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Handbook of Tunnel Engineering I

作者: Bernhard Maidl , Markus Thewes , Ulrich Maidl 出版社: Wiley-VCH Verlag GmbH
ISBN: 9783433030486分类号: U45 /M217 /v.1
出版时间: 2013-12-04有295人浏览

Handbook of Tunnel Engineering I

[Book Description]

Tunnel engineering is one of the oldest, most interesting but also challenging engineering disciplines and demands not only theoretical knowledge but also practical experience in geology, geomechanics, structural design, concrete construction, machine technology, construction process technology and construction management. The two-volume "Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus" has been the standard reference for German-speaking tunnellers in theory and practice for 30 years. The new English edition is based on a revised and adapted version of the third German edition and reflects the latest state of knowledge. The book is published in two volumes, with the first being devoted to more practical themes of construction and construction process in drill and blast and mechanised tunnelling. Microtunnelling and ventilation are also dealt with. All chapters include practical examples.

[Table of Contents]
Volume I Structures and Methods
The authors                                        vii
Foreword to the English edition                    ix
Foreword to the 3rd German edition                 x
Foreword to the 2nd German edition                 xi
Foreword to the 1st German edition                 xii
    1 Introduction                                 1  (8)
      1.1 General                                  1  (1)
      1.2 Historical development                   1  (3)
      1.3 Terms and descriptions                   4  (5)
    2 Support methods and materials                9  (136)
      2.1 General                                  9  (1)
      2.2 Action of the support materials          9  (3)
        2.2.1 Stiffness and deformability          10 (1)
        2.2.2 Bond                                 11 (1)
        2.2.3 Time of installation                 11 (1)
      2.3 Timbering                                12 (2)
        2.3.1 General                              12 (1)
        2.3.2 Frame set timbering                  13 (1)
        2.3.3 Trussed timbering                    14 (1)
        2.3.4 Shoring and lagging                  14 (1)
      2.4 Steel ribs                               14 (5)
        2.4.1 General                              14 (1)
        2.4.2 Profile forms                        15 (1)
        2.4.3 Examples of typical arch forms       15 (1)
        for large and small tunnels
        2.4.4 Installation                         16 (3)
      2.5 Lattice beam elements                    19 (2)
      2.6 Advance support measures                 21 (8)
        2.6.1 Steel lagging sheets and plates      21 (2)
        2.6.2 Spiles                               23 (2)
        2.6.3 Injection tubes                      25 (1)
        2.6.4 Pipe screens, grout screens, jet     25 (3)
        grout screens
        2.6.5 Ground freezing                      28 (1)
      2.7 Rock bolts                               29 (16)
        2.7.1 General                              29 (1)
        2.7.2 Mode of action                       29 (3)
        2.7.3 Anchor length and spacing            32 (1)
        2.7.4 Load-bearing behaviour               33 (3)
        2.7.5 Anchor types                         36 (9)
      2.8 Concrete in tunnelling                   45 (100)
        2.8.1 General                              45 (1)
        2.8.2 Construction variants                45 (1)
        2.8.2.1 Two-layer construction             46 (1)
        2.8.2.2 Single-layer construction          46 (2)
        2.8.3 Shotcrete                            48 (1)
        2.8.3.1 General                            48 (1)
        2.8.3.2 Process technology, equipment      49 (11)
        and handling
        2.8.3.3 Mixing and recipes                 60 (12)
        2.8.3.4 Influence of materials             72 (15)
        technology and process technology
        2.8.3.5 Quality criteria, material         87 (4)
        behaviour and calculation methods,
        quality control
        2.8.3.6 Mechanisation of shotcrete         91 (9)
        technology
        2.8.3.7 Steel fibre concrete               100(6)
        2.8.3.8 Working safety                     106(5)
        2.8.4 Cast concrete                        111(1)
        2.8.4.1 Formwork                           111(3)
        2.8.4.2 Concreting                         114(1)
        2.8.4.3 Reinforced or unreinforced         115(3)
        concrete lining
        2.8.4.4 Factors affecting crack            118(1)
        formation
        2.8.4.5 Disadvantages of nominal           118(1)
        reinforcement
        2.8.4.6 Stripping times                    119(1)
        2.8.4.7 Filling of the crown gap           119(1)
        2.8.4.8 Joint details                      120(1)
        2.8.4.9 Single-pass process, extruded      120(3)
        concrete
        2.8.4.10 After-treatment                   123(1)
        2.8.5 Precast elements, cast segments      124(1)
        2.8.5.1 Steel segments                     124(1)
        2.8.5.2 Cast steel segments                125(1)
        2.8.5.3 Cast iron segments                 126(1)
        2.8.5.4 Reinforced concrete segments       127(3)
        2.8.5.5 Geometrical shapes and             130(1)
        arrangement
        2.8.5.6 Details of radial joints           131(1)
        2.8.5.7 Circumferential joint details      131(1)
        2.8.5.8 Fixing and sealing systems         132(1)
        2.8.5.9 Segment gaskets                    133(1)
        2.8.5.10 Production of reinforced          134(1)
        concrete segments
        2.8.5.11 Installation of segment lining    135(1)
        2.8.6 Linings for sewer tunnels            136(6)
        2.8.7 Yielding elements                    142(3)
    3 The classic methods and their further        145(22)
    developments
      3.1 General                                  145(2)
      3.2 Full-face excavation                     147(1)
      3.3 Partial-face excavation                  148(15)
        3.3.1 Bench excavation                     148(1)
        3.3.2 The Belgian or underpinning          148(3)
        tunnelling method
        3.3.3 The German or remaining core         151(3)
        tunnelling method
        3.3.4 The Austrian or upraise              154(1)
        tunnelling method
        3.3.5 The New Austrian Tunnelling Method   155(6)
        3.3.6 The English tunnelling method        161(1)
        3.3.7 The Italian or packing tunnelling    161(2)
        method
      3.4 Classic shield drives                    163(1)
      3.5 The classic tunnelling machines          164(3)
    4 Shotcrete tunnelling                         167(22)
      4.1 General                                  167(1)
      4.2 Top heading process                      168(7)
        4.2.1 Shotcrete tunnelling method          168(1)
        4.2.2 Underpinning method                  168(2)
        4.2.3 Crown pilot heading with crown       170(3)
        beam
        4.2.4 Shotcrete tunnelling with            173(2)
        longitudinal slots
      4.3 Core tunnelling method with side         175(1)
      headings
      4.4 Special processes using shotcrete        176(2)
        4.4.1 Compressed air                       176(1)
        4.4.2 Ground freezing, grouting            176(2)
      4.5 Shotcrete in mining                      178(4)
        4.5.1 Tunnel support                       178(1)
        4.5.2 Shaft insets                         179(3)
      4.6 Outlook for further development          182(1)
      4.7 The new Italian tunnelling method        182(7)
      (ADECCO-RS)
        4.7.1 Theoretical model                    183(1)
        4.7.2 Procedure through the example of     184(5)
        the new line from Bologna -- Florence
    5 Drill and blast tunnelling                   189(96)
      5.1 Historical development                   189(2)
      5.2 Drilling                                 191(20)
        5.2.1 General                              191(1)
        5.2.2 Drills                               192(8)
        5.2.3 Drill bits                           200(6)
        5.2.4 Wear                                 206(1)
        5.2.5 Performance                          207(3)
        5.2.6 Costs                                210(1)
      5.3 Blasting                                 211(32)
        5.3.1 General                              211(2)
        5.3.2 Explosives in tunnelling             213(2)
        5.3.3 Detonators and detonation systems    215(6)
        in tunnelling
        5.3.4 Transport, storage and handling      221(7)
        of explosives
        5.3.5 Charge determination                 228(4)
        5.3.6 The drilling and firing pattern      232(3)
        5.3.7 Charge loading                       235(4)
        5.3.8 Time calculation                     239(2)
        5.3.9 Blasting technology aspects          241(2)
      5.4 Mucking                                  243(22)
        5.4.1 General                              243(1)
        5.4.2 Loading machines                     244(7)
        5.4.3 Muck conveyance                      251(9)
        5.4.4 Output of transport vehicles         260(1)
        5.4.5 Examples of transport chains         260(5)
        5.4.6 Further developments                 265(1)
      5.5 Combination of drill and blast with      265(2)
      mechanised tunnelling processes
        5.5.1 Combinations with roadheaders        265(1)
        5.5.2 Combination with full-face           266(1)
        machines
      5.6 Effects of blasting on the               267(11)
      surroundings
        5.6.1 Vibration                            267(8)
        5.6.2 Composition and effects of the       275(3)
        blasting gas emissions
      5.7 Mechanisation and Automation             278(7)
        5.7.1 General                              278(1)
        5.7.2 Emphasis of mechanisation            279(1)
        5.7.3 Computer-assisted drill jumbos       280(2)
        5.7.4 Mucking and tunnel logistics         282(3)
    6 Mechanised tunnelling                        285(94)
      6.1 General                                  285(1)
      6.2 Categories of tunnelling machines        285(1)
      6.3 Shield machines                          286(36)
        6.3.1 Categories of shield machines        286(1)
        6.3.2 Basic principle, definition          287(5)
        6.3.3 Face without support                 292(1)
        6.3.4 Face with mechanical support         292(1)
        6.3.5 Face under compressed air            293(1)
        6.3.6 Face with slurry support             294(1)
        6.3.6.1 Functional principle               295(1)
        6.3.6.2 Slurry shield                      295(2)
        6.3.6.3 Thixshield                         297(1)
        6.3.6.4 Hydroshield                        297(2)
        6.3.6.5 Mixshield as a Hydroshield         299(1)
        version
        6.3.6.6 Hydrojetshield                     300(1)
        6.3.6.7 Hydraulic soil transport           300(2)
        6.3.6.8 Soil separation in shield          302(4)
        operation with hydraulic transport
        6.3.7 Face with earth pressure support     306(1)
        6.3.7.1 Functional principle               306(1)
        6.3.7.2 Scope of application and soil      307(3)
        conditioning process
        6.3.7.3 Use of foam with earth pressure    310(1)
        shields
        6.3.8 Blade tunnelling and blade shields   311(2)
        6.3.9 The most important verification      313(1)
        calculations
        6.3.9.1 Calculation of face stability      313(2)
        with slurry and earth pressure support
        6.3.9.2 Calculation of safety against      315(1)
        breakup and blowout
        6.3.9.3 Calculation of thrust force        316(4)
        6.3.9.4 Determination of the air demand    320(2)
        for compressed air support
      6.4 Tunnel boring machines in hard rock      322(16)
        6.4.1 Categorisation of machines for       322(1)
        use in hard rock
        6.4.2 Basic principles                     322(5)
        6.4.3 Boring system                        327(1)
        6.4.4 Thrust and bracing system            328(4)
        6.4.5 Support system                       332(3)
        6.4.6 Ventilation                          335(1)
        6.4.7 The use of slurry and earth          336(2)
        pressure shields in hard rock formations
      6.5 Special processes: combinations of       338(15)
      TBM drives with shotcrete tunnelling
        6.5.1 Areas of application                 338(1)
        6.5.2 Construction possibilities           339(5)
        6.5.3 Example                              344(9)
      6.6 Roadheaders (TSM) and tunnel             353(13)
      excavators
        6.6.1 Basic principle of a roadheader      353(2)
        6.6.2 Rock excavation by a roadheader      355(4)
        6.6.3 Ventilation and dust control with    359(1)
        a roadheader
        6.6.4 Profile and directional control      359(1)
        of roadheaders
        6.6.5 Construction sequence using a        360(1)
        roadheader
        6.6.6 Additional equipment and             361(1)
        variations of roadheaders
        6.6.7 Criteria for the selection of a      362(1)
        roadheader
        6.6.8 Comparison of partial face and       362(2)
        full face machines
        6.6.9 Combination of full face and         364(1)
        partial face machines
        6.6.10 Contour cutting process             364(1)
        6.6.11 Tunnel excavators                   364(2)
      6.7 Checking the tunnelling machine for      366(13)
      suitability and acceptance based on a
      risk analysis
        6.7.1 Strategy to contain risk             367(1)
        6.7.2 Basic design                         367(1)
        6.7.3 Analysis of obstructions             368(1)
        6.7.4 Machine specification                369(1)
        6.7.5 Acceptance of the TBM                370(1)
        6.7.6 Shield handbook                      371(1)
        6.7.7 Data checks, functional tests        372(1)
        6.7.8 Implementation of the strategy       372(6)
        through the example of the Elbe Tunnel
        and the Lefortovo Tunnel
        6.7.9 Recommendations for the future       378(1)
    7 The driving of small cross-sections          379(30)
      7.1 General                                  379(1)
      7.2 Manned processes                         380(5)
        7.2.1 General                              380(1)
        7.2.2 Pipe jacking                         380(5)
      7.3 Unmanned processes                       385(15)
        7.3.1 General                              385(1)
        7.3.2 Non-steerable processes, or with     386(9)
        limited control of direction
        7.3.3 Guided processes                     395(5)
      7.4 Shafts and jacking stations              400(2)
        7.4.1 Thrust shaft                         400(1)
        7.4.2 Reception shaft                      401(1)
        7.4.3 Main jacking station                 401(1)
        7.4.4 Intermediate jacking stations        401(1)
      7.5 Support, product pipe                    402(7)
        7.5.1 Loading during pipe jacking          402(1)
        7.5.2 Loading in operation                 403(4)
        7.5.3 Insertion of the product pipe        407(2)
    8 Ventilation during the construction phase    409(18)
      8.1 General                                  409(2)
      8.2 Ventilation systems                      411(3)
        8.2.1 Natural ventilation                  411(1)
        8.2.2 Positive pressure ventilation        411(1)
        8.2.3 Extraction ventilation               412(1)
        8.2.4 Reversible ventilation               412(1)
        8.2.5 Combined ventilation                 413(1)
        8.2.6 Recirculation systems                413(1)
      8.3 Materials                                414(3)
        8.3.1 Fans                                 414(1)
        8.3.2 Air ducts                            415(1)
        8.3.3 Dedusters                            416(1)
      8.4 Design and cost                          417(6)
      8.5 Special ventilation systems              423(4)
        8.5.1 Ventilation for TBM drives           423(2)
        8.5.2 Ventilation of roadheader drives     425(1)
        8.5.3 Automatic ventilation                425(2)
Bibliography                                       427(16)
Index                                              443

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