第11章 TBM技术

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有些隧道虽然长度和地质条件较适合TBM施工，但运输道路 难以满足要求，或者现场不具备布臵TBM施工场地的条件。 • 5）设备购臵及使用成本大 TBM施工需要高负荷的电力 保证、需要高素质的技术人员和管理队伍、前期购买设备 的费用较高，这些都直接影响到TBM施工的适用性。
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• 3）断面适应性较差 断面直径过小时，后配套系统不易布臵， 施工较困难；而断面过大时，又会带来电能不足、运输困难、造 价昂贵等种种问题。一般地，较适宜采用TBM施工的隧道断面直径 在3m～l 2m；对直径在1 2m～1 5m的隧道应根据围岩情况和掘进 长度、外界条件等因素综台比较；对于直径大于15m的隧道，则不 宜采用TBM施工。另一方面，变断面隧道也不能采用TBM。

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11.2 TBM的分类
• TBM主要分为开敞式、双护盾式、单护盾式三种类型。 • ① 开敞式TBM。常用于硬岩；在开敞式TBM上，配臵了钢 拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化；当 采取有效支护手段后，也可应用于软岩隧道。
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开敞式TBM工作原理
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第11章 隧道掘的分类 11.3 TBM施工的优、缺点 11.4 采用TBM的基本条件


11.5 TBM法的支护技术
11.6 TBM选型的一般规定
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11.1 概述
基本概念 岩石隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）简称 TBM——是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖 隧道的一种施工方法。通常是利用回转刀盘又借 助推进装臵的作用力从而使刀盘上的滚刀切割(或 破碎)岩面，以达到破岩开挖隧道(洞)目的。 • 按岩石的破碎方式：挤压破碎式和切削破碎式。 • 掘进机构造：是由切削破碎装臵、行走推进装臵、 出碴运输装臵、驱动装臵、机器方位调整机构、 机架和机尾，以及液压、电气、润滑、除尘系统 等组成。
█锚杆机
█混凝土喷射机 █钢拱架安装机 █超前钻机
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开敞式TBM软岩适应性
• TBM刀盘后作业 平台有条件安 装辅助设备及 观察、测量围 岩变化情况。
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11.2 TBM的分类
开敞式TBM软岩适应性
• 开敞式TBM上安 装的超前钻机
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①掘进
②换步（辅助推进油缸缩回）
③安装管片
④再掘进
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11.2 TBM的分类
• ③单护盾TBM。常用软岩，单护盾TBM推进时，要利 用管片作为支撑，其作业原理类似于盾构，与双护 盾TBM相比，掘进与安装管片两者不能同时进行， 施工速度较慢。单护盾TBM与盾构的区别有两点： 一是单护盾TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺 旋输送机出碴或采用泥浆泵以通过管道出碴；二是 单护盾TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采 用土仓压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。
• 4）运输困难，对施工场地有特殊要求 TBM属大型专用设备， 全套设备重达几千吨，最大部件重量达上百吨，拼装长度最长达 200多米。同时洞外配套设施多，主要有混凝土搅拌系统、管片预 制厂，修理车间、配件库、材料库、供水、供电、供风系统，运 碴和翻碴系统，装卸调运系统，进场场区道路，TBM组装场地等。 这些对隧道的施工场地和运输方案等都提出了很高的要求，可能
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• 2）不适宜中短距离隧道的施工 由于TBM体积庞大，运输移动较困难， 施工准备和辅助施工的配套系统较复杂，加工制造工期长，对于短隧道和 中长隧道很难发挥其优越性。国外实践表明，当隧道长度与直径之比大于 600时，采用TBM施工是比较经济的。对于一般的单线铁路隧道，开挖直径 通常在9～10m左右，按此计算，大于6km的隧道就可以考虑采用TBM施工。 发达国家的隧道施工，一般优先考虑TBM法，只有在TBM法不适宜时才考虑 采用钻爆法。我国是一个劳动力过剩的国家，钻爆法施工一直是我国的强 项，已成功修建了5000多公里的铁路隧道，且钻爆法施工的进度仍在逐年 加快。在我国，一般认为，小于10km的隧道难以发挥TBM的优越性，而钻 爆法则具有相对经济的优势；对于10km～20km的特长隧道，可以对TBM法 和钻爆法施工进行经济技术比较，选择适宜的施工方法；对于大于20km的 特长隧道，则宜优先采用TBM法施工。另外，对于穿越江河、城市建筑物 密集或地下水位较高隧道，考虑到施工安全和沉降控制等因素，不论隧道 长短，则宜优先考虑采用盾构法施工。
• 1 撑靴撑紧在洞壁上，前支撑和后支撑缩回，开 始掘进。
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开敞式TBM工作原理
• 2 刀盘向前掘进一个循环后，掘进停止。
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开敞式TBM工作原理
• 3 前支撑和后支撑伸出，撑紧在洞壁上，撑靴缩 回，外凯向前滑移一个行程长度。
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开敞式TBM工作原理
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11.2 TBM的分类
• 2）单护盾掘进模式 单护盾掘进模式适应于不 稳定及不良地质地段。在软弱围岩地层中掘进时， 洞壁不能提供足够的支撑反力。这时，不再使用 支撑靴与主推进系统，伸缩护盾处于收缩位臵， 双护盾TBM就相当于一台简单的盾构。刀盘的推力 由辅助推进油缸支撑在管片上提供，TBM掘进与管 片安装不能同步。作业循环为：掘进→辅助油缸 回收→安装管片→再掘进。
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11.3 TBM施工的优点、缺点
• 1) 快速 TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体 的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出 碴 、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较 高。 • 2) 优质 TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围 岩层不会受爆破振动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。 • 3) 高效 TBM施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效 益和社会效益；同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。TBM 施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。 • 4) 安全 用TBM施工，改善了作业人员的洞内劳动条件，减轻 了体力劳动量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大 减少。
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3 TBM施组的特点
• TB M的施工组织设计应充分考虑到TBM设备的采购周期较长（制造 周期为11～12个月）的特点，按工期要求，有计划地合理组织好 TBM及后配套设备的采购工作。 • 应充分考虑TBM对地质的适应性，根据隧道的围岩条件选用适应地 质条件的TBM，合理组织好TBM及后配套设备的选型，并组织好TBM 设备的监造工作。 • 应充分考虑使用TBM的特殊性，作好施工现场的准备工作，包括用 电线路的架设，通往施工现场的道路、桥梁的修筑和加固，临时工 程施工工作，组织好TBM大件的运输、安装、调试、掘进准备工作， 并作好技术培训和材料、机具需要量计划；这些与TBM的购臵同步 进行。
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１1.2 TBM的分类
• 1）双护盾掘进模式 在围岩稳定性较好的地层 中掘进时，位于后护盾的撑靴紧撑在洞壁上，为 刀盘掘进提供反力，在主推进油缸的作用下，使 TBM向前推进。此时TBM作业循环为：掘进与安装 管片→撑靴收回换步→再支撑→再掘进与安装管 片，具体见下图。双护盾掘进模式适用于稳定性 较好的硬岩地层施工，在此模式下，掘进与安装 管片同时进行，施工速度快。
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是刀具、刀圈及轴承的严重磨损以及上述部件频繁更换， 费时且耗资较大。 • （２）岩石结构面的发育程度 • 一般情况下节理较发育和发育的，掘进机掘进效率较高，因 为节理不发育，岩体完整，掘进机破岩困难；节理很发育， 岩体破碎，自稳能力差，掘进机支护工作量增大，同时岩体 给掘进机撑靴提供的反力低，造成掘进推力不足，因而也不 利于掘进机效率的提高。岩体结构面越发育，密度越大，节 理间距越小，完整性系数越小，掘进机掘进速度有越高的趋 势。必须指出的是，当岩体结构面特别发育，结构面密度极 大，也即结构面间距极小，岩体完整性系数很小时，岩体已 呈碎裂状或松散状，岩体强度极低，作为隧道工程岩体已不 具自稳能力，在此类围岩中进行掘进施工，其掘进速度非但 不会提高，反会因对不稳定围岩进行的大量加固处理而大大 降低。
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①掘进与安装管片
②撑靴收回换步
③再支撑
④再掘进与安装管片
双护盾掘进模式
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11.2 TBM的分类
• 双护盾TBM具有两种掘进模式：即双护盾掘进模式 和单护盾掘进模式。双护盾掘进模式适用于稳定 性好的地层及围岩有小规模剥落而具有较稳定性 的地层，单护盾掘进模式则适应于不稳定及不良 地质地段。
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11.3 TBM施工的优点、缺点
• 5) 环保 TBM施工不用炸药爆破，施工现场环境污染 小； TBM施工减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了 生态环境，有利于环境保护。 • 6）自动化、信息化程度高 TBM采用了计算机控制、 传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术， 是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧 道施工成套设备，具有自动化程度高的优点。TBM具有 施工数据采集功能，TBM姿态管理功能，施工数据管理 功能，施工数据实时远传功能，实现信息化施工。
11.2 TBM的分类
开敞式TBM软岩适应性