盾构隧道刀具更换技术(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：本书以技术理论分析为基础，结合相关典型工程案例，深入浅出地展示了盾构隧道施工中刀具更换技术，既可帮助工程一线施工人员更好理解刀具更换技术，又可为工程技术人员、科研人员以及大专院校有关专业的师生提供参考，促进盾构技术的发展。

 

 

本书以盾构隧道刀具更换技术为主题，从盾构刀具类型及其在地层中切削和磨损物理过程出发，阐述了盾构刀具更换技术的内涵和主要分类，并结合课题组的研究成果和典型盾构工程换刀作业实例，对常规刀盘-常压换刀、基于常压可更换刀盘设计的常压换刀、带压换刀等三种主要换刀技术的原理、技术流程、关键技术、适用范围和优缺点等进行系统的分析和总结；*后分别介绍了我国盾构遭遇基岩凸起和大孤石等特殊工况下避免换刀的技术和目前日本*换刀技术。本书是对盾构刀具更换技术的一次较系统的总结。

本书以技术理论分析为基础，结合相关典型工程案例，深入浅出地展示了盾构隧道施工中刀具更换技术，既可帮助工程一线施工人员更好理解刀具更换技术，又可为工程技术人员、科研人员以及大专院校有关专业的师生提供参考，促进盾构技术的发展。

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。

 

陈健，教授级高工。中铁十四局集团副总工程师、首席专家，国内知名大盾构专家，主要从事大盾构越江隧道项目技术管理及科研攻关工作。获“中国土木工程詹天佑创新集体”“茅以升铁道工程师”“山东省优秀发明人”“江苏省十大职工操作法”“山东省优秀青年知识分子”等荣誉称号。成功完成了南京长江隧道、扬州瘦西湖隧道、武汉地铁8号线越江隧道等大型水下隧道工程建设，主持研发的科技成果多项达到国际先进、国内领先水平。曾获省部级科技进步一等奖6项，二等奖2项；获工法1项，省部级工法5项；授权国家专利23项；发表核心及以上科技论文14篇，出版专著1部。

 

闵凡路，博士，河海大学副教授，硕士生导师，香港科技大学访问学者，入选河海大学“大禹学者”计划。主要从事水下盾构隧道、城市地铁等方面的科研与教学工作。主持国家自然科学基金2项、国家973计划项目子课题等纵向课题5项，主持或参与南京长江隧道、南京纬三路过江隧道、扬州瘦西湖隧道、南水北调中线穿黄隧道、武汉过江地铁等10余项大直径水下盾构隧道及城市地铁的科技创新工作；发表论文60余篇，其中SCI/EI论文30篇；出版专著1部；授权发明专利16项；获得省部级科技进步奖一等奖1项。

第1章绪论1
1.1盾构技术的发展及应用概况/11.2复杂地层中盾构工程遭遇刀具磨损的严重性和普遍性/41.3恢复盾构掘进的关键技术——刀具更换技术/7第2章盾构掘进时刀具的切削、磨损与更换8
2.1盾构刀盘及刀具的类型与布置/82.1.1盾构刀盘类型/82.1.2盾构刀具类型/142.1.3盾构刀盘布置/212.2刀具切削与磨损/262.2.1盾构刀具切削机理/272.2.2盾构刀具磨损类型及实例/312.2.3盾构刀具磨损原因分析/382.2.4盾构刀具磨损监测方法/412.3盾构开舱技术/442.3.1盾构隧道开舱概述/442.3.2盾构隧道常用开舱技术/462.3.3国内外典型的盾构隧道开舱实例简介/492.3.4盾构开舱技术总结与展望/522.3.5盾构刀具更换技术/52第3章常规刀盘常压换刀技术55
3.1自稳地层换刀技术/553.2地层加固技术/573.2.1旋喷加固技术/583.2.2深层搅拌加固技术/663.2.3冷冻法施工技术/723.2.4竖井加固技术/783.2.5地下连续墙加固技术/843.2.6几种技术方法比较/903.3常压换刀技术/913.3.1换刀流程/913.3.2盾构刀盘刀具焊接工艺/923.3.3刀盘修复的内容/973.4南水北调中线穿黄隧道工程实例/1013.4.1工程概况/1013.4.2停机情况介绍/1023.4.3保障开挖面稳定措施/1043.4.4开挖支护/1073.4.5刀盘刀具修复/108第4章基于常压可换刀设计的常压换刀技术112
4.1基于常压可换刀设计的常压换刀技术简介/1124.1.1常压换刀工艺原理/1124.1.2常压换刀工法特点/1124.2常压可更换刀刀盘结构设计及刀具布置/1134.3常压可换刀具的拆卸及安装/1164.3.1刀具更换的安全要点/1164.3.2刀具检查及更换计划/1174.3.3常压换刀的流程/1174.4武汉地铁8号线越江段常压开舱换刀实例/1274.4.1工程概况及地质条件/1274.4.2盾构基本参数及特点/1294.4.3停机位置及换刀计划/1304.4.4常压换刀流程及方案/133第5章带压开舱开挖面稳定技术与换刀技术138
5.1带压开舱开挖面稳定技术/1395.1.1泥浆配制技术/1395.1.2泥浆成膜技术/1455.1.3基于泥膜闭气的稳定开挖面技术/1475.2带压开舱换刀技术/1515.2.1潜水作业/1515.2.2带压进舱/1535.2.3带压换刀技术流程/1555.3南京长江隧道(纬七路)常规压缩空气带压开舱换刀实例/1565.3.1南京长江隧道工程概况/1565.3.2南京长江隧道盾构掘进及停机过程分析/1635.3.3开舱时开挖面稳定性的控制/1655.3.4带压开舱换刀实施/1695.3.5开舱经验总结与讨论/1705.4南京纬三路过江隧道饱和法带压开舱换刀技术实例/1715.4.1南京纬三路过江隧道工程/1715.4.2泥膜闭气性在带压开舱中的应用/1765.4.3饱和法带压进舱换刀流程/1825.4.4饱和法带压进舱换刀总结/185第6章其他特殊技术下的换刀技术186
6.1遭遇抛石和基岩盾构刀具的更换技术/1866.1.1工程概况/1866.1.2刀盘设计/1886.1.3抛石及基岩对盾构掘进的影响及其位置勘测/1896.1.4施工方案/1926.2遭遇大孤石盾构刀具保护与更换技术/2006.2.1工程概况/2006.2.2孤石及基岩凸起对盾构掘进施工影响的分析及爆破施工工艺/2026.2.3施工参数设计/2056.2.4施工保证措施/2096.3日本熊谷组Sunrise Bit工法换刀技术/2106.4日本鹿岛建设公司盘形滚刀更换技术/2116.5日本大成建设公司中央滚刀更换技术/2136.6日本飞岛建设公司变色龙刀具更换技术/213参考文献216

近年来，我国各项基础设施建设的发展如火如荼，“一带一路”建设持续推进，许多重大工程项目如雨后春笋般蓬勃兴建，诸如三峡工程、青藏铁路、南水北调、三纵四横高铁网、港珠澳大桥、上海中心大厦，以及由我国援建的雅万高铁、中老铁路、中泰铁路、瓜达尔港、比雷埃夫斯港，等等，不一而足。毋庸置疑，我国已成为世界上建设重大工程多的国家之一。这些重大工程项目就其建设规模、技术难度和资金投入等而言，不仅在国内，即使在全球范围也都位居前茅，甚至名列世界。在这些工程的建设过程中涌现的一系列重大关键性技术难题，通过分析探索创新，很多都得到了很好的优化和解决，有的甚至在原来的理论、技术基础上创造出了新的技术手段和方法，申请了大量的技术专利。例如，６３２m的上海中心大厦，作为世界的绿色建筑，其建设在超高层设计、绿色施工、施工监理、建筑信息化模型（ＢＩＭ）技术等多方面取得了多项科研成果，申请到８项发明专利、授权１２项实用新型技术。仅在结构工程方面，就应用到了超深基坑支护技术、超高泵送混凝土技术、复杂钢结构安装技术以及结构裂缝控制技术等许多创新性的技术革新成果，有的达到了世界水平。这些优化、突破和创新，对我国工程技术人员将是非常宝贵的参考和借鉴。在２０１６年３月初召开的全国人大全体会议期间，很多代表谈到，极大量的技术创新与发展是“十三五”时期我国宏观经济实现战略性调整的一项关键性驱动因素，是实现国家总体布局下全面发展的根本支撑和关键动力。同时，在新一轮科技革命的机遇面前，也只有在关键核心技术上一个个地进行创新突破，才能实现社会生产力的全面跃升，使我国的科研成果和工程技术掌控两者的水平和能力尽早、尽快地全面进入发达国家行列，从而在国际上不断提升技术竞争力，而国力将更加强大！当前，许多工程技术创新得到了广泛的认可，但在创新成果的推广应用中却还存在不少问题。在重大工程建设领域，关键工程技术难题在实践中得到突破和解决后，需要把新的理论或方法进一步梳理总结，再一次次地广泛应用于生产实践，反过来又将再次推动技术的更进一步的创新和发展，是为技术的可持续发展之巨大推动力。将创新成果进行系统总结，出版一套有分量的技术专著是有成效的一个方面。这也是出版“重大工程建设关键技术研究”丛书的意义之所在。以推广学术上的创新为主要目标，“重大工程建设关键技术研究”丛书主要具有以下几方面的特色： １. 聚焦重大工程和关键项目。目前，我国基础设施建设在各个领域蓬勃开展，各类工程项目不断上马，从项目体量和技术难度的角度，我们选择了若干重大工程和关键项目，以此为基础，总结其中的专业理论和专业技术使之编纂成书。由于各类工程涉及领域和专业门类众多，专业学科之间又有相互交叉和融合，难以单用某个专业来设定系列丛书，所以仍然以工程大类为基本主线，初步拟定了隧道与地下工程、桥梁工程、铁道工程、公路工程、超高层与大型公共建筑、水利工程、港口工程、城市规划与建筑共八个领域撰写成系列丛书，基本涵盖了我国工程建设的主要领域，以期为未来的重大工程建设提供专业技术参考指导。由于涉及领域和专业多，技术相互之间既有相通之处，也存在各自间的不同，在交叉技术领域又根据具体情况做了处理，以避免内容上的重复和脱节。２. 突出共性技术和创新成果，侧重应用技术理论化。系列丛书围绕近年来重大工程中出现的一系列关键技术难题，以项目取得的创新成果和技术突破为基础，有针对性地梳理各个系列中的共性、关键或有重大推广价值的技术经验和科研成果，从技术方法和工程实践经验的角度进行深入、系统而又详尽的分析和阐述，为同类难题的解决和技术的提高提供切实的理论依据和应用参考。在“复杂地质与环境条件下隧道建设关键技术丛书”（钱七虎院士任编委会主任）中，对当前隧道与地下工程施工建设中出现的关键问题进行了系统阐述并形成相应的专业技术理论体系，包括深长隧道重大突涌水灾害预测预警与风险控制、盾构工程遇地层软硬不均与极软地层的处理、类矩形盾构法、水下盾构隧道、地面出入式盾构法隧道、特长公路隧道、隧道地质三维探测、盾构隧道病害快速检测、隧道及地下工程数字化、软岩大变形隧道新型锚固材料等，使得关键问题在研究中得到了不同程度的解决和在后续工程中的有效实施。３. 注重工程实用价值。系列丛书涉及的技术成果要求在国内已多次采用，实践证明是可靠的、有效的，有的还获得了技术专利。系列丛书强调以理论为引领，以应用为重点，以案例为说明，所有技术成果均要求以工程项目为背景，以生产实践为依托，使丛书既富有学术内涵，又具有重要的工程应用价值。如“长大桥梁建养关键技术丛书”（郑皆连院士任编委会主任、陈政清院士任副主任），围绕特大跨度悬索桥、跨海长大桥梁、多塔斜拉桥、特大跨径钢管混凝土拱桥、大跨度人行桥、大比例变宽度空间索面悬索桥等重大桥梁工程，聚焦长大桥梁的设计创新理论、施工创新技术、建设难点的技术突破、桥梁结构健康监测与状态评估、运营期维修养护等，主要内容包括大型钢管混凝土结构真空辅助灌注技术、大比例变宽度空间索面悬索桥体系、新型电涡流阻尼减振技术、长大桥梁的缆索吊装和斜拉扣挂施工、超大型深水基础超高组合桥塔、变形智能监测、基于ＢＩＭ的建养一体化等。这些技术的提出以重大工程建设项目为依托，包括合江长江一桥、合江长江二桥、巫山长江大桥、桂广铁路南盘江大桥、张家界大峡谷桥、西堠门大桥、嘉绍大桥、港珠澳大桥、虎门二桥等，书中对涉及具体工程案例的相关内容进行了详尽分析，具有很好的应用参考价值。４. 聚焦热点，关注风险分析、防灾减灾、健康检测、工程数字化等近年来出现的新兴分支学科。在绿色、可持续发展原则指导下，近年来基础建设领域的技术创新在节能减排、低碳环保、绿色土木、风险分析、防灾减灾、健康检测（远程无线视频监控）、工程使用全寿命周期内的安全与经济、可靠性和耐久性、施工技术组织与管理、数字化等方面均有较多成果和实例说明，系列丛书在这些方面也都有一定体现，以求尽可能地发挥丛书对推动重大工程建设的长期、绿色、可持续发展的作用。５. 设立开放式框架。由于上述的一些特性，使系列丛书各分册的进展快慢不一，所以采用了开放式框架，并在后续系列丛书各分册的设定上，采用灵活的分阶段付梓出版的方式。６. 主编作者具备一流学术水平，从而为丛书内容的学术质量打下了坚实的基础。各个系列丛书的主编均是该领域的学术权威，在该领域具有重要的学术地位和影响力。如陈政清教授，中国工程院院士，“９８５”工程首席科学家，桥梁结构与风工程专家；郑皆连教授，中国工程院院士，桥梁设计施工专家；钱七虎教授，中国工程院院士，防护与地下工程专家；吴志强教授，中国工程院院士，城市规划与建设专家；等等。而参与写作的主要作者都是活跃在我国基础设施建设科研、教育和工程的一线人员，承担过重大工程建设项目或重大科研项目，他们主要来自中铁隧道局集团有限公司、中交隧道工程局有限公司、中铁十四局集团有限公司、中交公路工程局有限公司、青岛地铁集团有限公司、上海城建集团、中交公路规划设计院有限公司、陆军研究院工程设计研究所、招商局重庆交通科研设计院有限公司、天津城建集团有限公司、浙江省交通规划设计研究院、江苏交通科学研究院有限公司、同济大学、河海大学、西南交通大学、湖南大学、山东大学等。各位专家在承担繁重的工程建设和科研教学任务之余，奉献了自己的智慧、学识和汗水，为我国的工程技术进步做出了贡献，在此谨代表丛书总编委对各位的辛劳表示衷心的感谢和敬意。当前，不仅国内的各项基础建设事业方兴未艾，在“一带一路”倡议下，我国在海外的重大工程项目建设也正蓬勃发展，对高水平工程科技的需求日益迫切。相信系列丛书的出版能为我国重大工程建设的开展和创新科技的进步提供一定的助力。
２０１７年１２月，于上海