盾构切削大直径钢筋混凝土群桩的理论与实践
出版时间：2017年版
内容简介
在城市盾构掘进施工中，常会遇到地中障碍物。其中，桩基就是*典型的一种障碍物。在能确保桩所支撑的建（构）筑物安全和满足功能的条件下，盾构直接切桩通过是*理想的选择。本书呈现给读者的正是盾构切削大直径钢筋混凝土桥桩的研究成果和成功案例。全书共13章，从理论分析、现场切桩试验和工程验证等角度，详细地论述了盾构切削“钢筋”“混凝土”机理、新型刀具的研发及配置、盾构切削钢筋混凝土桩模式、盾构机改造方法、现场盾构切削钢筋混凝土桩试验以及盾构切削苏州广济桥14根大直径钢筋混凝土桥桩过程，*后介绍研究开发的与切桩密切相关的壁后注浆、渣土改良等内容。
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 盾构的起源及发展 1
1.2 盾构技术在我国的应用 5
1.3 盾构切削大直径钢筋混凝土桩问题的提出 6
参考文献 7
第2章 盾构切桩工程案例 8
2.1 盾构切桩工程案例调研 8
2.2 盾构切桩工程详例介绍 11
2.2.1 沈阳地铁1号线盾构切削桥梁桩基 11
2.2.2 上海轨道交通7号线盾构切削工业厂房桩基 12
2.2.3 上海轨道交通10号线盾构切削简支梁桥桩基 14
2.2.4 天津地铁9号线盾构被动切削房屋桩基 16
2.2.5 上海轨道交通9号线盾构切削简支梁桥桩基 17
2.2.6 广州地铁3号线盾构切削居民楼桩基 18
2.3 调研案例与苏州工程切桩的比较分析 19
2.4 本章小结 21
参考文献 21
第3章 盾构的刀盘、刀具与切削（掘削） 23
3.1 盾构的刀盘与刀具 23
3.1.1 刀盘 23
3.1.2 刀具 24
3.2 盾构切刀切削 25
3.2.1 切刀的种类及功能 25
3.2.2 切削机理 26
3.2.3 刀具磨损 27
3.3 盾构滚刀掘削 29
3.3.1 滚刀的种类及功能 29
3.3.2 掘削机理 30
3.3.3 刀具磨损 30
3.4 刀盘选型原则与切削刀具的配置原理 30
3.4.1 刀盘选型原则 30
3.4.2 刀具配置原理 31
参考文献 32
第4章盾构切削钢筋混凝土桩的可行性 34
4.1 盾构切削钢筋混凝土桩的特性 34
4.1.1 切刀切削钢筋混凝土桩的特性 34
4.1.2 滚刀切削钢筋混凝土桩的特性 35
4.2 切削钢筋混凝土桩刀具的选择 36
4.2.1 切削钢筋混凝土桩的边界（围岩）条件 36
4.2.2 刀具配置具体目标 36
4.2.3 刀具选型 36
4.3 盾构切削钢筋混凝土桩可能存在的问题 38
参考文献 40
第5章刀刃与钢筋混凝土的相互作用及切削机理研究 41
5.1 刀刃切桩的适应性分析与选型 41
5.2 切削仿真有限元基础 42
5.2.1 LS-DYNA动力学软件简介 42
5.2.2 动态接触算法 43
5.2.3 单点高斯积分与沙漏控制 44
5.2.4 显式求解方法与时步控制 45
5.3 刀刃切削钢筋机理 46
5.3.1 钢筋本构模型 46
5.3.2 钢筋切屑分离准则 47
5.3.3 切削钢筋细观模型建立 48
5.3.4 负前角刀刃切削钢筋的机理分析 49
5.4 三维刀刃动态切削钢筋仿真 52
5.4.1 仿真模型建立 52
5.4.2 典型刀刃动态切削钢筋过程及特征 53
5.4.3 前角对切削钢筋的影响规律 56
5.4.4 刃角和刃宽对切削钢筋的影响规律 56
5.5 刀刃切削混凝土机理 59
5.5.1 混凝土的本构模型 59
5.5.2 切削混凝土细观模型建立 62
5.5.3 负前角刀刃切削混凝土的机理分析 63
5.6 三维刀刃动态切削混凝土仿真 64
5.6.1 典型刀刃动态切削混凝土分析 64
5.6.2 前角对切削力的影响规律 66
5.6.3 刃角和刃宽对切削力的影响规律 66
5.7 本章小结 67
参考文献 68
第6章 新型刀具的切桩性能与磨损机理研究 70
6.1 新型切桩刀具研发 70
6.2 新型刀具切削钢筋的力学特征与规律分析 71
6.2.1 热力耦合分析方法 71
6.2.2 切削钢筋模型建立 72
6.2.3 切削钢筋效果与动态过程分析 73
6.3 切深和切速对切削钢筋的影响规律 76
6.3.1 切深对切削钢筋的影响规律 76
6.3.2 切速对切削钢筋的影响规律 77
6.4 新型刀具切削混凝土的力学特征与规律分析 78
6.4.1 动态切削全过程分析 78
6.4.2 混凝土和刀具应力分析 79
6.4.3 切削力分析 79
6.5 切深对切削混凝土的影响规律 80
6.6 切桩刀具磨损机理与类型判别 81
6.7 本章小结 82
参考文献 83
第7章 切桩主力刀具配置与掘削参数控制的理论探析 84
7.1 切桩主力刀具的布置及数量 84
7.1.1 布置方法比选 84
7.1.2 刀间距初步方案 84
7.1.3 轨迹布刀数量和相位角的设置 86
7.2 刀盘切桩受力计算模型 86
7.2.1 数学模型建立 86
7.2.2 刀具切深的确定 87
7.2.3 计算程序编制 90
7.3 推力扭矩的特征与影响因素 91
7.3.1 切桩刀数和推力扭矩的变化特征 91
7.3.2 桩身宽度对推力扭矩的影响 93
7.3.3 桩基偏移距离对推力扭矩的影响 94
7.4 不平衡力和倾覆力矩的特征与影响因素 95
7.4.1 计算方法 95
7.4.2 切削中部桩和侧部桩的变化特征 96
7.4.3 桩身宽度和偏移距离的影响 97
7.5 切削参数设置和控制建议 98
7.6 本章小结 99
参考文献 100
第8章切桩盾构设备的适应性改造 101
8.1 所用盾构机改造前情况 101
8.2 刀盘、刀具改造加强 103
8.2.1 切桩主力刀具配置 103
8.2.2 其他切桩刀具的设计及布置 103
8.2.3 加强改造后的刀盘、刀具装配图 105
8.3 螺旋输送机改造 105
8.3.1 改造方案探讨 105
8.3.2 改造实施具体方案 106
8.4 其他改造措施 107
8.5 刀盘刚度加强与检算 108
8.6 本章小结 109
第9章盾构切削大直径钢筋混凝土桩基试验 111
9.1 现场试验方案 111
9.1.1 试验的必要性及意义 111
9.1.2 试验总体方案比选 111
9.1.3 试验研究内容 112
9.1.4 试验桩布置及约束 112
9.1.5 切削工况设计 114
9.2 试验现象和结果 114
9.2.1 各工况实际实施情况 114
9.2.2 试验过程及现象 115
9.2.3 试验结果统计 122
9.3 切削混凝土分析 122
9.3.1 中心小贝壳刀切削混凝土效果 122
9.3.2 正面大贝壳刀切削混凝土效果 123
9.3.3 混凝土脊量测与合理刀间距分析 124
9.4 切削钢筋分析 126
9.4.1 断筋长度统计 126
9.4.2 钢筋断口形态分析 126
9.4.3 混凝土包裹对断筋长度的影响 128
9.5 切削参数分析 129
9.5.1 切削参数统计 129
9.5.2 推力和扭矩变化特征 131
9.5.3 与切深和刀盘转向的关系 133
9.6 刀具损伤分析 134
9.6.1 刀具损伤数量及形式 134
9.6.2 刀具损伤分布规律 135
9.6.3 刀刃防崩损改进与防护 136
9.7 试验桩变形与钢筋受力分析 137
9.7.1 试验桩变形监测 137
9.7.2 试验桩钢筋受力分析 139
9.8 刀具立体布局优化与群刀切削仿真实验 140
9.8.1 分次切筋理念与刀具立体布局优化方案 140
9.8.2 超前贝壳刀立体布局方案切桩仿真试验 141
9.9 本章小结 144
第10章 盾构切削大直径群桩的控制措施与施工实践 146
10.1 盾构切削14根大直径桩基的风险点与可行性分析 146
10.1.1 盾构切削大直径群桩的风险点分析 146
10.1.2 刀具切削群桩的磨损量预测 148
10.1.3 工程可行性分析 150
10.2 桥梁结构的承载力检算与加固 151
10.2.1 分析思路和检算方法 151
10.2.2 检算结果及分析 152
10.2.3 1#桥墩加固方案比选 154
10.2.4 1#桥墩加固具体施工措施 155
10.3 隧道管片衬砌的附加应力计算与配筋增强 159
10.3.1 切桩后桩端与管片相对位置分析 159
10.3.2 计算断面选取 160
10.3.3 附加应力计算 160
10.3.4 管片受力和配筋计算分析 161
10.4 盾构切削穿越大直径桩基施工控制技术 163
10.4.1 刀盘切削关键技术 163
10.4.2 穿桩施工辅助技术 166
10.4.3 工程管理措施 168
10.4.4 其他应考虑的问题 169
10.5 双线切削穿桩施工总体情况 171
10.5.1 工程实施总体效果 171
10.5.2 左、右线切桩历时与切削参数统计 171
10.6 左线切削 5排7根大直径桩基的实施过程与效果 173
10.6.1 切削3#桥台3-1、3-2排桩施工情况 173
10.6.2 切削2#桥墩2-1、2-2排桩施工情况 176
10.6.3 切削1#桥墩1-1排桩施工情况 179
10.7 右线切削7排7根大直径桩基的实施过程与效果 180
10.7.1 切削3#桥台3-3、3-4排桩施工情况 180
10.7.2 切削2#桥墩2-3、2-4排桩施工情况 183
10.7.3 切削1#桥墩1-2排桩施工情况 184
10.7.4 切削0#桥台0-1、0-2排桩施工情况 186
第11章 盾构切削大直径群桩的实测分析 188
11.1 钢筋收集与切筋效果分析 188
11.1.1 受切钢筋和混凝土的理论量 188
11.1.2 钢筋收集方式与排出量统计 188
11.1.3 钢筋长度统计分析 190
11.1.4 钢筋形态统计分析 191
11.2 刀具损伤分析与磨损系数回归 193
11.2.1 各类刀具损伤现象 193
11.2.2 刀具磨损量统计及其规律 195
11.2.3 超前贝壳刀磨损系数 196
11.2.4 正面大贝壳刀磨损系数 197
11.3 切桩推力扭矩的变化规律及影响因素 197
11.3.1 切桩过程中推力变化规律 197
11.3.2 切桩过程中扭矩变化规律 201
11.3.3 刀盘前注入添加剂对推力扭矩的影响 205
11.3.4 刀盘正反转对推力扭矩的影响 207
11.3.5 盾构停机对推力扭矩的影响分析 209
11.3.6 刀具损伤对推力扭矩的影响 209
11.4 桥梁墩台三维变形监测统计与规律分析 211
