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第1章 概说1

1． 盾构施工法的变迁和将来技术开发的方向性3

1 盾构施工法的历史3

1-1 盾构施工法诞生以前的隧道施工法3

1-2 盾构施工法登场3

1-2-1 盾构施工法的发明和改进4

1-2-2 布鲁涅尔以后的盾构施工法4

2 日本盾构施工法的历史4

2-1 盾构施工法的引进和发展的经过4

2-2 盾构施工法的现状7

3 今后技术开发的方向性11

第2章 调查、计划篇13

1．盾构施工法的调查技术15

1 前言15

2 盾构工程中采取调查的方法15

3 基本计划时的调查（初步调查）15

3-1 选址条件调查17

3-2 障碍物件调查17

3-3 地形及土质调查17

3-4 周边环境调查17

3-5 施工实绩 调查17

4 设计时的调查（基本调查、详细调查）17

4-1 基本调查19

4-2 详细 调查19

5 施工时的调查（确认调查、管理调查）20

5-1 确认调查21

5-2 管理调查21

6 施工后的调查（跟踪调查）22

7 结语22

2．断面及线形规划23

1 前言23

2 断面及线形23

2-1 净空及断面形状23

2-2 不同用途的净空断面概要23

2-2-1 铁路、公路隧道23

2-2-2 下水道隧道23

2-2-3 上水道隧道23

2-2-4 电力、通信隧道23

2-2-5 同时设置的使用隧道24

2-3 隧道线形25

2-2-1 平面线形25

2-2-2 覆土25

2-2-3 坡度26

3 铁路用盾构26

3-1 净空断面26

3-1-1 断面的形状26

3-1-2 单线盾构隧道的净空断面26

3-1-3 复线盾构隧道的净空断面28

3-1-4 其他的断面形状的实例28

（1） 车站盾构28

（2）多圆形盾构28

（3）小型地铁盾构30

3-2 线形30

3-2-1 线形规划30

3-2-2 平面线形的注意点30

3-2-3 纵断面线形的注意点31

4 下水道盾构31

3-1 断面与坡度31

3-1-1 断面形状31

3-1-2 内径及坡度31

3-2 曲线半径32

5 今后的断面与线形的展开趋势32

3．盾构机的种类和选择35

1 盾构机的结构和装备35

1-1 盾构机的种类和机构35

1-2 盾构机的结构和装备35

1-2-1 主体35

（1） 外板36

（2）盾尾密封36

（3） 中间弯曲机构37

1-2-2 推进机构37

1-2-3 切削刀头38

（1）切削刀头形状38

（2） 切削刀具38

（3） 支承方式39

（4） 切削刀装备扭矩39

（5） 土砂密封39

1-2-4 添加材料灌注装置（土压式）40

1-2-5 混合搅拌机构、排土机构（土压式）40

1-2-6 送排泥机构和搅拌机构（泥水式）40

1-2-7 管片拼装机构41

1-2-8 附属机构41

（1）衬背灌浆装置41

（2） 测量装置41

（3） 其它42

1-3 大断面盾构例42

1-3-1 土压式盾构42

1-3-2 泥水式盾构42

1-4 适用型复合地质盾构实例44

2 现有的盾构机种类和选定方法45

2-1 前言45

2-2 盾构的种类45

1-2-1 人工挖掘式盾构45

1-2-2 半机械挖掘式盾构46

1-2-3 机械挖掘式盾构46

1-2-4 机械挖掘式和密闭型的共同机构47

（1） 切削刀头47

（2） 切削刀支承方式47

（3） 切削刀具48

1-2-5 闭胸式盾构48

1-2-6 泥水式盾构49

1-2-7 土压式盾构49

（1） 土压盾构50

（2 ） 泥土压盾构50

2-3 盾构机种的选定51

2-3-1 冲积粘性土52

2-3-2 洪积粘性土52

（1）全面敞开型盾构53

（2）密闭型盾构53

2-3-3 砂质土53

（1）泥水式盾构53

（2）泥土压盾构54

2-3-4 砂砾、卵石54

（1）泥水式盾构54

（2） 泥土压盾构55

2-3-5 泥岩55

（1） 全面敞开型盾构55

（2） 密闭型盾构55

2-4 结语56

4．新盾构法58

1 对大断面化、大深度化、长距离化的展望58

1-1 前言58

1-2 对大断面化的展望58

1-2-1 断面增大的趋势58

1-2-2 对超大直径实施的步骤58

1-2-3 技术上的可能性59

1-3 对大深度化的展望60

1-3-1 向大深度化（高水压力下）发展的趋势60

1-3-2 高水压力下施工的步骤60

1-3-3 对大深度化的展望61

1-4 对长距离化的展望62

1-4-1 长距离化的趋势62

1-4-2 长距离盾构的步骤62

（1） 盾构机的耐久性63

（2）快速施工64

1-4-3 对长距离化、快速施工的展望64

1-5 新的盾构技术65

1-6 总结65

第3章 设计、施工篇67

1．衬砌69

1 一次衬砌的设计69

1-1 前 言69

1-2 一次衬砌设计的概要69

1-2-1 设计的基本条件69

1-2-2 荷载的种类和组合69

（1） 垂直及水平土压力69

（2） 水压力70

（3） 自重70

（4） 地基反力70

1-2-3 设计法70

1-3 设计方法72

1-3-1 惯用设计法72

1-3-2 修正惯用设计法73

1-3-3 多铰系圆环分析法73

1-3-4 梁—弹簧模型分析法73

1-4 设计上的注意点74

1-4-1 构件的设计74

（1） 主梁74

（2） 背板（外板）75

（3）纵肋75

（4） 管片接头75

（5） 环接头76

1-4-2 小半径曲线77

1-4-3 地震时77

1-5 今后的课题77

2 二次衬砌的设计和施工77

2-1 前言77

2-2 一般的二次衬砌的设计78

2-2-1 结构设计78

2-2-2 衬砌厚度79

2-2-3 养护时间79

2-2-4 使用材料79

2-3 一般的二次衬砌施工79

2-3-1 施工流程79

2-3-2 混凝土工程80

（1） 准备80

（2） 浇筑混凝土80

（3） 混凝土养护80

（4） 二次衬砌混凝土浇筑时的注意点81

2-3-3 模板81

2-3-4 钢筋82

2-4 脱模时二次衬砌合理结构稳定评价方法82

2-4-1 结构分析模型和结构稳定的评价方法82

2-4-2 少龄期混凝土的物性值的特征82

（1） 变形模量（E）83

（2） 强度常数（C，φ）83

2-4-3 现场施工管理（累计温度的运用）83

2-4-4 现场施工实验84

（1）实验概要84

（2） 实验结果85

2-5 有关二次衬砌设计、施工的其他技术86

2-5-1 隧道轴向设计和二次衬砌86

2-5-2 一次、二次衬砌之间的防水薄板86

2-6 结语86

3 盾构隧道的防水技术87

3-1 前言87

3-2 在管片接头面实施的防水87

3-2-1 用密封材料防水87

（1） 用密封材料进行止水的看法88

（2） 确认止水条件的实验事例89

3-2-2 在管片接头面实施的其他防水90

3-3 采用二次衬砌防水91

3-3-1 防水板的种类91

3-3-2 用防水板止水的观点91

3-3-3 防水板材料的安装法92

3-3-4 防水板的接合方法92

3-4 结语93

2．竖井的设计和施工设备94

1 竖井的设计和施工94

1-1 竖井的种类94

1-1-1 始发竖井94

1-1-2 到达竖井94

1-1-3 中间竖井94

1-2 竖井的形状和施工法94

1-2-1 形状94

1-2-2 施工法95

1-3 竖井的设计95

1-3-1 结构形式的研究96

1-3-2 打桩挡土墙类竖井的要点96

（1）支护的形式96

（2）打桩深度的研究96

（3）断面研究96

1-3-3 有关沉箱类竖井的要点96

（1）沉箱施工法型式的研究96

（2）构件的研究96

1-4 竖井的施工96

1-4-1 钢板桩竖井96

1-4-2 SMW竖井98

（1）钻孔时98

（2） 开挖竖井时98

1-4-3 气压沉箱竖井98

1-4-4 开口沉箱竖井98

1-4-5 地下连续墙竖井99

1-5 最近的工程事例100

1-5-1 工程概要100

（1） 施工环境100

（2） 土质概要和竖井断面100

1-5-2 地下连续墙的施工100

（1）开挖单元分块100

（2）标准开挖周期和开挖精度100

（3）稳定液100

（4）钢筋笼架设100

（5）混凝土浇筑102

1-5-3 始发竖井的开挖102

（1） 开挖102

（2） 补强环混凝土102

（3） 闸井102

（4） 地下连续墙的质量102

（5） 地下连续墙的量测结果102

3．临时设备103

1 临时设备的计划103

1-1 临时设备的种类103

1-2 配置计划103

1-3 成套设备103

1-3-1 添加材料设备103

（1）材料的选定103

（2）代表性的添加材料和特征105

（3）成套设备的实例105

1-3-2 泥水处理成套设备105

1-4 洞内土砂搬出设备107

1-4-1 土压式盾构的搬出设备108

（1）轨道方式108

（2）管道方式108

1-4-2 泥水输送设备109

1-5 运转控制设备110

1-5-1 土压式盾构机的运转控制设备110

1-5-2 泥水式盾构机的运转控制设备110

1-6 器材搬入设备110

1-7 洞外设备110

1-7-1 土砂搬出设备110

（1） 门式起重机方式111

（2） 抓斗方式111

（3） 吊斗提升用塔架方式111

（4）垂直输送机方式111

1-7-2 物资器材搬入、搬出设备111

1-7-3 物资器材储料场设备111

1-7-4 开挖土处理装置111

1-7-5 污水处理设备112

1-7-6 隔音设备112

1-8 安全设备（除气压施工法外）112

4．盾构工程的自动化114

1 前言114

2 掘进管理系统114

2-1 开发过程114

2-2 系统的功能和构成114

2-3 系统的事例115

3 方向控制系统115

3-1 开发过程115

3-2 系统的功能和构成115

3-3 自动量测系统116

3-3-1 光学式116

3-3-2 旋转罗盘式118

3-4 推进控制系统118

4 管片自动化拼装装置119

4-1 开发过程119

4-2 自动装置的概况120

4-2-1 管片的供给120

4-2-2 管片的抓取120

4-2-3 管片的定位120

4-2-4 螺栓紧固122

4-3 自动装置的成果与课题122

5 自动搬运系统123

5-1 开发过程123

5-2 系统概要123

5-2-1 在地上部分进行的搬运123

5-2-2 地上至竖井下的搬运123

5-2-3 洞内搬运124

6 其他自动化技术125

6-1 自我诊断系统125

6-2 箱体输送125

7 总结125

5．掘进和施工管理126

1 盾构掘进和施工管理126

1-1 前言126

1-2 掘进管理126

1-3 开挖管理127

1-3-1 泥水式盾构的开挖管理127

（1）开挖面管理127

（2） 开挖土方量管理130

（3）盾构机管理130

1-3-2 土压式盾构的开挖管理131

（1）开挖面管理131

（2） 开挖土方量管理132

1-3-3 开挖面坍塌探测132

1-4 线形管理132

1-5 衬背灌浆管理133

1-5-1 浓度134

1-5-2 水泥泛浆率135

1-5-3 凝胶时间135

1-5-4 压缩强度135

1-6 一次衬砌管理135

1-6-1 拼装135

1-6-2 防水135

1-6-3 位置135

1-7 结语136

2 盾构机的始发和到达136

2-1 前言136

2-2 盾构的始发136

2-2-1 始发形态136

2-2-2 始发设备137

（1）始发台、反力支承、临时拼装管片137

（2） 入口衬垫137

2-2-3 始发顺序138

（1） 始发准备作业138

（2）拆除临时墙138

（3）掘进138

2-3 盾构机的到达138

2-3-1 到达的形态138

（1）到达后拆除挡土墙、再推进的方法139

（2） 事先拆除挡土墙、使盾构机到达的方法139

2-3-2 到达的顺序139

（1） 在到达竖井前的掘进139

（2）盾构机的到达140

（3）拆除临时墙140

2-4 始发、到达竖井的地基改良140

2-4-1 化学药液注浆施工法140

（1）计算方法140

（2） 改良断面的研究140

（3）施工140

2-4-2 高压喷射灌注施工法141

（1） 计算方法141

（2） 设计强度和安全系数142

（3） 改良断面的研究142

（4）有效直径的设定和配置142

（5） 施工143

2-4-3 冻结施工法143

（1） 计算方法143

（2） 设计强度与安全系数143

（3） 改良断面的研究143

（4） 冻结管径和埋设间隔143

（5） 施工144

2-5 始发、到达的注意事项144

2-5-1 始发时的注意事项144

（1） 始发台144

（2） 始发洞口144

（3） 反力支承144

（4） 入口衬垫144

（5）临时墙拆除前的确认144

（6）始发前的确认144

（7）始发后的确认事项144

2-5-2 到达的注意事项144

（1）刚到达前的掘进144

（2）临时墙拆除前的确认145

（3） 盾构机外周的止水处理145

2-6 今后的课题145

3 衬背灌浆施工法和注浆效果145

3-1 前言145

3-2 衬背灌浆的目的145

3-3 衬背灌浆材料146

3-3-1 根据使用材料特性进行的分类146

3-3-2 根据注浆状态进行的分类146

3-4 衬背灌浆的观点及其效果148

3-4-1 应灌注和充填的空隙148

3-4-2 注浆量148

3-4-3 注浆压力149

3-4-4 地基特性和衬背灌浆材料150

3-4-5 小半径曲线施工150

3-5 衬背灌浆的施工150

3-5-1 衬背灌浆方式的分类151

（1）同时注浆方式151

（2）半同时注浆方式151

（3）即时注浆方式151

（4）后方注浆方式151

3-5-2 衬背灌浆设备151

（1） 主要机器152

（2）设备方式152

3-6 结语153

4 曲线施工和地下接合153

4-1 小半径曲线施工153

4-1-1 盾构机154

（1）盾构机长154

（2）仿形切削刀装置154

（3）中间弯曲机构154

（4）切削刀偏心机构和切削刀弯曲机构155

4-1-2 管片156

（1） 管片宽度156

（2） 楔形管片156

（3）缩小管片156

（4）管片的改良156

4-1-3 辅助施工法157

4-1-4 衬背灌浆157

4-1-5 可垂直弯曲的盾构施工法157

4-1-6 小半径曲线的施工实绩158

4-2 地下接合158

4-2-1 使用辅助施工法的地下接合158

4-2-2 机械的地下接合159

（1）刀盘引人方式159

（2）防护罩挤压方式160

（3）贯入环方式160

4-2-3 机械的地下接合的问题点160

4-2-4 地下接合的施工实绩160

5 辅助施工法的种类和选择160

5-1 辅助施工法的应用160

5-1-1 用于开挖面稳定的辅助施工法161

5-1-2 用于特殊条件下施工的辅助施工法161

（1） 防止地基下沉161

（2） 邻近施工162

（3） 小半径曲线施工163

（4） 地下接合163

（5） 其他164

5-2 为了始发和到达的辅助施工法164

5-2-1 始发部分的辅助施工法164

5-2-2 到达部分的辅助施工法165

5-3 辅助施工法的种类165

5-3-1 气压施工法165

5-3-2 降低地下水位施工法165

5-3-3 化学药液注浆施工法166

5-3-4 高压喷射注浆施工法167

5-3-5 冻结施工法170

6．邻近施工和环境对策173

1 邻近施工和对策173

1-1 前言173

1-2 从事邻近施工的方法173

1-3 邻近施工影响的研究176

1-3-1 邻近施工中所预料的问题点176

1-3-2 邻近程度的判断176

1-3-3 地基和邻近构筑物的动态预测178

1-3-4 原有构筑物的受损容许值179

1-4 对策施工法和效果确认180

1-4-1 对策施工法的种类与选定180

1-4-2 对策施工法的试验施工及其效果的确认180

1-5 邻近施工时的动态量测管理183

1-6 结语184

2 托换基础和障碍物对策184

2-1 前言184

2-2 障碍物的调查184

2-3 对付障碍物的基本方法186

2-4 托换基础187

2-4-1 概要187

2-4-2 调查188

2-4-3 施工188

（1 ） 耐压板方式188

（2）新建基础方式188

（3）新设基础和耐压板兼用方式189

2-4-4 施工管理189

（1） 预加荷载190

（2） 量测管理190

2-5 障碍物对策190

2-5-1 盾构机掘进的切削拆除方式191

2-5-2 从地面上、障碍物内部事先进行拆除191

（1）事先从障碍物内部拆除192

（2）通过竖井、横向坑道事先拆除192

2-5-3 从盾构开挖面进行的机内拆除193

2-6 今后的课题194

3 盾构工程和环境对策195

3-1 前言195

3-2 盾构工程中环境对策的特征195

3-3 环境对策的推行方法195

3-4 相关法规196

3-4-1 公害对策的基本法197

3-4-2 噪声限制法197

3-4-3 振动限制法200

3-4-4 防止公害条例200

3-5 影响环境的因素及其对策200

3-5-1 噪声、振动200

（1）发生原因200

（2） 对策201

3-5-2 地基下沉203

（1） 伴随盾构的掘进而引发下沉的原因及其对策203

（2） 竖井部分地基下沉的原因及其对策203

3-5-3 防止水质的污染203

3-5-4 降低地下水位204

3-5-5 缺氧204

3-5-6 废弃物（弃土）205

（1）晒干205

（2）强制脱水206

（3） 添加水泥系改良材料206

（4）添加石灰系改良材料206

（5）添加高分子系改良剂206

3-5-7 日照、景观207

3-6 今后的课题208

7．新施工法的现状和将来的展望209

1 自由断面盾构施工法（纵椭圆形断面）209

1-1 盾构机209

1-2 纵椭圆形管片209

1-3 从开发到实际应用210

1-4 本施工法在计划上的考虑210

2 异形断面盾构211

2-1 盾构机211

2-2 衬砌结构211

2-3 开发阶段212

3 分岔、接合盾构212

3-1 接合方式212

3-2 分离方式214

3-3 开发阶段215

4 球体盾构（喇叭形）施工法215

4-1 盾构机215

4-2 从开发到实际应用215

4-3 本施工法计划上的考虑216

5 总结216

6 双圆形、矩形和扩大盾构机的开发动向216

6-1 前言216

6-2 双圆形盾构217

6-2-1 开发的经过217

6-2-2 开挖、排土机构218

6-2-3 管片219

6-2-4 施工性220

6-2-5 施工实例221

（1） MF盾构施工法222

（2）DOT施工法222

（3） H&V盾构施工法223

6-2-6 技术开发的动向223

6-3 矩形盾构224

6-3-1 以前的矩形盾构224

6-3-2 新颖的矩形盾构225

6-4 扩大盾构226

6-4-1 开发的经过及其用途226

6-4-2 施工法的概要和施工顺序227

6-4-3 施工法的特征227

6-4-4 施工实例228

（1）圆周盾构228

（2）扩大盾构228

7 EC L施工法230

7-1 前言230

7-2 ECL施工法开发的经过和现状230

7-3 ECL施工法的概况231

7-4 施工实绩233

7-4-1 东电野泽4丁目附近的管道新建工程233

（1）工程概况233

（2）地质概况233

（3）施工内容233

7-4-2 新宿区南元町和若叶二丁目附近的管道支线工程235

（1）工程概况235

（2）地质概况235

（3）施工内容236

7-4-3 文京区弥生一丁目、千驮木一丁目附近的管道支线工程237

（1）工程概况237

（2）地质概况237

（3）施工内容238

（4）施工结果238

7-5 结语239

8．隧道开挖面的稳定和防止地基变形240

1 开挖面稳定的理论和实践240

1-1 盾构施工法的开挖面稳定240

2 泥水式盾构施工法的开挖面稳定240

2-1 开挖面稳定机构240

2-2 泥水应有的性质240

3-2-1 泥水比重240

3-2-2 砂成分含有率240

3-2-3 泥水的粘性241

2-3 泥水压力的考虑方法242

2-3-1 水压力242

2-3-2 土压力242

（1）未评价土压力的场合242

（2）采用静止土压力的场合242

（3）采用主动土压力（被动土压力）的场合243

（4） 采用泰沙基（Terzaghi）的松动土压力的场合243

（5） 使用村山的松动土压力的场合244

2-3-3 备用压力245

2-4 施工实绩245

3 土压力式盾构施工法开挖面的稳定246

3-1 开挖面的稳定机构246

3-2 泥土的应有性质246

3-2-1 塑性流动性246

3-2-2 不透水性246

3-3 切削刀的形状247

3-4 管理压力的考虑方法247

3-5 添加材料247

3-5-1 造泥材料247

3-5-2 气泡247

3-5-3 水247

3-6 施工实绩247

4 特殊条件下的开挖面稳定248

4-1 互相重迭地基的开挖面的稳定248

4-2 软弱地基的开挖面稳定248

4-3 大断面盾构的开挖面的稳定248

9．地基位移的理论与实践249

1 前言249

2 地基位移的实态249

2-1 地基位移的影响因素249

2-2 地基位移的表现方式和机理250

2-3 地基位移的分布及其影响范围252

2-3-1 冲积地基252

2-3-2 洪积地基253

3 地基位移的预测分析254

3-1 冲积地基的预测分析255

3-1-1 地基下沉分析255

3-1-2 地基隆起分析256

3-2 洪积地基的预测分析257

3-2-1 地基下沉分析257

3-2-2 地基隆起分析258

4 结语259

附录261

附录1263

管片的设计例263

1 管片的设计例263

1-1 设计条件264

1-2 RC平板型管片的设计264

1-2-1 作用于管片衬砌体的外荷载的推算264

1-2-2 管片环截面内力的推算266

1-2-3 主体的应力强度267

1-2-4 管片接头螺栓的设计267

1-2-5 对千斤顶推力的研究269

1-3 钢制箱形管片的设计269

1-3-1 作用于管片衬砌体的外荷载的推算269

1-3-2 管片环的截面内力和应力强度的推算270

1-3-3 主体的应力强度271

1-3-4 管片接头螺栓的设计271

1-3-5 盾构外板的研究272

1-3-6 纵肋的研究273

1-3-7 将外板和纵肋作为T型梁时对外压力的研究274

1-4 环接头螺栓的研究274

1-4-1 对K型管片（双锥形）嵌入的研究274

1-4-2 1环整体的嵌入275

2 与日本国外设计方法的比较275

2-1 设计条件275

2-1-1 管片各数据275

2-1-2 土质条件275

2-1-3 使用材料277

2-1-4 钢筋保护层277

2-2 管片的设计277

2-2-1 作用于管片衬砌体的外荷载的推算277

2-2-2 截面内力的推算方法278

2-2-3 截面内力的推算结果279

2-2-4 管片各部分安全性的核查279

2-3 日本的RC平板型管片设计例282

2-3-1 作用于管片衬砌体的外荷载的推算282

2-3-2 管片环的截面内力的推算282

2-4 德国和日本的管片设计法的比较282

3 结语282

4 采用有限元法的盾构衬砌设计例283

4-1 计划概要283

4-2 与重迭圆形断面衬砌设计相关的技术课题283

4-3 用有限元法进行衬砌设计的技术课题284

4-3-1 对砂质地基（水土分离型）有限元法的适用284

4-3-2 在设定衬砌设计外力方面进行的泊松比？的评价284

4-3-3 接头效果和拼装效果的评估284

4-4 设计条件和设计步骤284

4-4-1 对长期荷载的研究285

4-4-2 对短期荷载的研究285

4-5 衬砌设计法的稳妥性（现场量测性）286

4-6 结语287

附录2288

地基位移预测分析方法的事例288

1前言288

2地基位移的一般特性288

3预测分析方法例289

4结语294

附录3295

盾构工程的施工计划295

1 施工计划书295

2 制定施工计划的顺序295

3 作成盾构工程施工计划书的事例296

3-1 目录构成例296

3-2 记入方面的注意事项297