地面出入式盾构法(复杂地质与环境条件下隧道建设关键技术丛书)

1.关于丛书：本丛书由国家*科学技术奖得主钱七虎院士担任编委会主任，从地质探测、预警与风险控制、设计、施工、数字化应用等角度，遴选了近年来隧道施工领域具有代表性的创新性技术方向，系统梳理了山岭、水下、软硬不均地层等复杂地质与环境条件下隧道建设关键技术，以学术专著的形式，以理论为基础，以应用为重点，以案例为说明，介绍了近年来在复杂地质隧道建设过程中形成的创新成果和核心技术。丛书具有前沿性、原创性、创新性、引导性。

2.关于本书：本书主要介绍了地面出入式盾构法的装备、设计和施工核心技术，该系列技术已成功应用于南京地铁机场线秣陵站—将军路站区间隧道工程中。地面出入式盾构法突破了盾构法隧道对覆土的传统限制，实现了地下隧道与地面道路连接的一体化设计与施工，规避了暗埋段大开挖施工对周边环境的影响，为隧道工程出入地面的建设难题提供了一种全新解决途径。

 

本书主要介绍了地面出入式盾构法的装备、设计和施工核心技术，该系列技术已成功应用于南京地铁机场线秣陵站—将军路站区间隧道工程中。

地面出入式盾构法突破了盾构法隧道对覆土的传统限

制，实现了地下隧道与地面道路连接的一体化设计与施工，规避了暗埋段大开挖施工对周边环境的影响，为隧道工程出入地面的建设难题提供了一种全新解决途径。

全书共分为６章，首先介绍了地面出入式盾构法在国

内外的发展情况；随后介绍了该技术的设计、试验、装备、施工等各方面的内容。全书内容全面、系统、创新，提出了诸多技术原则和要点，形成了地面出入式盾构法施工技术新体系。该施工技术可在城市道路隧道、轨道交通隧道、地下通道匝道等工程中应用。

本书可供相关专业的研究、设计、施工人员学习和参

考，也可供相关专业研究生和高校高年级大学生查阅、参考。

钱七虎，现任军委科技委顾问、解放军陆军工程大学教授、博士生导师，2018年度国家科学技术奖得主。长期从事防护工程及地下工程的教学与科研工作，解决了孔口防护等多项难点的计算与设计问题，率先将运筹学和系统工程方法运用于防护工程领域。 

主持完成了《21世纪中国城市地下空间发展战略及对策》《我国重要经济目标防护措施及对策》等多项国家咨询课题；作为首席科学家主持完成了国家自然科学基金重大项目《深部岩石力学基础研究与应用》研究。

 

吴惠明，博士，教授级高工。现任上海隧道工程有限公司副总工程师，兼任中国土木工程学会市政工程分会理事、上海市土木工程学会理事、上海市力学学会理事；入选上海领军人才。主要从事盾构隧道施工风险控制研究、盾构隧道施工新工艺研究、盾构隧道信息化智能化研究等工作，主要负责的科研项目先后有20项获省、部级科技进步奖。获上海市科技进步一等奖3项；获国家发明专利20项、软件著作权10项；取得工法3项；出版专著1部；参编国家、地方规范标准4本。

 

周文波，博士，教授级高工。现任上海城建集团总裁，兼任中国土木工程学会市政工程分会理事长、中国岩石力学与工程学会隧道掘进机工程应用分会理事长、上海大学教授及博士生导师；入选上海领军人才；享受国务院特殊津贴专家。主要从事地下工程中力学问题、隧道施工工艺及工法、隧道工程信息化和智能化管理、城市基础设施智慧运营养护等方面的研究；作为主要负责人承担国家863科技支撑项目2项。获科技进步奖4项、省部级科技进步奖16项；获国家发明专利12项；中外公开发表论文90篇；出版专著3部。

第1章绪论1

 

1.1盾构法隧道国内外现状/1

1.1.1盾构法的应用与发展/1

1.1.2传统盾构法的局限性/4

1.2地面出入式盾构法技术/5

1.2.1技术优势/5

1.2.2技术难点/6

1.2.3技术体系/8

1.3地面出入式盾构法工程实践/9

1.3.1浅覆土盾构施工实践/9

1.3.2南京机场线GPST隧道工程/10

第2章地面出入式盾构法隧道设计13

 

2.1总体设计/13

2.1.1出入段一体化设计/13

2.1.2一体化设计要点/14

2.2结构设计方法/14

2.2.1修正三角形抗力模型/16

2.2.2土弹簧抗力模型/19

2.2.3关键参数取值/21

2.3防水能力研究/28

2.3.1密封垫一字缝无错动防水能力/28

2.3.2密封垫一字缝错位拼装防水能力/36

2.3.3密封垫T形缝防水能力试验/40

2.3.4接缝橡胶密封垫装配力校核/41

2.4抗浮设计研究/43

2.4.1施工阶段上浮影响因素/44

2.4.2使用阶段上浮影响因素/46

2.4.3圆隧道抗浮措施及设计/47

第3章地面出入式盾构法试验分析57

 

3.1整环管片足尺试验/57

3.1.1试验目的/57

3.1.2试验装置/57

3.1.3试验方法及工况/61

3.1.4试验结果分析/64

3.1.5试验结论/74

3.2同步注浆浆液试验/75

3.2.1试验目的/75

3.2.2性能指标试验/75

3.2.3材料配比试验/83

3.2.4施工参数模型试验/88

3.3土体改良浆液试验/92

3.3.1改良添加剂/92

3.3.2试验分析/102

3.3.3试验结论/122

第4章地面出入式盾构法装备研发124

 

4.1盾构总体集成设计/124

4.1.1盾构总体布置/124

4.1.2盾构适应性分析/126

4.1.3盾构主要技术参数/127

4.2刀盘针对性设计/128

4.2.1刀盘刀具的合理布置/128

4.2.2工况受力分析/131

4.3管片稳定装置设计/135

4.3.1装置形式/135

4.3.2受力分析/137

4.3.3监控系统/142

4.4高精度控制技术/142

4.4.1控制特点及组成/143

4.4.2平衡模式/145

4.4.3推进系统/148

4.4.4出土系统/150

4.4.5同步注浆/153

第5章地面出入式盾构法工程施工157

 

5.1工程概况/158

5.1.1工程规模/158

5.1.2工程地质条件/159

5.1.3工程盾构/163

5.1.4工程管片/164

5.2试验设计/166

5.2.1工况设定/166

5.2.2施工监测/168

5.2.3地面接收施工流程/176

5.2.4地面始发施工流程/177

5.2.5导坑与隧道端墙连接施工/182

5.3掘进参数控制/182

5.3.1盾构推力和刀盘扭矩/184

5.3.2盾构平衡压力/184

5.3.3土体改良/185

5.3.4同步注浆/195

5.4盾构姿态控制/201

5.5隧道变形控制/202

5.6隧道抗浮技术/204

5.7隧道防水技术/206

5.7.1管片防水制作/206

5.7.2隧道施工防水/207

5.7.3隧道修补与堵漏/207

5.7.4管片拼装/207

5.7.5尾盾油脂压注/208

5.7.6成型隧道嵌缝施工/208

5.8工程实施效果/211

5.8.1盾构姿态控制/211

5.8.2隧道轴线分析/212

5.8.3成环隧道上浮分析/212

5.8.4成环隧道变形分析/215

5.8.5土体变形分析/216

第6章展望220

 

6.1技术创新/220

6.1.1研发环境友好型地面出入式盾构法新技术/221

6.1.2构建地面出入段盾构隧道结构设计新方法/222

6.1.3自主研制世界首台GPST地铁盾构掘进机/222

6.1.4创建地面出入式盾构掘进控制技术体系/223

6.2前景展望/224

参考文献226

传统盾构隧道法必须做两个工作井分别作为盾构始发井和接收井，工作井和隧道的暗埋段需要大开挖，不仅占用地面面积大，而且要应对环境保护、建(构)筑物拆迁、交通改道、管线搬迁等诸多工程技术和社会问题。为更好地解决这些问题，我们和团队研发了地面出入式盾构法这项隧道施工新技术。

地面出入式盾构法技术(ground　penetrating　shield　technology，常简称GPST工法)是一项突破传统盾构法隧道施工覆土限制的新技术，其实现了地面道路与地下隧道连接段的一体化设计与施工，省去了传统盾构法深大工作井的建造，减少了搬拆迁和对周围环境的影响，有效控制了施工风险，大大缩短了建设工期。

在该技术的创新研发过程中，制造了世界上首台地面出入式地铁隧道盾构掘进机并运用于地铁隧道，实现了零覆土、负覆土、超浅覆土等多种工况下的盾构施工，在地面出入式盾构法的设计、试验、装备、施工等方面积累了相关技术经验，终形成了地面出入式盾构法施工技术新体系。

本书全面详细地介绍了地面出入式盾构法的设计、装备制造和施工新技术。主要内容如下：　第1章主要介绍了地面出入式盾构法施工技术在国内外的应用发展情况；第2章主要介绍了地下隧道与地面道路连接的一体化设计方法；第3章主要介绍了地面出入式盾构法隧道整环管片试验、专用同步注浆浆液试验和专用土体改良浆液试验；第4章主要介绍了地面出入式盾构法专用土压平衡盾构掘进的设计与研发；第5章主要从隧道变形控制技术、抗浮技术、防水技术和盾构姿态控制四大技术体系方面，阐述了GPST工法在南京地铁工程中的应用成果；第6章总结了地面出入式盾构法的技术创新特点，并对其发展前景做了分析。

本书由建设一线的设计、施工、科研技术人员，在不断创新、完善和总结相关经验后编写而成。书中所介绍的GPST工法为城市道路隧道、轨道交通隧道、地下通道匝道等工程建设提供了一种更经济合理的解决方法，对于城市地下空间开发的环境友好和资源节约具有长远意义。

GPST工法作为隧道工程领域的一项全新技术，我们期待该项技术在工程推广应用中得到进一步实践与创新。

 

吴惠明周文波2018年10月