盾构推进系统布局设计方法

在现今的隧道施工建设领域，盾构法因具有安全性高、噪声小、不会造成地面沉陷和机械自动化程度高等优点，在工程实践中得到了越来越广泛的应用。以往人们对盾构推进系统掘进过程中各个掘进参数的相关性、推进系统参数的优化设计、推进系统的液压与控制等方面进行了理论分析，但并没有对推进系统的布局设计方法给出相关的理论说明。本书针对此问题，创新性地提出了推进系统空间力椭圆模型、力传递评估方法、承载特征线、变形空间椭圆模型、振动固有频率线以及等差和几何级数布局设计方法。而基于这一整套盾构推进系统力传递特性和结构特性的理论体系，本书提出的方法也可以为具体的工程实践提供一定的理论指导。
相较于国内外同类型书籍，本书的优势主要体现在以下几个方面：
1）本书在盾构推进系统力传递特性和结构特性方面的研究有很大的创新性，提出的力传递评估方法（偏心率“树干”法、推力变化相对系数法和推力变异系数法）对推进系统布局优化的评价具备较高的指导意义。
2）本书极具创新性地提出了复合地层下推进系统非均匀布局设计理念。在国内很多的隧道施工过程中，盾构推进系统往往以均匀布局为主，非均匀布局设计少之又少，而在复杂的地质条件下推进系统非均匀布局设计相比于均匀布局设计在抗偏载、抗变形等方面具有更优越的特性。因此，本书旨在为我国盾构推进系统布局设计的革新提供实质性的理论基础。
3）本书从力学建模、力传递特性和结构特性分析、力传递评估方法以及布局设计方法等方面形成了一套完整的理论体系，而各理论分支相互贯通，为终成功设计一套推进系统布局方案提供了明确的方法。
本书的内容为作者十余年来的研究成果，内容完整详实，具有较强的指导性和实用性。
本书得到了湖南科技大学一流学科建设经费，湖南科技大学学术著作出版基金，湖南省自然科学基金项目（2018JJ2122），湖南省教育厅科研项目（18A181），湖南省学位与研究生教育教学教改研究项目（J81202），重点科研平台（道路施工技术与装备*重点实验室）开放基金项目（300102259509）的资助，在此表示衷心的感谢。
本书由邓孔书博士和王焕功博士共同负责制定提纲和全书的撰写工作。研究生丁一成、蒙帮梁、向聪、尹祝融、曾露为本书做了大量的基础工作，在此对他们的付出表示感谢。在本书撰写过程中，作者参考和引用了国内外相关文献，并将其列在各章的参考文献中，在此对这些文献的作者表示诚挚的感谢。此外，本书的撰写还得到了湖南科技大学机电工程学院赵前程教授和相关学者的中肯意见以及国内隧道施工建设领域相关专业人士的热心帮助和指导，在此向这些专家学者一并表示真诚的感谢。由于作者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。
邓孔书 王焕功

本书首先介绍了盾构的发展历程、国内外相关研究成果和土压平衡盾构推进系统的研究现状，建立了盾构推进系统的力学模型，构建了均匀地层和复合地层下的盾构推进系统空间力椭圆模型；之后对该空间力椭圆模型的传递特性进行了分析，提出了推进系统力传递评估方法及指标;*后介绍了盾构推进系统的结构特性分析和设计优化方法，并给出了相关地铁隧道施工建设的实际案例。
本书可供高等院校机械工程相关专业的高年级本科生和研究生使用，也可供从事工程设计、优化评估等方面的工程技术人员和科研人员参考。

前言
第1章 绪论
1.1引言
1.2盾构的发展历史及研究状况
1.2.1盾构发展历史
1.2.2国外盾构研究状况
1.2.3国内盾构研究状况
1.3土压平衡盾构推进系统研究
参考文献
第2章 推进系统力学建模
2.1推进系统受力分析
2.1.1推进系统掘进阻力分析
2.1.2推进系统水平阻力矩分析
2.1.3推进系统纵向阻力矩分析
2.2推进系统力学模型构建
2.3本章小结
参考文献
第3章 推进系统力传递特性分析
3.1均匀地层下推进系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析
3.1.1均匀系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析
3.1.2四分区系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析
3.1.3非均匀系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析
3.1.4空间力椭圆模型应用
3.2复合地层下推进系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析
3.2.1推进系统偏心率“树干”模型构建及力传递特性分析
3.2.2推进系统偏心率圆锥面模型构建及力传递特性分析
3.2.3推进系统适应性模型构建及力传递特性分析
3.3本章小结
参考文献
第4章 推进系统力传递评估方法及指标
4.1偏心率“树干”法
4.2推力变化相对系数法
4.3推力变异系数法
4.4本章小结
参考文献
第5章 推进系统设计及应用
5.1盾构推进系统承载能力分析
5.1.1获取基于空间力椭圆模型的承载系数
5.1.2推进系统力承载系数特性分析
5.1.3盾构推进系统承载特征线模型的应用
5.2基于变刚度推进系统变形特性分析
5.2.1盾构推进系统变形椭圆模型构建
5.2.2均匀系统变形特性分析
5.2.3非均匀系统变形特性分析
5.2.4复合地层下推进系统变形树干模型构建
5.3基于变刚度推进系统振动固有频率特性分析
5.3.1推进系统振动模型构建
5.3.2推进系统振动频率线构建
5.4均匀地层下推进系统布局设计优化方法及应用
5.4.1推进系统布局设计总体性评价指标
5.4.2均匀地层下盾构非均匀推进系统布局优化设计
5.4.3均匀地层下盾构分区推进系统布局优化设计
5.5复合地层下推进系统布局设计优化方法及应用
5.5.1等差布局设计
5.5.2几何级数布局设计
5.5.3北京、石家庄等城市地铁隧道施工建设案例
5.5.4德国杜塞尔多夫城市地铁隧道施工建设案例
5.6本章小结
参考文献

本书首先介绍了盾构的发展历程、国内外相关研究成果和土压平衡盾构推进系统的研究现状，建立了盾构推进系统的力学模型，构建了均匀地层和复合地层下的盾构推进系统空间力椭圆模型；之后对该空间力椭圆模型的传递特性进行了分析，提出了推进系统力传递评估方法及指标;*后介绍了盾构推进系统的结构特性分析和设计优化方法，并给出了相关地铁隧道施工建设的实际案例。
本书可供高等院校机械工程相关专业的高年级本科生和研究生使用，也可供从事工程设计、优化评估等方面的工程技术人员和科研人员参考。

作者十余年的研究成果，创新性地提出了推进系统空间力椭圆模型、力传递评估方法、承载特征线、变形空间椭圆模型、振动固有频率线以及等差和几何级数布局设计方法，设计方法完整详实，极大地提高盾构设备实用性！