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第1章 盾构法隧道施工概述1

1.1 盾构法隧道发展背景1

1.1.1 我国盾构法隧道发展1

1.1.2 盾构法隧道施工原理2

1.1.3 盾构法隧道工法特点5

1.2 盾构法隧道施工方法6

1.2.1 盾构机的基本功能7

1.2.2 盾构施工流程11

1.3 盾构施工与周边环境的相互作用16

1.3.1 隧道施工对周边环境的影响16

1.3.2 周边环境对盾构施工的约束18

1.4 盾构法隧道施工控制技术19

1.4.1 地面沉降控制19

1.4.2 隧道轴线控制19

1.4.3 特殊区段控制21

1.5 本章小结22

参考文献23

第2章 地下工程的岩土介质24

2.1 岩土介质概述24

2.1.1 土的生成与特性25

2.1.2 土的组分构造27

2.1.3 土的物性指标32

2.1.4 岩土的工程分类37

2.2 地下水和渗流40

2.2.1 地下水概述40

2.2.2 土的渗透性41

2.2.3 地下水的渗流规律43

2.2.4 地下水与隧道施工45

2.3 土中应力计算47

2.3.1 土中应力计算47

2.3.2 有效应力原理54

2.3.3 土的应力路径56

2.3.4 土的侧向压力58

2.4 土的强度63

2.4.1 土的强度及其测定63

2.4.2 土的破坏准则67

2.4.3 黏性土的抗拉强度70

2.5 土的固结和沉降72

2.5.1 土的压缩性72

2.5.2 地基沉降的计算76

2.5.3 渗流固结77

2.5.4 隧道的地面沉降80

2.6 本章小结81

参考文献82

第3章 地下工程的力学方法84

3.1 岩土介质的本构关系84

3.1.1 土的应力应变特性85

3.1.2 弹性本构关系87

3.1.3 塑性和弹塑性本构关系90

3.1.4 黏弹性和黏弹塑性本构关系96

3.1.5 损伤本构理论99

3.1.6 岩土本构关系102

3.2 解析方法102

3.2.1 解析方法的控制方程102

3.2.2 隧道开挖应力与位移解析解103

3.2.3 隧道开挖引起地面沉降的解析解107

3.2.4 解析法的应用109

3.3 数值方法111

3.3.1 有限元方法111

3.3.2 有限差分法113

3.3.3 离散元方法115

3.3.4 其他数值计算方法117

3.3.5 数值分析方法的应用118

3.4 经验公式122

3.4.1 Peck公式122

3.4.2 Peck公式的发展125

3.4.3 经验公式的隧道应用案例127

3.5 试验方法131

3.5.1 室内试验131

3.5.2 现场试验139

3.6 本章小结143

参考文献144

第4章 盾构施工的力学分析147

4.1 盾构施工的力学过程147

4.1.1 刀盘前方土的开挖与支护148

4.1.2 盾尾建筑空隙形成与填充149

4.1.3 周围地层的固结重塑150

4.2 盾构开挖面的稳定分析150

4.2.1 开挖面稳定的力学原理151

4.2.2 开挖面稳定的影响因素152

4.2.3 开挖面稳定的研究现状156

4.2.4 开挖面稳定的研究难点157

4.3 盾尾建筑空隙的注浆填充158

4.3.1 注浆填充的施工原理158

4.3.2 注浆填充的影响因素159

4.3.3 注浆填充的研究现状161

4.3.4 注浆填充的研究难点163

4.4 隧道周围土的重塑166

4.4.1 土体重塑的力学原理167

4.4.2 土体重塑的影响因素167

4.4.3 土体重塑的研究现状168

4.4.4 土体重塑的研究难点169

4.5 本章小结171

参考文献171

第5章 盾构法施工信息技术173

5.1 盾构法施工的信息论基础173

5.1.1 盾构法隧道施工信息的作用173

5.1.2 盾构法隧道施工的信息研究174

5.2 盾构机掘进信息的采集175

5.2.1 盾构机掘进信息的内容175

5.2.2 盾构开挖信息采集175

5.2.3 盾构及管片姿态信息的采集176

5.3 隧道及周边监测信息的采集183

5.3.1 隧道及周边监测信息的内容184

5.3.2 隧道及周边监测的常用手段184

5.3.3 隧道及周边监测信息的采集188

5.4 盾构施工的信息存储194

5.4.1 盾构施工信息的特征194

5.4.2 盾构施工信息的标准化196

5.4.3 盾构施工管理数据库的设计198

5.5 盾构法隧道施工的信息处理199

5.5.1 盾构施工信息的统计199

5.5.2 盾构施工信息的查询199

5.5.3 盾构施工信息可视化200

5.6 本章小结203

参考文献203

第6章 地下工程控制论原理204

6.1 地下工程控制论思想204

6.1.1 地下工程的研究对象204

6.1.2 地下工程的基本特点206

6.1.3 地下工程的基本公设208

6.1.4 地下工程的三种状态209

6.1.5 地下工程中的控制论210

6.1.6 地下工程的可观测性和能控制性211

6.2 地下工程控制系统213

6.2.1 控制系统的结构214

6.2.2 控制系统的难点215

6.3 地下工程的控制原则和手段216

6.3.1 降低对岩土介质的扰动216

6.3.2 提高岩土介质的稳定性217

6.3.3 地下工程系统控制策略217

6.4 本章小结219

参考文献220

第7章 盾构施工过程的控制221

7.1 盾构法隧道施工系统221

7.1.1 施工系统的框架221

7.1.2 施工系统信息流223

7.1.3 施工系统的辨识225

7.1.4 盾构法控制问题226

7.2 土体强度的控制227

7.2.1 土体强度控制原理227

7.2.2 土体强度控制系统228

7.2.3 土体强度控制策略229

7.3 开挖面稳定控制问题229

7.3.1 开挖面的控制原理230

7.3.2 开挖面的控制系统231

7.3.3 开挖面的控制策略233

7.4 盾构尾部区域控制235

7.4.1 注浆控制原理236

7.4.2 注浆控制系统237

7.4.3 注浆控制策略238

7.5 盾构推进方向控制239

7.5.1 推进方向的控制原理239

7.5.2 盾构机轴线控制系统241

7.5.3 方向和轴线控制策略241

7.6 本章小结242

参考文献243

第8章 盾构施工的智能控制244

8.1 控制论与智能控制244

8.1.1 控制论发展历程244

8.1.2 智能控制思想和特点246

8.2 专家系统和专家控制系统247

8.2.1 基本原理247

8.2.2 基于专家系统的周边环境预测控制249

8.2.3 基于专家控制系统的盾构推进系统253

8.2.4 应用和发展趋势254

8.3 人工神经网络256

8.3.1 基本原理256

8.3.2 基于神经网络的地层变形预测261

8.3.3 基于神经网络的盾构密封舱压力控制264

8.3.4 应用与发展趋势265

8.4 模糊控制266

8.4.1 基本原理266

8.4.2 盾构姿态的模糊控制274

8.4.3 地面沉降的模糊控制276

8.4.4 模糊控制应用和发展的趋势278

8.5 遗传算法279

8.5.1 基本原理279

8.5.2 基于遗传算法的设定值优化281

8.5.3 基于遗传算法的控制系统模型参数优化283

8.5.4 遗传算法的应用与发展趋势285

8.6 本章小结285

参考文献286

第9章 盾构控制技术的发展288

9.1 多层次盾构工程施工数据库288

9.1.1 异构数据的集成原理289

9.1.2 异构数据集成的关键技术290

9.1.3 基于中间件数据库系统设计292

9.1.4 隧道工程和试验联合数据库293

9.2 智能控制算法发展与应用294

9.2.1 基于基因表达式双圆盾构沉降研究294

9.2.2 基于免疫多模型盾构推进控制研究300

9.3 盾构机全自动控制技术发展308

9.3.1 管片自动选型和拼装技术309

9.3.2 盾构位姿的自动检测和控制317

9.4 本章小结322

参考文献322

第10章 力学和控制论的运用324

10.1 力学和控制论的适用性分析324

10.2 力学在盾构隧道施工中的运用325

10.2.1 力学理论对盾构施工控制参数的指导325

10.2.2 盾构隧道施工对地层的力学影响分析及应用330

10.2.3 盾构近距离穿越建（构）筑物的力学分析及应用333

10.3 控制论在盾构隧道施工中的运用341

10.3.1 同步注浆控制系统功能介绍及系统实例342

10.3.2 盾构隧道轴线控制系统功能介绍及系统实例346

10.3.3 设备故障诊断系统功能介绍及系统实例348

10.3.4 隧道工程智能控制系统及其应用349

10.3.5 风险控制系统在盾构隧道施工中的应用352

10.4 盾构隧道施工中的灾害防治357

10.4.1 盾构隧道工程灾害分类357

10.4.2 盾构穿越特殊地质水文条件的处理措施358

10.4.3 盾构隧道施工灾害及应急处理365

10.5 展望374

10.5.1 力学和控制论的结合性发展和应用374

10.5.2 对盾构法隧道工程灾害及其防治的再认识375

10.5.3 盾构法隧道工程控制系统的全生命周期管理376

参考文献377

索引379