TBM
TBM类型及工作基本知识介绍
TBM类型及工作原理介绍TBM是一种集掘进、出碴、导向、支护和通风防尘等多功能为一体的大型高效隧道施工机械。
TBM的分类网络图详见图1。
图1 TBM分类网络图以下就敞开式掘进机与护盾式掘进机进行详细比较分析。
1、敞开式掘进机（1）敞开式掘进介绍敞开式TBM主要适应于硬岩，能利用自身支撑机构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭矩的全断面岩石掘进机。
在施工对应较完整、有一定自稳性的围岩时，能充分发挥出优势，特别是在硬岩、中硬岩掘进中，强大的支撑系统刀盘驱动和推进系统组成。
其主要结构见图2、3。
图2 敞开式掘进机结构图掘进机主机根据岩性不同可选择配置临时支护设备如钢架安装器、锚杆钻机、钢筋网安装机、超前钻、管棚钻机、喷混凝土机及注浆机等。
图3 敞开式掘进机图如遇有局部破碎带及松软夹层岩石，则掘进机可由所附带的超前钻及注浆设备，预先固结周边岩石，然后再开挖。
敞开式掘进机适合洞径在φ2～9m之间，最优选择φ3～8m。
（2）敞开式全面断面岩石掘进机工作原理1）盘形滚刀破岩机理在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，滚刀在掌子面固定的同心圆切缝上滚动，当推力超过岩石的抗压强度时，盘形滚刀下的岩石直接破碎，盘形滚刀贯入岩石，掌子面被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽，随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石的剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落。
刀具破岩原理示意见图4。
作用、反扭矩；刀盘旋转，推进液压缸推压刀盘，一组盘形滚刀切入岩石，在岩面上作同心圆轨迹滚动破岩，岩碴靠自重掉入洞底，由铲斗铲起，岩碴靠岩碴自重经溜槽落入皮带机出碴，这样连续掘进成洞。
图5 掘进机（Jarva27）结构示意图1－盘形滚刀；2－刀盘；3－扩刀孔；4－出碴皮带机；5－超前钻机；6－电动机；7－行星齿轮减速器；8－末级传动；9－推进液压缸；10－后下支承；12－操纵室；13－外机架；14－内机架；15－锚杆钻机；16－铲斗3）掘进机工作循环支撑式掘进机的工作循环，如图6。
tbm名词解释
tbm名词解释TBM（TunnelBoringMachine）是现代隧道掘进技术中最重要的一种掘进装备，活跃在地下洞穴、沟渠、水库、核电厂洞等各种高风险工程建设中。
TBM是一种可以挖掘地下隧道的机器，它的主要功能是从地面上持续施工，局部断面形式的隧道，以适应不同空间形状，不受地质构造影响，持续地掘进洞穴，提供快速高效的隧道掘进技术。
TBM具有自动控制系统，其传动系统由大型弹性联轴器、液压动力器及控制阀组成，允许TBM迅速运动。
同时，该装备还搭载了多种功能的控制系统，可以自动调节推进系统的转速，精确实现洞穴的掘进技术。
TBM采用了先进的探测仪、传动控制和推进保护等技术，确保隧道的连续性，从而实现大规模穿越施工，具有安全、快捷、施工质量高等特点。
TBM洞穴掘进技术有助于提高隧道掘进速度，降低投资成本。
TBM 具有适应性强、操作简单、施工质量高、安全可靠、可扩展性强等特点。
TBM不仅提高了隧道施工速度，而且大大减少了施工损失，减少了施工难度，提高了施工质量，从而避免了隧道掘进中的安全隐患。
TBM技术的应用范围广泛，不仅在水利、公路、铁路、桥梁、核电厂等建设项目中应用广泛，还被广泛用于矿井、石油库、热电厂、水利枢纽、工业排污管道等工程施工中。
TBM技术的出现，使得地下工程的施工变得更加高效，这减少了大量施工工期，也减少了大量施工及交通管制资源，节约了施工成本，为社会经济发展做出了贡献。
TBM技术的发展速度很快，在实际应用中取得了极大的发展，把TBM技术应用到各种工程领域，彻底改变了传统的洞穴施工方式，使得施工更加节约、安全、快捷。
TBM技术发展已经走进新的阶段智慧化，也就是集中控制技术，可以远程控制TBM机器。
TBM技术的发展，为社会经济发展做出了巨大的贡献，它在将来也将发挥更大的作用。
tbm的工作原理
tbm的工作原理
TBM（隧道推进机）的工作原理是通过推进主轴、负轮和盾尾等装置，利用推力将盾构机向前推进，同时在推进过程中，盾尾不断向后排出废弃的土层。
TBM的工作过程分为四个步骤：掘进、装土、支护和排土。
首先，掘进是指盾构机利用推进主轴和负轮的旋转，在推动下逐渐向前推进。
掘进过程中，盾尾通过排土装置将废弃的土层排出。
其次，装土是指盾构机在掘进过程中，将挖掘到的土层通过输送系统送到盾构机内部的装土舱，然后通过翻斗机或螺旋输送机将土层排出到地面，并进行处理或运输。
第三，支护是指在掘进过程中，为了保证隧道结构的稳定，盾构机后方设置支护结构，如衬砌管片，以防止隧道坍塌。
最后，排土是指盾构机在掘进过程中，通过盾尾排土装置将废弃的土层排出，保持隧道内部的通畅。
总之，TBM的工作原理是通过推进装置推动盾构机前进，同时将挖掘的土层装土舱内，通过排土装置将废弃的土层排出，同时进行支护工作，最终完成隧道的掘进。
第2讲TBM构成和工作原理--
THE END 谢谢大家！
支撑式(敞开式)TBM
敞开式TBM
敞开式TBM则只设有较短的刀盘护盾，在其主机 和后配套上安装有支护设备，随着TBM的向前掘 进，一般可以同时进行安装锚杆、挂网和喷射混 凝土等支护作业。敞开式TBM刀盘推力和扭矩通 过机架或主梁传递到支撑系统，支撑系统径向作 用于岩壁上承受推力和扭矩。
护盾式TBM
TBM工作原理（续）
刀盘与施工面
(1)TBM破岩机理
(2)TBM破岩轨迹
图 12
石碴
(3)TBM工作循环
3.2 TBM的基本功能
（1）掘进功能 掘进功能分为破碎掌子面岩石的功能和不断推进 掘进机前进的功能。为此掘进机必须配置合适的 破岩刀具并给予足够的破岩力，即椎力和转动刀 盘变换刀具破岩位置的回转力矩，还必须配置合 适的支撑机构将破岩用的椎力和刀盘回转力矩传 递给洞壁，同时推进和支撑机构还应具有步进作 用以实现掘进机前进的功能。
推力作用于管片衬砌上，掘进作业与管片安装作业此
时不能同时进行，相当于“单护盾模式”的作业方式， 相应掘进效率较低。
扩孔式TBM
2. TBM的系统构成
（1）主机系统
刀盘 刀盘护盾 刀盘支承和主轴承 刀盘驱动 主梁 推进系统 支撑系统 液压系统 电气控制系统
刀盘
刀盘布置
护 为一在 盾 单致整 三 护的机 类 盾圆外 、筒围 双形设 护护置 盾盾与 伸结机 缩构器 式，直 可径 和分相 三
( )
双护盾式掘进机
双护盾式TBM
双护盾TBM的主机在护盾的保护下进行掘进作业，主 机后部一般装有衬砌管片安装器，随着TBM的向前掘 进，双护盾TBM可同时进行管片安装作业，后配套系 统则完全在已经完成管片衬砌的隧道内作业；当无法 实现径向支撑而需要辅助推进油缸提供所需推进力时，
TBM类型及工作原理介绍
TBM类型及工作原理介绍TBM是一种集掘进、出碴、导向、支护和通风防尘等多功能为一体的大型高效隧道施工机械。
TBM的分类网络图详见图1。
以下就敞开式掘进机与护盾式掘进机进行详细比较分析。
1、敞开式掘进机（1）敞开式掘进介绍敞开式TBM主要适应于硬岩，能利用自身支撑机构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭矩的全断面岩石掘进机。
在施工对应较完整、有一定自稳性的围岩时，能充分发挥出优势，特别是在硬岩、中硬岩掘进中，强大的支撑系统为掘进机主机根据岩性不同可选择配置临时支护设备如钢架安装器、锚杆钻机、钢筋网安装机、超前钻、管棚钻机、喷混凝土机及注浆机等。
图3 敞开式掘进机图如遇有局部破碎带及松软夹层岩石，则掘进机可由所附带的超前钻及注浆设备，预先固结周边岩石，然后再开挖。
敞开式掘进机适合洞径在φ2～9m之间，最优选择φ3～8m。
（2）敞开式全面断面岩石掘进机工作原理1）盘形滚刀破岩机理在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，图4 刀具破岩原理示意图2）掘进机工作原理掘进机工作原理见图5。
掘进机支撑板撑紧洞壁以承受刀盘掘进时传来的反作用、反扭矩；刀盘旋转，推进液压缸推压刀盘，一组盘形滚刀切入岩石，在岩面上作同心圆轨迹滚动破岩，岩碴靠自重掉入洞底，由铲斗铲起，岩碴靠岩碴自重经溜槽落入皮带机出碴，这样连续掘进成洞。
图5 掘进机（Jarva27）结构示意图1－盘形滚刀；2－刀盘；3－扩刀孔；4－出碴皮带机；5－超前钻机；6－电动机；7－行星齿轮减速器；8－末级传动；9－推进液压缸；10－后下支承；12－操纵室；13－外机架；14－内机架；15－锚杆钻机；16－铲斗3）掘进机工作循环支撑式掘进机的工作循环，如图6。
①掘进行程图支撑板撑紧洞壁→前、后下支撑回缩→刀盘旋转→推进油缸推进刀盘。
②换步行程前、后下支撑落地→刀盘停止旋转→支撑板回缩→推进油缸拉回支撑及外机架。
敞开式和护盾式TBM的区别
敞开式和护盾式TBM的区别
一、TBM的名称含义
TBM是指全断面隧道掘进机的英文缩写，（Tunne1隧道,Boring掘进，Machine机器），在国内将用于岩石地层的简称为硬岩TBM,用于软土地层的称为盾构机。
二、敞开式和护盾式TBM的区别
煤矿井下根据现场生产实际需要，煤矿井下专用设备分为敞开式TBM和护盾式TBM。
护盾式TBM是将主机推进系统全部包裹在护盾体里面，护盾较长，护盾加刀盘一般均在6-7米（图例1）；敞开式TBM 是将主机推进系统裸露在外，护盾短，护盾加刀盘仅仅2-3米（图例2）o
图例1高家堡第二套ZTT4530护盾式TBM
图例2胡家河ZTT6530敞开式TBM
三、敞开式TBM
中铁建生产的敞开式TBM在国内仅有5套，可可盖煤矿配套使用两套ZTT7010敞开式TBM,高家堡第一套ZTT6530敞开式TBM,高家堡第三套ZTT4530敞开式TBM,胡家河ZTT6530敞开式TBM o
最后两套TBM（高家堡第三套ZTT6330敞开式TBM和胡家河ZTT6530）均采用主梁下沉式结构，设备总长度60-65米。
前面三套TBM设备均采用主梁正置式结构，后配套设备较多,设备总长度120-165米。
全断面岩石掘进机TBM课件
TBM施工中常见问题及处理措施
问题一
刀具磨损过快。在硬岩地层中，TBM刀具容易磨损过快，影 响施工进度和成本。处理措施：优化刀具材料和设计，提高 刀具耐磨性；加强刀具检查和更换，确保施工顺利进行。
问题二
卡机与堵塞。TBM施工中可能遇到卡机和堵塞问题，影响掘 进效率。处理措施：加强设备维护和保养，确保设备性能； 优化掘进参数和施工方法，减少卡机和堵塞现象。
技术调研与评估
在施工前，应对工程地质、 水文地质等进行详细调研， 评估TBM施工的适用性。
设备选型与配置
根据工程需求，选择合适 的TBM设备型号，并配置 相应的辅助设备。
施工人员培训
对施工人员进行TBM设备 操作、维护保养等方面的 培训，确保施工的顺利进行。
TBM始发与接收技术
始发井建设
根据设计要求，建设满足TBM始 发条件的始发井，包括井筒、井
02 推进力与速度
分析推进过程中所需的推进力和推进速度，以及 如何调整和控制这些参数。
03 导向与纠偏
解释TBM在掘进过程中的导向机制，以及如何纠 正掘进方向偏差。
TBM支护系统
支护方式
介绍TBM采用的支护方式，如钢拱架支护、喷射混凝土支护等。
支护参数设计
分析支护参数的设计原则，如支护强度、刚度等，及其与地质条件 的适应性。
VS
趋势
未来TBM将更加注重智能化、绿色化、 人性化等方面的发展，如引入人工智能技 术实现自主导航、优化切削参数等功能， 采用更加环保的液压系统和电气系统，提 高操作人员的舒适度和安全性。同时，随 着基础设施建设的不断推进，TBM市场 需求将持续增长，TBM的应用领域也将 进一步拓展。
TBM结构与组成
先进传感技术
TBM-盾构施工技术及风险管理
4、 盾构隧道施工简述
我国自上世纪50年代开始将小型盾构用于下水道工程， 1966年开始用盾构法修建穿越黄浦江水下公路隧道工程， 自此以后盾构隧道在京、津、沪、穗等城市地铁中及过江 隧道中得到迅速发展；北京地铁自2001年开始采用土压平 衡盾构机修建了地铁5号线雍和宫一北新桥站区间试验工程， 取得成功后得到推广应用，北京地铁新线工程5号线、10号 线一期及奥运支线、4号线、机场线共114 km，其中用盾构 法修建区间隧道达30 km(拥有盾构机l8台)，修建的北京地 铁9号线、8 号线、10号线二期、大兴线等区间也大部分采 用盾构法修建（初估需用盾构机约90台）。
2）施工途中不能改变开挖直径，形状变更难，在应用上 受到一定的制约；
3）地质的适应性受到一定限制，例如遇到溶洞或岩石抗 压强度超过250Mpa且又完整性好的地层，刀具的使用成本 急剧增大，就是采用镶有硬质合金的刀具也难以奏效，开 挖速度大大降低。
3．TBM的施工特点
3.1 因为TBM施工是将隧道作业工厂化的工法，因此要求 与TBM施工配套的各主、辅设备均应满足高效率的生产要 求（盾构施工也同样）。在这时不能说谁重要、谁次要。 在不断的连续掘进中，哪怕最不起眼的辅助设备出现故障， 都将导致整个隧洞施工的停止。因此通常一天24小时，起 码要有6个小时保证设备的维修、保养，这样才能保证在 另外18小时内掘进机能连续掘进（除非现场配置完备的设 备状态检测仪和故障诊断仪等）。
4、 盾构隧道施工简述
盾构隧道施工系指使用盾构机，一边控制开挖面使围岩 不发生坍塌失稳，一边进行隧道衬砌，并及时向盾尾后面 的开挖隧道周边与衬砌环外围之间的空隙中压注足够的浆 液，以防止围岩松驰和地面下沉。在盾构推进中可以从开 挖面不断地排出适量的土体。
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素 与 Ｔ Ｍ 工 作 效 率 的 关 系来 划 分 。 因此 ， 纯 粹 套 Ｂ 用 以评 估 围岩 稳 定 性 为主 的 隧道 围岩 分级 方 法 来 进 行 Ｔ Ｍ 施 工 条 件 下 的 隧道 围岩 等 级 划 分显 然 是不 Ｂ 恰 当 的 。 目前 ， 国 内外 尚未 有 一 个 公认 的 Ｔ Ｍ 施 Ｂ
素 对 Ｔ Ｍ 工 作 条 件 的影 响 主 要 表 现 为两 火 方 面 ： Ｂ
２ Ｔ Ｍ 工 作 条 件 （ｒ 效 率） 隧道 Ｂ －作 与
围岩 地 质 因素 问的关 系
隧 道掘 进机 （Ｂ 的设计 制造 及 使用 效率 （ Ｔ Ｍ） 工
作 条 件 或 称 工 作 效 率 ） 隧 道 围 岩 的地 质 因 素 密 切 与 相 关 ，这 是 国 内 外 同 行 的共 识 。总 的来 说 ，地 质 冈
道 围 岩 分 级 难 以满 足 Ｔ Ｍ 施 工 条 件 下 的 隧 道 施 ＿ 需 要 。 此 ， 研 究 Ｔ Ｂ Ｔ ＢＭ 施 工 条 件 下 的 隧 道 用 岩 分 级 ， 是 采 用 Ｔ ＢＭ 进 行 隧 道 施 工 的 需 要 。 结 合 西 （ 卜 安 （ ） 路 秦 岭 隧 道 Ｔ 安 康 铁 ＢＭ 施 工 研 究 ， 提 出 了 Ｔ ＢＭ 施 工 条 件 下 的 隧 道 岩分 级方 法 。
工 条 件 下 的 隧 道 围 岩 分 级 方 法 。 冈此 ，作 者 结 合 我
并 达 到 安 全 、快 速 掘 进 的 目标 ，主 要 取 决 于 Ｔ Ｍ Ｂ
的 工 作 条 件 ，即 取 决 于 Ｔ ＢＭ 的 工 作 对 象— — 隧道 工程岩体（ 道围岩） 隧 的工 程 地 质 条 件 的 好 坏 ， 以及 人 们 对 隧 道 围 岩 Ｔ Ｍ 开 挖 特 性 认 识 基 础 上 所 进 行 Ｂ 的 与 相 应地 质 条 件 相 适 应 的 Ｔ ＢＭ 配 套 机 具 的准 备 是否充 分。 ２１ 岩 石 的单 轴 抗 压 强 度 （ ） ． 众 所 周 知 ， Ｂ 是 利 用 岩 石 的抗 拉 强 度 和 抗 剪 Ｔ Ｍ 强度 明 显 小 于 其 抗 压 强 度 这 一 特 征而 设 计 的 。一 般 采 用 岩 石 的 单轴 抗 压 强度 （ 来 判 断 Ｔ 尺） ＢＭ 工 作 条 件 下 隧 道 围 岩 开 挖 的难 易 程 度 。 图 １是 岩 石 的单 轴 抗 压 强 度 （ 与 Ｔ Ｍ 掘 进 速 度 间 的 相 关 关 系 。 尺） Ｂ 显 然 ， 尼 越 低 ，Ｔ ＢＭ 的 掘 进 速 度 越 高 ，则 掘 进 越 快 ： Ｒ 越 高 ，Ｔ ｃ ＢＭ 的掘 进 速 度 越 低 ， 则 掘 进 越 慢 。但 是 ， 尼 太 低 ，Ｔ Ｍ 掘 进 后 围岩 的 白稳 时 间 Ｂ 极 短 ，甚 至 不 能 白稳 。尼 值 在 一 定 范 围 内 时 ，ＴＢ Ｍ 的掘 进 既 能保 持 一 定 的速 度 ，又 能使 隧 道 同 岩 在 一 定 时 问 内保 持 白稳 ，这 就 是 当前 大 多数 掘 进 机 适 用
关键 词 分 类号
Ｔ ＢＭ 隧 道施 工 ，围 岩 ，分 级 Ｕ ４ ２ｒ２ ５ ． 文献 标识 码 Ａ 文 章编 号 ｌ ０ ．９ （０ ２０ ．３ ００ ０６ ２ ０ ）９ １５ ．５ ０ ｌ ５
首 先 是 确 定 隧 道 围岩 的 总 体 地 质 环 境 是 否 适 于 采 用
对 工 程 岩 体 的可 掘 进 性 ， 即根 据 围岩 的主 要 地 质 因
属 隧 道 工 程 建 设 项 目规 划 和 初 步 设计 阶 段 应 解 决 也 即应 作 出选 择 的 问题 ，而 后 者 则 是 需 要 在 ＴＢ 施 Ｍ 工 实 施 前 和 实 施 中应 加 以研 究解 决 的 问题 ， 也 即 本 文 研 究 的重 点 。
国 目前 最 长 的单 线 铁 路 隧 道 — — 秦 岭特 长隧 道 工程 的施 工 ， 开 展 了 Ｔ ＢＭ 施 工 条 件 下 的 隧道 围岩 分级 方 法 的研 究 。该 研 究 无 论 是 对 隧道 围岩 分 级 方 法 的 进 一 步 拓 展 ，还 是 对 指 导 以后 的 Ｔ ＢＭ 隧 道 工 程 施 工 ，均 将 具 有 重 要 的科 学 技 术 价 值 和 实用 价 值 。
Ｓ ｐｔ， ２ ０ ｅ ． ０ ２
Ｔ ＢＭ 施 工 隧 道 围岩 分 级 方 法 研 究
何 发亮 谷 明成 王石春
６０３ ） １０ １ （ 铁 西 南 科学 研 程 建 设 的 发 展 ， 全 断 面 隧 道 掘 进 ￣， ＢＭ） 隧 道 施 工 中必 将 占 有 越 来 越 重 要 的地 位 ， 传 统 的 隧 ＪＴ Ｉ （ 在
维普资讯
第 ２ 卷 １
第 ９期
２０ ０ ２年 ９月
岩 石 力 学 与 程 学 报 ： Ｃ ｉｅｅＪ ｕｎ ｌｆＲ ｃ ｖ ｃａ ｉ ｎ ｎ ｉｅｒｎ ｈｎｓ ｏ ｒａ ｏｋ］ｅｈ ｎｃ ａ ｄＥ ｇｎ ｅｉｇ ｏ ｌ ｓ
２１９ ：１ ５ ～ １ ５ （） ３ ０ ３４
１ 前
言
Ｔ Ｍ 进 行 施 工 ；其 次 是 决 定 围岩 稳 定 性 及 坚 硬 程 Ｂ
度 的主 要 地 质 参 数 对 Ｔ Ｍ 工 作 效 率 的影 响 。 前 者 Ｂ 当 今 流 行 的 隧 道 围 岩 分 级 （ 称 分 类 ） 法 ， 大 或 方 多数 乃 是 针对 隧 道 围岩 稳 定性 等 级 的划 分 而提 出的 ， 难 以 满 足 Ｔ Ｍ 施 工 条 件 下 的 隧道 施 工 需要 已是 不 Ｂ 争 的 事 实 。 Ｂ 施 工 条 件 下 的 隧道 围 岩 分级 主 要 针 Ｔ Ｍ