TBM施工原理和施工技术
隧道工程第九章隧道掘进机(TBM)施工
永久支护
根据隧道设计要求，采用模筑混凝土、 钢筋混凝土等材料，对隧道进行永久 性支护，确保隧道结构安全。
通风与通风管道，为隧道施工提供足够的新鲜空 气，降低粉尘和有害气体浓度。
排水技术
设置合理的排水系统，将隧道内的地下水排出洞外，防止积 水对施工造成影响。
弃渣与运输技术
程量。
长隧道
TBM适用于长度较长 的隧道施工。TBM的 连续掘进能力有助于缩 短工期，降低施工难度
，提高经济效益。
复杂地质条件
TBM适用于地质条件 复杂、存在较大涌水量 的隧道施工。TBM的 密封性能较好，可以有 效地控制涌水，减少对
环境的影响。
TBM施工的历史与发展
TBM施工起源于20世纪中叶，最早应用于欧洲国家的铁路隧道施工。随着技术的不断发展 和完善，TBM逐渐应用于水利、市政、公路等领域的隧道施工。
弃渣处理
合理规划弃渣场地，确保弃渣不占用 耕地和破坏环境。
运输组织
根据施工进度和运输距离，合理安排 运输车辆和路线，确保弃渣和施工材 料的及时运输。
05
TBM施工案例分析
某地铁隧道TBM施工案例
总结词：高效快速
详细描述：某地铁隧道采用TBM施工，实现了高效快速的施工效果，缩短了工期，减少了施工对周边 环境的影响。
单护盾TBM和双护盾TBM
单护盾TBM适用于地质条件比较 简单、地下水不发育的隧道施工。
双护盾TBM适用于地质条件比较 复杂、地下水发育的隧道施工。
单护盾TBM具有结构简单、造价 低、施工速度快等优点，但同时 也存在对地质条件要求较高、施
工安全风险较大的缺点。
选择合适的TBM类型
在选择TBM类型时，应综合考虑隧道的地质条件、施工环境、工期要求、工程造 价等多方面因素。
3隧道掘进机TBM施工详解
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
七、国内外应用概况
TBM施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水平， 其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘进机技 术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界上采用 TBM施工的隧道超过1000座，总长度超过4000km，以 逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之一。
隧道建成标志着TBM施工技术的最高水平，也是融合英、 美、法、德等国TBM施工技术于一体的最高成就。
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
2. 国内应用
国内TBM研发制造始于二十世纪六十年代中期， 共生产10余台直径2.5~5.8m的TBM，先后用于 下列水电与煤矿井巷工程。国产机型月均进尺 20~300m，累计总掘进长度12km。
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
三、TBM分类
开敞式TBM：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设 备。常用于硬岩，采取有效支护手段后也可应用 于软岩隧道。
双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩， 也能适应硬岩或软硬岩交互地层。
单护盾TBM：常用于劣质地层。单护盾TBM推进 时利用管片作支撑，其原理类似于盾构。与双护 盾TBM相比，掘进与安装管片不能同时进行。
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
主讲内容：①施工流程②施工技术要求③施工要点
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
第一节 隧道掘进机法基本概念
一、TBM发展历史简介
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine )是一种用机械破碎 岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构 技术发展而来的破岩方式与原理(续)
5. 削刀破岩原理
削刀在挤压力Pv和切割力PH作用下，首先在刀尖处形成 切碎区2，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区3。削刀 继续回转即在岩壁上留下环状切削槽，两槽之间的岩石 在削刀侧向挤压力R的作用下而剪切破坏。
TBM快速安装施工工法(2)
TBM快速安装施工工法TBM快速安装施工工法一、前言TBM（Tunnel Boring Machine），即隧道掘进机，是现代隧道施工中常用的一种设备，能够实现隧道的快速、安全、高效施工。
TBM快速安装施工工法以TBM为主要设备，通过对施工工法与实际工程之间的研究和实践，逐步形成了一套完善的施工流程和操作方法，使得隧道施工更加简单、便捷和可靠。
二、工法特点TBM快速安装施工工法具有以下几个特点：1.快速施工：采用TBM作为主要设备，能够实现快速的隧道掘进，大大缩短了工期。
2.高效率：TBM具有高效率、自动化和连续作业的特点，能够在施工过程中实现连续的掘进、支护和砌筑，提高了工作效率。
3.安全可靠：通过控制TBM的操作和监测系统，能够实时监测隧道的变形和地质情况，保证施工安全可靠。
4.环保节能：TBM施工不会产生大量的噪音和废料，对周边环境没有污染，符合环保要求。
5.质量稳定：TBM作业过程中，能够控制土体变形和岩体裂隙扩展，保证隧道的质量稳定。
6.适应性强：TBM可以适应不同地质条件和隧道形状，可以应用于各类岩土隧道和软土隧道的施工。
三、适应范围TBM快速安装施工工法适用于以下几个方面：1.地质条件好的隧道：适用于地质条件较好、土体稳定、隧道长度较长的地区，能够提高施工效率。
2.城市地铁隧道：适用于城市地铁隧道的施工，能够减少噪音和振动对周边建筑的影响。
3.水下隧道：适用于水下隧道的施工，能够利用TBM 的自动化作业特点，实现快速、安全的施工。
4.特殊工程隧道：适用于特殊工程隧道，如地下储气库、地下核堆等，能够满足对施工安全和质量的要求。
四、工艺原理TBM快速安装施工工法通过分析TBM的工作原理和机械结构，以及对施工工程的实际情况进行研究和分析，确定了一系列的技术措施和工艺流程，以保证施工的质量和效率。
1.掘进过程控制：通过对TBM掘进过程中的刀盘转速、推进力和刀盘刀具的选择和调整，控制土体的掘进速度和变形情况。
浅谈城市轨道交通TBM始发施工技术
浅谈城市轨道交通TBM始发施工技术摘要：就当前情况而言，TBM已经成为隧道常用的一种施工方法，为地下空间的合理开发及科学利用奠定了良好的技术基础，然而受到勘探条件等相关因素的影响，在隧道TBM施工过程中极有可能遭遇不良地质条件，进而形成隧道地质灾害，对施工的正常进行产生负面影响。
始发是TBM施工时最为关键的一步，鉴于此，本文将针对城市轨道交通TBM始发施工技术展开深入剖析，并明确了其中存在的关键问题，最后提出了可行的质控建议，以期能为类似工程提供参考借鉴。
关键词：城市轨道交通；TBM；始发施工引言：伴随着社会经济水平的迅猛发展以及科学技术水平的提升，我国隧道工程呈长、大、广、深、群的方向进一步发展，再加上地应力、水头压力以及涌水量的增加，地温梯度也随之大幅度提升，开采过程中扰动强烈等现象越来越明显，并且地质条件恶劣，造成深部隧道周围的岩体出现特有的力学现象，如若依旧沿用以往传统的隧道建设理论及施工工艺不仅不能确保各项施工有条不紊地进行，甚至出现工程事故或者重大灾难。
故而，应积极寻找符合隧道特点的掘进技术以及岩体稳定技术，对确保后续施工的正常开展具有重要现实意义。
1简述TBM技术、组成以及优势[王1]1.1TBM技术概述TBM施工是隧道开挖过程中一种常用的施工方法，主要有挤压和削切两种方式，挤压就是将掘进机刀盘上的滚刀利用外力压入到岩石中并将其捣碎，而削切则是充分利用岩石具备的不抗剪性，使用滚刀将其剪碎，但是两种方式都是利用刀盘的铲斗齿收集碎石并置于主机皮带上完成输送工作，送出隧道后使用专门运输车运送到指定位置。
1.2TBM组成与工作原理TBM是集机械、电子、液压以及激光控制等技术为一体，实现了高度机械化和自动化，是当前最先进的大型地下隧道施工成套装备。
TBM由主机、后配套组成等设备、设施组成，包括刀具刀盘、刀盘支撑、主轴承、操作室、护盾、主梁以及支撑等等。
TBM在掘进作业时，掘进机刀盘以一定速度旋转，并将推力传递至刀具，岩石在刀具的作用下形成破碎石块，石块经铲斗送达各级皮带，并向洞外输送，同时，推进油缸不断推动刀具刀盘向前掘进，经换步作业后，进入下一个掘进循环。
隧道工程第九章-隧道掘进机(TBM)施工
TBM的调试和试运行
TBM调试前的准备工作 TBM调试的主要内容 TBM试运行的过程和注意事项 TBM调试和试运行的经验总结
05
TBM的掘进施工
掘进参数的选择和调整
掘进速度： 根据地质条 件、设备性 能等因素进
行选择
推进力：根 据岩土性质、 设备功率等
因素确定
刀盘转速： 根据岩土性 质、设备性 能等因素进
测量工具：全站 仪、水准仪、激 光导向仪等
TBM的故障排除和
06
维修保养
TBM常见故障及排除方法
刀盘卡滞
添加标题
添加标题
密封系统故障
TBM的维修保养流程和注意事项
• TBM的维修保养流程： a. 定期检查：按照规定的时间间隔对TBM进行全面检查，包括机械部件、液压系统、电气系 统等。 b. 故障诊断：通过观察、听诊、触摸等方式，对TBM的故障进行诊断，确定故障部位和原因。 c. 维修保养： 根据故障诊断结果，对TBM进行相应的维修和保养，包括更换零部件、清洗、润滑等。 d. 验收测试：维修保养完成 后，对TBM进行验收测试，确保其恢复正常运行状态。 • a. 定期检查：按照规定的时间间隔对TBM进行全面检查，包括机械部件、液压系统、电气系统等。 • b. 故障诊断：通过观察、听诊、触摸等方式，对TBM的故障进行诊断，确定故障部位和原因。 • c. 维修保养：根据故障诊断结果，对TBM进行相应的维修和保养，包括更换零部件、清洗、润滑等。 • d. 验收测试：维修保养完成后，对TBM进行验收测试，确保其恢复正常运行状态。
运输方式：选择 合适的运输方式， 如公路、铁路或 水路，并考虑运 输过程中的安全 措施
存放要求：确保 TBM在存放期 间不受损坏，保 持其完整性和功 能性
TBM掘进机施工技术的详细介绍
TBM掘进机施工技术的详细介绍(2007-04-06 18:33:23)转载1.TBM掘进机施工环节TBM是英文“Tunnel Boring Machine”的缩写，中文意思是隧洞掘进机。
它具有快速、安全、高效的显著特点。
掘进机在我国甘肃引大入秦和山西万家寨引黄入晋等隧洞工程中相继应用，获得了很大效益。
掘进机虽然技术先进，但是，只有完全掌握这项技术，对隧洞施工全过程中的每一个环节进行严格把关，才能真正保证掘进机隧洞施工质量。
1.1地质勘察地质条件是影响掘进机隧洞施工质量的重要因素，也是掘进机选型的重要依据。
地质勘察成果资料要求全面、真实、准确。
1.2掘进机选型根据支护形式分为三种机型，分别适用于不同的地质条件。
①敞开式，常用于纯质岩。
②双护盾，常用于混合地层。
③单护盾，常用于劣质地层及地下水位较高的地层。
根据刀盘直径大小分为13种机械：2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、11m、12m、13m、14m。
在掘进机上安装一些特殊设备，可以避免和消除地质条件变化对隧洞施工质量的影响。
如采用超前探钻、环形管片安装器、岩石锚固装置及易爆气体检测装置等。
1.3掘进机工作人员掘进机工作人员的素质和技术水平直接影响着隧洞施工质量，只有高素质和高水平的工作人员才能保证高质量的隧洞施工。
1.4掘进机检修和维护加强掘进机检修和维护，保证掘进机良好运行。
这对保证施工质量和延长掘进机寿命非常重要。
①边刀即位于刀盘周边的刀具，隧洞洞径由边刀尺寸决定。
在掘进过程中刀具磨损特别是边刀磨损非常严重，因此加强刀具磨损检查和更换新刀具对于保证洞径非常重要。
为了延长刀具使用寿命，磨损的边刀也可以用作面刀即位于刀盘面部的刀具再次使用，一般边刀最大允许磨损量约等于面刀最大允许磨损量的1/2。
当边刀达到其磨损极限时，应更换新刀具。
②主轴承，即与刀盘连接并驱动刀盘旋转的大型轴承，掘进机总进尺主要由主轴承使用寿命决定。
在掘进机检修期间，损坏的主轴承由于受到隧洞狭小空间的限制，难以拆除和更新安装，因此根据隧洞长度选用主轴承型号，加强对主轴承维护。
TBM简介
TBM 是英语Tunnel Boring Machine（隧洞掘进机）的简称，是目前国际上最先进的隧洞施工机械，它依靠机械的强大推力和剪切力破碎岩石（注：推力由高压液压油缸提供，使刀具能够贯入岩体，因此油缸的推力、道具的贯入度就是TBM的掘进速度的一个重要参数。
剪切力就是由安装在刀盘上的刀具——滚刀、切刀、刮刀等切割岩体实现的，刀盘由驱动轴承带动旋转提供扭矩和转速），使隧洞掘进、出碴、衬砌、灌浆、采用激光导向等工序平行作业，实现一次成洞。
TBM法对围岩扰动小，开挖面平整圆顺，超欠挖少，可以有效降低地质灾害发生风险，实现连续快速作业。
它具有速度快、质量优、费用低、施工安全等优点，广泛应用于水利、水电、城建、交通等行业。
（注）：Tunnel Boring Machine应该是所有“隧道掘进机”的统称（简写TBM），真正意义上的TBM主要分为两个大类，一个是岩石隧道掘进机（国内一般称为TBM，有单护盾和双护盾的，用于岩石隧道施工，初期支护多采用锚杆喷射混凝土支护，大部分还有二次衬砌，最终成型隧道，不过也有采用类似盾构管片形式一次成型的），另一个就是所谓的盾构机了（国内还是称为盾构机，分为土压平衡盾构机EPB-Tunnel Machine和泥水盾构机。
用于单一或者复合式的土层、砂层、岩层地质条件的隧道施工，没有初期支护，采用管片的形式进行拼装形成衬砌，一次成型隧道）。
另外还有一种顶管法，与盾构机相似，但是原理不同，应用范围也不一样，了解不多，是否属于TBM不敢确定，就不作解释了。
在国内，不要把“TBM”是划分后岩石隧道掘进机的称呼还是隧道掘进机的总称上混淆了。
在国外TBM可能就是我们称之为的岩石隧道掘进机，也可能是盾构机；在国内TBM就是岩石隧道掘进机。
TBM 适用于中硬岩层的开挖，最适宜于开挖岩石单轴抗压强度介于50～150MPa 的岩层。
当岩石的抗压强度超过150MPa时，将导致掘进机刀具磨损加剧，掘进速度降低，施工成本提高。
TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法(2)
TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法一、前言TBM法（隧道掘进机法）是一种用于隧洞建设的先进施工技术，其将掘进机与混凝土衬砌管片预制进行结合，可高效、快速地完成隧洞施工。
本文将介绍TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法，包括其特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法具有以下特点：1. 高效快速：TBM法结合了掘进机掘进与混凝土衬砌管片预制，能够大大提高施工效率，加快工期。
2.施工质量高：采用管片预制工艺，保证了衬砌的质量均匀、强度高，能够满足隧洞设计要求。
3. 环境友好：TBM法对周边环境的破坏小，噪音、尘土污染少，能够保护生态环境。
三、适应范围TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法适用于各种隧洞工程，特别适用于地质条件较好、隧道规模较大、工期紧迫的情况。
四、工艺原理TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法的原理是通过掘进机进行隧洞的掘进，同时将混凝土管片预制好并通过传送系统送入隧道中进行衬砌。
这种工法的优势在于控制了隧洞掘进面的稳定，减小了地下水和土层的移动对隧洞周围环境的影响，同时节省了施工时间和人力物力资源。
五、施工工艺TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法包括以下施工阶段的工艺：1. 隧洞掘进：使用掘进机进行隧洞的掘进，同时进行地质勘察和隧道支护。
2. 管片预制：在预制场地进行混凝土管片的预制，包括钢筋的加工、混凝土的搅拌和浇筑。
3. 管片运输：使用传送系统将预制好的管片送入隧道中。
4. 管片拼装：在隧道内将管片进行拼装，形成衬砌结构。
5. 后续工序：对管片进行灌浆、固化等后续工序。
六、劳动组织TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法需要组织的劳动力包括掘进机操作工、预制管片工、传送系统操作工、拼装工等。
七、机具设备TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法所需的机具设备包括掘进机、管片预制设备（包括钢筋加工机、混凝土搅拌机等）、传送系统、拼装机械等。
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开敞式及双护盾TBM破岩
TBM刀具破岩机理
刀具
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Chipping
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锚杆作业
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挂网作业
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钢拱架安装
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换步状态
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换步结束开始下一循环推进
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TBM刀盘及刀具 刀具
铲斗
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前刮碴板
后刮碴板 10
掌子面
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单刃刀的结构
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TBM楔块卡装式刀具剖视
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13
单刃滚刀的安装图编ຫໍສະໝຸດ 课件14单刃滚刀的安装
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双刃刀的结构形式
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主轴承的安装形式
外密封 主轴承
刀盘 支承 架
转接座
大齿 圈
内编辑密课件封
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转接座
内密封
大齿圈安装位置
外密 封
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TBM主轴承
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大齿圈
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驱动座
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21
转接座
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撑靴的安装
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23
鞍架
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撑靴
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推进系统
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26
拱架、网片的安装作业
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27
开敞式TBM开挖出的隧道表面
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左转弯
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右转弯
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喷浆作业
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第三部分
双护盾TBM的机构组成
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伸缩盾
刀盘及刀具
支撑盾
前盾
双护盾TBM
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54
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前护盾
前护盾包含并支承着驱动装置和刀盘。前护盾通过伸缩油缸 与后护盾相连接。伸缩油缸分成上下左右四组，使前护盾带着刀 盘可以朝任何想要的方向转向。前护盾相对于后护盾的位置，由 4个线性传感器测出，并从司机室的数字显示装置读出。
7
开敞式TBM的定义
利用岩壁的反作用力，实现掘进功能所需的反推 力和反扭矩，在常温常压下，实现隧道掘进一次 成型、初期支护、出碴运输功能，集机、电、液、 气为一体，实现隧道施工自动化、工厂化的大型 综合性施工设备。
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8
全断面开敞式硬岩掘进机机构组成
全断面开敞式硬岩掘进机主要由主机、连接桥、 后配套组成：主机部分主要有刀盘、机头架、护 盾、主驱动、主梁前段、主梁后段、撑靴系统、 推进系统、后支撑等组成；后配套主要有拖车、 供电、通讯、供水排水、通风除尘、供气、控制 系统、激光导向系统、出碴运输设备系统组成。
中国水利水电 第三工程局有限公司
副总工程师
许金林
电话:18292670219
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1
开敞式及护盾式TBM的结构 原理、TBM设计与施工技术、
特殊地质条件下的处理
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2
❖ 第三部分 双护盾TBM的结构组成 ❖ 第四部分 双护盾TBM的工作原理 ❖ 第五部分 TBM的施工技术 ❖ 第六部分 TBM的选型及不同地质的处理
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3
TBM分类网络图
全断面岩石掘进机（TBM）
敞开式掘进机
护盾式掘进机
T型支撑 X型支撑
单护盾 双护盾 三护盾
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4
第一部分
开敞式TBM的结构组成
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5
开敞式TBM
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6
OPEN ROCK MACHINE
喷浆机械手 后支撑
推进油缸
护盾
指形护盾 刀盘刀具
外机架及水平支撑
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伸缩部分两个壳体之间的间隙可以检查，可以清洁。为了检查和清洁的 目的，提供了若干开口。
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57
后护盾（支撑护盾）
后护盾（支撑护盾）内设有推进油缸和支撑装置。支撑布置的形状使得支撑力作用到两侧 和底部。这使得后护盾以左、右、底三点固定在隧道内。支撑护盾承受着全部掘进反力，在更换 滚刀时也可将前护盾回拉。
这种系统的特点不是属于硬性的、不可改变的，即具有恒定不变的高夹持力和相应的高的接 触压力，而是能根据刀盘对推进力的需要来提供相应的接触压力。
推进油缸分成四组作用在四个压力区，以利于当在软弱围岩中掘进不能用支撑时掘进机进行 转向。每组的推进油缸连到一个推力靴板上。推力靴板上覆盖的聚氨酯的靴面以保护衬砌块。
34
TBM皮带机出渣运输
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TBM的导向系统PPS终端
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开敞式TBM矿车出渣
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开敞式TBM连续皮带机出渣
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38
第二部分
开敞式TBM的工作原理
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39
开敞式TBM的工作原理
在推进油缸的推力作用下，主驱动带动刀盘刀 具对岩石进行滚压，岩石达到破裂极限，逐步 开裂剥落成片装岩渣，掉落到刀盘下部，再由 刀盘铲斗将岩渣铲起装入皮带机中，转运到碴 车列车或连续皮带机运送到洞外；同时，TBM 的支护系统完成隧道的初期支护工作，有后续 模板台车完成隧道二衬工作。
支撑护盾尺寸宽大，以减小对围岩的压力。这一点在软弱围岩掘进时尤其重要。由支撑护盾 产生的对围岩的接触压力是与施加到刀盘的推进力成正比的。
当在硬岩地层开挖时，刀盘必需有很大的推进力，支撑系统必须产生很大的夹持力以支持这 个推进力。因此对围岩的接触压力将达到较高水平。当在软弱地层开挖时，刀盘只需要较小的推 进力。夹持力将成正比减少，因此对围岩的接触压力将比较小。
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伸缩护盾
伸缩护盾掘进机的伸缩部分连接着前护盾和后护盾。其功能是使掘进机 的开挖与预制混凝土管片的安装能同时进行。
伸缩油缸连接着前、后盾，既传递推力又传递拉力。这一性能在遇到不 稳定的地层条件，而覆盖层负荷又大时，可用以防止前护盾向下倾斜。
两个力矩装置将刀盘的扭矩从前护盾传给后护盾或称支撑护盾。前、后 护盾间的滚动的调整，用力矩油缸实现，不需要伸缩油缸来纠正滚动。这种 纠正滚动方式与独立的推进力的方式是双护盾设计的一个非常重要的特点。
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锚杆钻机钻孔作业
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Ring beams and mesh. Fingers moving forward, over
the ring beam
Karahnjukar, Iceland
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超前喷浆作业
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喷浆作业
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主驱动电机
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超前钻孔作业
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在前护盾顶部1/4的地方有两个液压操纵的稳定器，在硬岩 中掘进时用来稳定前护盾。WIRTH 掘进机的设计不需要额外的 前支撑，其他公司设计的掘进机可能需要它用于换步时起支撑作 用。
如同我们关于这种掘进机工作循环的解释中所叙述的，换步 过程将借助尾盾的推进油缸推压管片，同时伸缩油缸向前拔拉支 撑护盾。由于推进油缸推压着已衬砌的管片环，因此支撑护盾将 总是被推向前，而不会将前护盾向后拉。