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第1章 隧道盾构工法的发展1

1．1 概述1

1．2 国内盾构工法的发展2

1．2．1 我国隧道状况2

1．2．2 我国盾构工法的发展2

1．3 复合地层盾构机组的发展历程5

1．3．1 广州地铁一号线的经验与教训5

1．3．2 复合地层盾构5

1．4 复合地层的工程地质与水文地质6

1．4．1 广州地区的地质构造与地层分布6

1．4．2 广州地区水文地质特征7

1．4．3 广州地区工程地质和水文地质评价8

第2章 复合地层盾构机组的形式及其属性9

2．1 全断面隧道掘进机组9

2．1．1 适合不同地层的隧道掘进机组9

2．1．2 适合开挖各种抗压强度岩石的隧道掘进机组12

2．2 复合地层盾构机组的属性13

2．2．1 工程的环境条件14

2．2．2 工程地质及水文地质14

2．2．3 工程的线路平面、纵剖面、横剖面及衬砌管片结构设计条件15

2．3 围岩强度与复合地层盾构机组施工15

2．3．1 复合地层盾构机组对工程地质及水文地质的适应性15

2．3．2 复合地层盾构机组对隧道土压的适应性16

第3章 复合地层盾构机组几何设计及其基础资料17

3．1 复合地层盾构机组的主要组成17

3．1．1 盾构主体主要组成17

3．1．2 后配套台车的主要配置17

3．2 盾构主体盾壳各功能段的划分18

3．2．1 切口环的功能18

3．2．2 支承环的功能18

3．2．3 盾尾的功能18

3．3 盾构主体的几何设计19

3．3．1 盾壳的外径19

3．3．2 盾构主体的总长度20

3．4 中折装置21

3．4．1 中折装置的功能21

3．4．2 中折装置的结构22

3．5 盾尾密封装置23

3．5．1 盾尾密封装置的功能及设计技术要求23

3．5．2 盾尾密封装置结构23

3．5．3 刷式密封件24

3．6 设计的基础资料24

3．6．1 地层稳定性、破岩机理分析的工程地质及水文地质资料24

3．6．2 工程设计图纸25

第4章 复合地层盾构机组破岩机理与刀具设计26

4．1 破岩方式及破岩机理概述26

4．1．1 切削破岩机理26

4．1．2 滚压破岩机理27

4．2 切刀的设计与应用28

4．2．1 切刀的设计28

4．2．2 切刀在复合地层中的应用35

4．3 盘形滚刀的设计与应用37

4．3．1 滚刀的种类37

4．3．2 盘形滚刀刀刃形式及标准规格39

4．3．3 典型盘形滚刀组的结构形式39

4．3．4 滚刀的选材40

4．3．5 盘形滚刀组合密封的设计45

4．3．6 盘形滚刀轴承的选择与计算48

4．3．7 典型盘形滚刀的装配与调整76

4．4 复合地层盾构机组刀盘刀具的配置81

4．4．1 刀盘刀具配置81

4．4．2 盘形滚刀的直径和刀间距的选择81

第5章 盾壳和刀盘结构设计83

5．1 盾壳的设计荷载83

5．1．1 垂直土压力和水平土压力83

5．1．2 水压力83

5．1．3 自重84

5．1．4 上覆荷载84

5．1．5 变向荷载84

5．1．6 开挖面前方压力84

5．1．7 刀盘装备扭矩87

5．1．8 刀盘驱动装置装备功率的确定90

5．1．9 装备总推力的确定90

5．1．10 其他荷载92

5．2 盾壳结构设计92

5．2．1 盾壳结构的设计原则和基本理论92

5．2．2 盾壳结构设计方法93

5．2．3 软土地层盾构机组的盾壳材料96

5．2．4 复合地层盾构机组的盾壳材料98

5．2．5 特殊环境下的盾壳选材99

5．3 盾壳结构设计的许用应力101

5．3．1 盾壳结构的许用应力101

5．3．2 几种常用典型钢材牌号建议采用的许用应力101

5．4 刀盘设计104

5．4．1 刀盘的结构形式104

5．4．2 刀盘的支承方式105

5．4．3 刀盘结构设计106

第6章 主轴承设计109

6．1 刀盘主轴承的特点109

6．1．1 刀盘支承的主要形式109

6．1．2 刀盘主轴承的工作特点109

6．1．3 刀盘主轴承的形式选择109

6．2 作用于刀盘主轴承的荷载分析111

6．2．1 作用于刀盘主轴承的荷载111

6．2．2 刀盘主轴承设计计算荷载参数的确定112

6．3 径向圆柱滚子轴承与轴向推力圆柱滚子轴承组合型刀盘主轴承的设计112

6．3．1 组合型刀盘主轴承主要形式112

6．3．2 组合型刀盘主轴承的设计112

6．3．3 径向基本额定动荷载Cr和轴向基本额定动荷载Ca的计算114

6．3．4 径向基本额定静荷载Cor和轴向基本额定静荷载Coa的计算119

6．3．5 接触应力的验算120

6．4 组合型刀盘主轴承固定螺栓组的设计127

6．4．1 组合型刀盘主轴承在组合装配时固定螺栓组的预紧要求127

6．4．2 固定螺栓组的设计计算127

6．4．3 固定螺栓螺母材料选择132

6．4．4 固定螺栓组连接紧固扳手作业空间要求135

6．5 组合型刀盘主轴承材料选择和主要零部件硬度要求137

6．5．1 组合型刀盘主轴承材料选择137

6．5．2 组合型刀盘主轴承主要零部件硬度要求138

6．6 组合型刀盘主轴承的密封设计142

6．6．1 组合型刀盘主轴承密封的功能142

6．6．2 组合型刀盘主轴承密封的形式及选择142

6．6．3 组合型刀盘主轴承密封设计142

6．7 润滑剂的选择144

6．7．1 润滑剂选择的原则144

6．7．2 润滑脂145

6．7．3 润滑油145

6．8 组合型刀盘主轴承的磨损计算145

6．8．1 组合型刀盘主轴承的摩擦特性145

6．8．2 组合型刀盘主轴承的摩擦力矩计算146

第7章 刀盘驱动装置148

7．1 刀盘驱动装置的设计要求148

7．1．1 刀盘驱动的特点148

7．1．2 刀盘驱动扭矩与转速特性148

7．2 刀盘驱动方式及其选择149

7．2．1 刀盘驱动方式149

7．2．2 刀盘驱动方式的选择149

7．3 电动机直接驱动装置150

7．3．1 电动机直接驱动装置的传动链150

7．3．2 电动机的选择151

7．3．3 笼型感应电动机的启动及调速159

7．4 电动机输出轴与行星齿轮减速器输入轴的连接164

7．4．1 磁粉离合器164

7．4．2 液力偶合器167

7．5 行星齿轮减速器172

7．5．1 轮系172

7．5．2 行星齿轮传动的传动比175

7．5．3 行星齿轮传动的效率176

7．5．4 渐开线齿轮行星齿轮传动的主要参数确定179

7．5．5 行星齿轮传动的受力分析189

7．5．6 行星传动齿轮强度计算189

7．5．7 行星齿轮传动的结构设计与计算194

7．5．8 盾构机组的典型行星齿轮减速器208

7．6 刀盘驱动装置传动链最后一级齿轮传动副的设计211

7．6．1 刀盘驱动装置传动链最后一级齿轮传动副传动的特点211

7．6．2 齿轮副传动的分类和优缺点211

7．6．3 齿轮传动的选择原则及类型选择212

7．6．4 渐开线圆柱齿轮传动214

7．6．5 齿轮传动副大、小齿轮材料228

7．7 液压马达驱动装置230

7．7．1 液压马达驱动装置的传动链230

7．7．2 液压马达驱动装置的液压系统231

7．7．3 液压马达驱动装置液压系统计算237

第8章 盾构液压推进系统240

8．1 盾构液压推进系统的设计240

8．1．1 推进油缸工作压力的确定和结构设计要求240

8．1．2 推进油缸的配置240

8．1．3 推进油缸的行程和工作速度241

8．2 推进油缸的主要结构尺寸242

8．2．1 推进油缸的荷载组成与计算242

8．2．2 推进油缸的主要结构尺寸计算243

8．3 推进油缸设计245

8．3．1 推进油缸的缸筒内径和活塞杆外径与行程245

8．3．2 推进油缸结构246

8．3．3 推进油缸主要零件的材料248

8．3．4 推进油缸主要零件的技术要求256

8．4 推进油缸的布置和推进油缸液压系统计算258

8．4．1 推进油缸的布置258

8．4．2 推进油缸液压系统计算259

第9章 液压、供电、控制系统261

9．1 液压系统261

9．1．1 液压系统设计原则261

9．1．2 液压马达驱动的液压系统261

9．1．3 推进油缸的液压系统263

9．2 供电系统265

9．2．1 供电系统设备选型和布置265

9．2．2 典型供电系统265

9．2．3 低压配电回路267

9．3 掘进推进测量系统271

9．3．1 掘进推进测量系统的组成及技术要求271

9．3．2 典型掘进推进测量系统271

第10章 其他部分273

10．1 压气系统273

10．1．1 压气施工273

10．1．2 压气系统设备配置273

10．1．3 压气系统的技术要求274

10．2 排渣土（送排泥）装置276

10．2．1 硬岩全断面隧道联合掘进机组的排渣土装置——铲斗装置276

10．2．2 土压平衡式盾构的排渣土装置277

10．2．3 泥水加压式盾构机组的送排泥装置282

10．3 管片拼装机289

10．3．1 管片拼装机的技术要求289

10．3．2 管片拼装机的主要性能290

10．3．3 管片拼装辅助设备290

10．3．4 管片拼装机的设计计算291

10．4 管片衬砌环壁后同步注浆系统292

10．4．1 同步注浆系统的技术要求292

10．4．2 同步注浆系统的设备配置292

10．5 添加剂注入系统293

10．5．1 添加剂注入系统的技术要求293

10．5．2 添加剂注入系统的设备配置293

10．6 后配套台车294

10．6．1 后配套台车的功能294

10．6．2 后配套台车的技术要求294

10．6．3 后配套台车的主要形式294

参考文献295