近年來,我國各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展如火如荼,一帶一路建設(shè)持續(xù)推進(jìn),許多重大工程項目如雨后春筍般蓬勃興建,諸如三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)、三縱四橫高鐵網(wǎng)、港珠澳大橋、上海中心大廈,以及由我國援建的雅萬高鐵、中老鐵路、中泰鐵路、瓜達(dá)爾港、比雷埃夫斯港,等等,不一而足。毋庸置疑,我國已成為世界上建設(shè)重大工程最多的國家之一。這些重大工程項目就其建設(shè)規(guī)模、技術(shù)難度和資金投入等而言,不僅在國內(nèi),即使在全球范圍也都位居前茅,甚至名列世界第一。在這些工程的建設(shè)過程中涌現(xiàn)的一系列重大關(guān)鍵性技術(shù)難題,通過分析探索創(chuàng)新,很多都得到了很好的優(yōu)化和解決,有的甚至在原來的理論、技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)造出了新的技術(shù)手段和方法,申請了大量的技術(shù)專利。例如,632m的上海中心大廈,作為世界最高的綠色建筑,其建設(shè)在超高層設(shè)計、綠色施工、施工監(jiān)理、建筑信息化模型(BIM)技術(shù)等多方面取得了多項科研成果,申請到8項發(fā)明專利、授權(quán)12項實用新型技術(shù)。僅在結(jié)構(gòu)工程方面,就應(yīng)用到了超深基坑支護(hù)技術(shù)、超高泵送混凝土技術(shù)、復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)以及結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)等許多創(chuàng)新性的技術(shù)革新成果,有的達(dá)到了世界水平。這些優(yōu)化、突破和創(chuàng)新,對我國工程技術(shù)人員將是非常寶貴的參考和借鑒。
在2016年3月初召開的全國人大全體會議期間,很多代表談到,極大量的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展是十三五時期我國宏觀經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)戰(zhàn)略性調(diào)整的一項關(guān)鍵性驅(qū)動因素,是實現(xiàn)國家總體布局下全面發(fā)展的根本支撐和關(guān)鍵動力。
同時,在新一輪科技革命的機(jī)遇面前,也只有在關(guān)鍵核心技術(shù)上一個個地進(jìn)行創(chuàng)新突破,才能實現(xiàn)社會生產(chǎn)力的全面躍升,使我國的科研成果和工程技術(shù)掌控兩者的水平和能力盡早、盡快地全面進(jìn)入發(fā)達(dá)國家行列,從而在國際上不斷提升技術(shù)競爭力,而國力將更加強大!當(dāng)前,許多工程技術(shù)創(chuàng)新得到了廣泛的認(rèn)可,但在創(chuàng)新成果的推廣應(yīng)用中卻還存在不少問題。在重大工程建設(shè)領(lǐng)域,關(guān)鍵工程技術(shù)難題在實踐中得到突破和解決后,需要把新的理論或方法進(jìn)一步梳理總結(jié),再一次次地廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐,反過來又將再次推動技術(shù)的更進(jìn)一步的創(chuàng)新和發(fā)展,是為技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展之巨大推動力。將創(chuàng)新成果進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié),出版一套有分量的技術(shù)專著是最有成效的一個方面。這也是出版重大工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究叢書的意義之所在。以推廣學(xué)術(shù)上的創(chuàng)新為主要目標(biāo),重大工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究叢書主要具有以下幾方面的特色:
1. 聚焦重大工程和關(guān)鍵項目。目前,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在各個領(lǐng)域蓬勃開展,各類工程項目不斷上馬,從項目體量和技術(shù)難度的角度,我們選擇了若干重大工程和關(guān)鍵項目,以此為基礎(chǔ),總結(jié)其中的專業(yè)理論和專業(yè)技術(shù)使之編纂成書。由于各類工程涉及領(lǐng)域和專業(yè)門類眾多,專業(yè)學(xué)科之間又有相互交叉和融合,難以單用某個專業(yè)來設(shè)定系列叢書,所以仍然以工程大類為基本主線,初步擬定了隧道與地下工程、橋梁工程、鐵道工程、公路工程、超高層與大型公共建筑、水利工程、港口工程、城市規(guī)劃與建筑共八個領(lǐng)域撰寫成系列叢書,基本涵蓋了我國工程建設(shè)的主要領(lǐng)域,以期為未來的重大工程建設(shè)提供專業(yè)技術(shù)參考指導(dǎo)。由于涉及領(lǐng)域和專業(yè)多,技術(shù)相互之間既有相通之處,也存在各自間的不同,在交叉技術(shù)領(lǐng)域又根據(jù)具體情況做了處理,以避免內(nèi)容上的重復(fù)和脫節(jié)。
2. 突出共性技術(shù)和創(chuàng)新成果,側(cè)重應(yīng)用技術(shù)理論化。系列叢書圍繞近年來重大工程中出現(xiàn)的一系列關(guān)鍵技術(shù)難題,以項目取得的創(chuàng)新成果和技術(shù)突破為基礎(chǔ),有針對性地梳理各個系列中的共性、關(guān)鍵或有重大推廣價值的技術(shù)經(jīng)驗和科研成果,從技術(shù)方法和工程實踐經(jīng)驗的角度進(jìn)行深入、系統(tǒng)而又詳盡的分析和闡述,為同類難題的解決和技術(shù)的提高提供切實的理論依據(jù)和應(yīng)用參考。在復(fù)雜地質(zhì)與環(huán)境條件下隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)叢書(錢七虎院士任編委會主任)中,對當(dāng)前隧道與地下工程施工建設(shè)中出現(xiàn)的關(guān)鍵問題進(jìn)行了系統(tǒng)闡述并形成相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)理論體系,包括深長隧道重大突涌水災(zāi)害預(yù)測預(yù)警與風(fēng)險控制、盾構(gòu)工程遇地層軟硬不均與極軟地層的處理、類矩形盾構(gòu)法、水下盾構(gòu)隧道、地面出入式盾構(gòu)法隧道、特長公路隧道、隧道地質(zhì)三維探測、盾構(gòu)隧道病害快速檢測、隧道及地下工程數(shù)字化、軟巖大變形隧道新型錨固材料等,使得關(guān)鍵問題在研究中得到了不同程度的解決和在后續(xù)工程中的有效實施。
3. 注重工程實用價值。系列叢書涉及的技術(shù)成果要求在國內(nèi)已多次采用,實踐證明是可靠的、有效的,有的還獲得了技術(shù)專利。系列叢書強調(diào)以理論為引領(lǐng),以應(yīng)用為重點,以案例為說明,所有技術(shù)成果均要求以工程項目為背景,以生產(chǎn)實踐為依托,使叢書既富有學(xué)術(shù)內(nèi)涵,又具有重要的工程應(yīng)用價值。如長大橋梁建養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)叢書(鄭皆連院士任編委會主任、陳政清院士任副主任),圍繞特大跨度懸索橋、跨海長大橋梁、多塔斜拉橋、特大跨徑鋼管混凝土拱橋、大跨度人行橋、大比例變寬度空間索面懸索橋等重大橋梁工程,聚焦長大橋梁的設(shè)計創(chuàng)新理論、施工創(chuàng)新技術(shù)、建設(shè)難點的技術(shù)突破、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與狀態(tài)評估、運營期維修養(yǎng)護(hù)等,主要內(nèi)容包括大型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)真空輔助灌注技術(shù)、大比例變寬度空間索面懸索橋體系、新型電渦流阻尼減振技術(shù)、長大橋梁的纜索吊裝和斜拉扣掛施工、超大型深水基礎(chǔ)超高組合橋塔、變形智能監(jiān)測、基于BIM的建養(yǎng)一體化等。這些技術(shù)的提出以重大工程建設(shè)項目為依托,包括合江長江一橋、合江長江二橋、巫山長江大橋、桂廣鐵路南盤江大橋、張家界大峽谷橋、西堠門大橋、嘉紹大橋、港珠澳大橋、虎門二橋等,書中對涉及具體工程案例的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了詳盡分析,具有很好的應(yīng)用參考價值。
4. 聚焦熱點,關(guān)注風(fēng)險分析、防災(zāi)減災(zāi)、健康檢測、工程數(shù)字化等近年來出現(xiàn)的新興分支學(xué)科。在綠色、可持續(xù)發(fā)展原則指導(dǎo)下,近年來基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新在節(jié)能減排、低碳環(huán)保、綠色土木、風(fēng)險分析、防災(zāi)減災(zāi)、健康檢測(遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控)、工程使用全壽命周期內(nèi)的安全與經(jīng)濟(jì)、可靠性和耐久性、施工技術(shù)組織與管理、數(shù)字化等方面均有較多成果和實例說明,系列叢書在這些方面也都有一定體現(xiàn),以求盡可能地發(fā)揮叢書對推動重大工程建設(shè)的長期、綠色、可持續(xù)發(fā)展的作用。
5. 設(shè)立開放式框架。由于上述的一些特性,使系列叢書各分冊的進(jìn)展快慢不一,所以采用了開放式框架,并在后續(xù)系列叢書各分冊的設(shè)定上,采用靈活的分階段付梓出版的方式。
6. 主編作者具備一流學(xué)術(shù)水平,從而為叢書內(nèi)容的學(xué)術(shù)質(zhì)量打下了堅實的基礎(chǔ)。各個系列叢書的主編均是該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)權(quán)威,在該領(lǐng)域具有重要的學(xué)術(shù)地位和影響力。如陳政清教授,中國工程院院士,985工程首席科學(xué)家,橋梁結(jié)構(gòu)與風(fēng)工程專家;鄭皆連教授,中國工程院院士,橋梁設(shè)計施工專家;錢七虎教授,中國工程院院士,防護(hù)與地下工程專家;吳志強教授,中國工程院院士,城市規(guī)劃與建設(shè)專家;等等。而參與寫作的主要作者都是活躍在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)科研、教育和工程的一線人員,承擔(dān)過重大工程建設(shè)項目或國家級重大科研項目,他們主要來自中鐵隧道局集團(tuán)有限公司、中交隧道工程局有限公司、中鐵十四局集團(tuán)有限公司、中交第一公路工程局有限公司、青島地鐵集團(tuán)有限公司、上海城建集團(tuán)、中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司、陸軍研究院工程設(shè)計研究所、招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司、天津城建集團(tuán)有限公司、浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院、江蘇交通科學(xué)研究院有限公司、同濟(jì)大學(xué)、河海大學(xué)、西南交通大學(xué)、湖南大學(xué)、山東大學(xué)等。各位專家在承擔(dān)繁重的工程建設(shè)和科研教學(xué)任務(wù)之余,奉獻(xiàn)了自己的智慧、學(xué)識和汗水,為我國的工程技術(shù)進(jìn)步做出了貢獻(xiàn),在此謹(jǐn)代表叢書總編委對各位的辛勞表示衷心的感謝和敬意。
當(dāng)前,不僅國內(nèi)的各項基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)方興未艾,在一帶一路倡議下,我國在海外的重大工程項目建設(shè)也正蓬勃發(fā)展,對高水平工程科技的需求日益迫切。相信系列叢書的出版能為我國重大工程建設(shè)的開展和創(chuàng)新科技的進(jìn)步提供一定的助力。
2017年12月,于上海
第1章緒論1
1.1水下盾構(gòu)隧道概述/1
1.1.1水下盾構(gòu)隧道工程發(fā)展史/1
1.1.2水下盾構(gòu)隧道施工技術(shù)發(fā)展趨勢/2
1.1.3國內(nèi)水下盾構(gòu)隧道發(fā)展存在問題/3
1.2泥水氣壓平衡盾構(gòu)/3
1.2.1泥水氣壓平衡盾構(gòu)發(fā)展/3
1.2.2泥水氣壓平衡盾構(gòu)工作原理/4
1.3盾構(gòu)刀具可視化檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀/5
1.3.1盾構(gòu)刀具磨損研究現(xiàn)狀/5
1.3.2近景攝影測量技術(shù)研究現(xiàn)狀/7
1.4盾構(gòu)檢修現(xiàn)狀/8
第2章泥水平衡盾構(gòu)氣壓條件下飽和法開艙技術(shù)9
2.1研究背景/10
2.2設(shè)備研究/11
2.2.1生命保障系統(tǒng)/11
2.2.2穿梭艙/14
2.2.3盾構(gòu)人閘/16
2.2.4穿梭艙運輸和快速對接設(shè)備/17
2.2.5其他配套附屬設(shè)備/24
2.3人員配置及職責(zé)/25
2.3.1飽和法開艙作業(yè)主要人員配置及職責(zé)/26
2.3.2飽和法開艙作業(yè)輔助工作人員配置及職責(zé)/27
2.4工作面支護(hù)壓力確定/28
2.4.1經(jīng)驗系數(shù)法/28
2.4.2整體穩(wěn)定分析模型計算/28
2.4.3開艙試驗確定/29
2.5泥漿及閉氣泥膜形成/29
2.5.1泥膜閉氣性測試實驗裝置與方法/29
2.5.2不同性質(zhì)泥膜的形成及閉氣實驗/33
2.5.3泥膜的閉氣性評價指標(biāo)/40
2.5.4泥膜閉氣機(jī)理分析/46
2.5.5閉氣泥膜形成技術(shù)/49
2.5.6泥膜質(zhì)量檢測和失效修復(fù)/51
2.6飽和法開艙作業(yè)呼吸氣體及開艙作業(yè)/52
2.6.1飽和法開艙作業(yè)呼吸氣體種類/52
2.6.2生活艙氣體供應(yīng)種類/52
2.6.3飽和法開艙作業(yè)/53
2.7醫(yī)療保障/61
2.7.1進(jìn)艙作業(yè)人員選拔/61
2.7.2進(jìn)艙作業(yè)前體檢/62
2.7.3艙內(nèi)作業(yè)人員職業(yè)健康管理/62
2.7.4氣壓條件下飽和法作業(yè)減壓病/63
2.8風(fēng)險管理/66
2.8.1編制專項方案/66
2.8.2風(fēng)險因素識別/66
2.8.3風(fēng)險評價/67
2.8.4飽和法開艙作業(yè)主要風(fēng)險管理和應(yīng)對措施/69
第3章水下隧道盾構(gòu)盾尾刷更換技術(shù)73
3.1水下隧道盾構(gòu)盾尾刷失效原因分析/74
3.2水下隧道盾構(gòu)盾尾刷更換方案/75
3.3注漿止水盾尾刷更換技術(shù)/75
3.3.1注漿止水盾尾刷更換總體方案/75
3.3.2特殊管片設(shè)計/76
3.3.3同步注漿封堵止水/77
3.3.4二次補強注漿封堵止水/77
3.3.5特殊管片環(huán)注漿封堵止水/77
3.3.6盾體前端壓注聚氨酯封堵/78
3.3.7注漿封堵效果檢測/79
3.3.8注漿止水盾尾刷更換施工/79
3.3.9盾尾滲漏應(yīng)急措施/85
3.4凍結(jié)法盾尾刷更換技術(shù)/85
3.4.1盾尾刷更換方案比選/85
3.4.2液氮凍結(jié)法設(shè)計方案/85
3.4.3凍結(jié)孔施工/89
3.4.4凍結(jié)管路安裝/91
3.4.5凍結(jié)期溫度監(jiān)測/93
3.4.6盾尾刷更換/98
3.5安全施工保證措施/98
3.5.1作業(yè)平臺搭設(shè)安全保證措施/98
3.5.2鉆孔施工安全保證措施/98
3.5.3凍結(jié)管路安裝作業(yè)安全保證措施/98
3.5.4液氮凍結(jié)施工安全保證措施/99
第4章盾構(gòu)刀具可視化檢測技術(shù)裝置100
4.1盾構(gòu)刀具可視化檢測設(shè)計思路/100
4.1.1系統(tǒng)功能與設(shè)計思路/100
4.1.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)/102
4.2盾構(gòu)刀具可視化檢測裝置/105
4.2.1攝影裝置/105
4.2.2推進(jìn)裝置/107
4.2.3沖洗裝置/108
4.2.4密封試驗/109
第5章盾構(gòu)刀具磨損分析112
5.1盾構(gòu)精密三維模型構(gòu)造/112
5.1.1構(gòu)建盾構(gòu)模型的基礎(chǔ)框架/112
5.1.2三維模型精細(xì)化處理/113
5.2檢測影像數(shù)據(jù)姿態(tài)解算/117
5.2.1相機(jī)標(biāo)定/117
5.2.2姿態(tài)解算/120
5.3空間場景結(jié)構(gòu)恢復(fù)/120
5.3.1圖像銳化/121
5.3.2直方圖均衡/121
5.3.3閾值分割/122
5.3.4Canny邊緣檢測/122
5.4盾構(gòu)刀具可視化檢測軟件/123
5.4.1軟件設(shè)計/124
5.4.2軟件功能與流程/125
5.4.3定向點采集界面/126
5.4.4圖像處理操作/128
5.4.5三維視圖操作/130
第6章盾構(gòu)刀具可視化檢測系統(tǒng)操作規(guī)程134
6.1后視系統(tǒng)操作規(guī)程/134
6.1.1準(zhǔn)備工作/134
6.1.2安裝后視系統(tǒng)/135
6.1.3成像采集數(shù)據(jù)/136
6.1.4安全退回并拆卸/136
6.2前視系統(tǒng)操作規(guī)程/137
6.2.1準(zhǔn)備工作/137
6.2.2安裝前視系統(tǒng)/138
6.2.3成像采集數(shù)據(jù)/140
6.2.4安全退回拆卸/141
第7章工程應(yīng)用案例142
7.1南京緯三路過江通道概況/142
7.1.1地理位置/142
7.1.2施工地質(zhì)和水文環(huán)境/143
7.1.3項目特點/144
7.2南京緯三路過江通道盾構(gòu)選型與配置/145
7.3南京緯三路過江通道盾尾刷更換背景/145
7.4盾構(gòu)刀具磨損檢測應(yīng)用/146
7.4.1盾構(gòu)磨損檢測應(yīng)用背景/146
7.4.2第一次測試/148
7.4.3第二次測試/150
7.4.4第三次測試/152
參考文獻(xiàn)155