合作制造TBM 7
1.2.3 TBM在我國的應用 9
1.3 TBM掘進能力的發展 13
1.4 TBM的應用前景 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的運行機理和適用範圍 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 22
2.2.5 泥水平衡盾構 22
2.2.6 復合式盾構或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 刀盤驅動繫統 31
2.3.4 支撐及推進繫統 32
2.3.5 操作繫統 34
2.3.6 支護繫統 35
2.3.7 後配套繫統的組成 37
2.4 針對不同岩體條件的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 陝西引紅濟石工程 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
2.4.10 新疆伊犁大坂引水隧道工程 52
2.4.11 蘭渝鐵路西秦嶺隧道 53
2.4.12 重慶地鐵六號線一期工程 54
2.4.13 瑞士列奇堡基線隧道 55
2.4.14 俞灣北宜高速公路雪山隧道 56
2.4.15 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 滾刀破岩機理 64
3.1.1 單滾刀侵入岩石過程 65
3.1.2 滾刀切割理論 67
3.1.3 滾刀幾何參數及岩石參數對破岩的影響 70
3.2 滾刀破岩數值模擬 72
3.2.1 法 73
3.2.2 單滾刀侵入的數值模擬 74
3.2.3 雙滾刀間岩片形成的數值模擬 77
3.2.4 雙滾刀優化間距計算 79
3.3 TBM與岩體的相互作用 82
3.3.1 TBM刀盤掘進工地運行研究 83
3.3.2 TBM撐靴與岩體相互作用研究 84
3.3.3 TBM支護過程與岩體相互作用研究 85
參考文獻 86
第4章 岩體的可掘特性分析 89
4.1 岩體的可掘性 89
4.1.1 岩體特征可掘性指數 90
4.1.2 高地應力對岩體特征可掘性指數的影響 94
4.2 現有岩體分類繫統對評價岩體可掘性的適用性 100
4.2.1 岩體分類繫統 100
4.2.2 岩體分類繫統對TBM開挖隧道岩體可掘性評價的實例 102
4.2.3 岩體分類繫統對TBM開挖隧道岩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 密集節理化岩體 106
4.3.2 大變形地層 107
4.3.3 岩溶地層 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隧道開挖岩石物理力學試驗 118
5.1 岩石脆性試驗 118
5.1.1 岩石脆性定義及表征 118
5.1.2 脆性試驗 120
5.2 岩石摩擦性試驗 122
5.2.1 岩石的摩擦性 122
5.2.2 確定岩石摩擦性的地質方法 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 岩石侵入試驗 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 試驗的優點及發展前景 140
5.4 滾刀破岩試驗 141
5.4.1 線性切割試驗機 141
5.4.2 試驗原理 142
5.4.3 試驗結果分析 144
5.5 TBM現場掘進試驗 147
5.5.1 試驗步驟 147
5.5.2 試驗參數的確定 148
5.5.3 試驗實例及試驗結果分析 149
參考文獻 163
第6章 岩體參數對TBM施工的影響 166
6.1 岩石的物理力學性質對TBM施工的影響 166
6.1.1 岩石抗壓強度 166
6.1.2 岩石的脆性 166
6.1.3 者石的其他物理力學性質 167
6.2 節理性質對TBM施工的影響 168
6.2.1 節理間距對滾刀破岩影響數值模擬 169
6.2.2 節理方向對滾刀破岩影響數值模擬 176
6.2.3 節理對掘進機開挖影響的典型實例研究 185
6.3 地應力條件對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施工預測 198
7.1 TBM施工的評價指標 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施工的單因素預測模型 200
7.3 TBM施工的多因素預測模型 200
7.3.1 CSM模型 200
7.3.2 NTNU模型 202
7.3.3 岩體分類預測模型 208
7.3.4 Gehring模型 208
7.3.5 概率模型 211
7.3.6 模糊神經網絡模型 211
7.4 岩體特性預測模型 212
7.4.1 掘進速度預測岩體概念模型 212
7.4.2 建立數據庫 212
7.4.3 數據庫中岩體的可掘特性分析 216
7.4.4 回歸分析結果 216
7.4.5 岩體參數對掘進速度的影響 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 軟硬混合地層開挖岩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 230
8.3 混合地層TBM開挖施工預測模型 231
8.4 混合地層中滾刀差異受力數值分析 232
8.4.1 數值分析模型 232
8.4.2 新鮮花崗岩巾的計算結果 234
8.4.3 混合地層中的計算結果 235
8.4.4 討論與結論 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 盾構機 238
8.5.3 區域地質特征 240
8.5.4 T05隧道岩土工程勘察 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 引水隧洞區的工程地質條件 255
9.1.1 地形地貌 255
9.1.2 地層岩性 256
9.1.3 地質構造 257
9.1.4 地下水條件 257
9.1.5 地應力條件 258
9.2 TBM設計參數 260
9.2.1 施工排水洞TBM詳細參數 260
9.2.2 1號引水洞TBM詳細設計參數 261
9 2.3 3號引水洞TBM詳細設計參數 262
9.3 岩石室內物理力學試驗 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 岩爆試驗 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 岩石渣片篩分試驗及形狀分析 293
9.4.5 不同高地應力條件下TBM掘進試驗結果對比分析 298
9.4.6 結語 299
9.5 基於TBM破岩規律的引水隧洞岩體分段 300
9.6 引水隧洞TBM開挖預測 305
9.6.1 不同岩體條件段的TBM施工預測 305
9.6.2 TBM掘進試驗結果與相應點預測結果對比分析 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 典型岩體條件段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 327
參考文獻 328
附錄 329

本書繫統介紹掘進機的發展歷程、應用現狀與展望，掘進機的分類、組成、選型原則與實例；從掘進機與岩體相互作用的角度研究滾刀破岩規律、岩體各因素對掘進機掘進過程的影響；從優化破岩的角度研究刀盤優化設計、掘進機的推力、扭矩設計、支護體繫設計原則。《掘進機隧道掘進概論》繫統總結並研究與掘進機隧道施工相關的岩石和岩體的物理力學試驗，指出現場掘進試驗的重要性，首次提出岩體可掘性的表征方法，並評價現有岩體分類體繫對掘進機施工的適用性和困難地層的可掘性。對現有掘進機施工預測模型進行全面總結與評價，提出岩體特性掘進機施工預測模型，對軟硬混合地層進行全面研究並給出實例。全面應用《掘進機隧道掘進概論》的理論基礎，對高地應力影響下的掘進機施工進行深入研究並給出實例。