3隧道掘进机TBM施工详解

第三章 隧道掘进机(TBM)施工
四、TBM破岩方式与原理(续)
3. 圆盘型滚刀破岩原理
圆盘型滚刀(图a)工作压力50~200kN，岩体表面在刀圈 刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(见 图b)。随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟， 破碎沟之间岩石AO1O2B受滚刀侧刃挤压力的作用而剪 切破碎。当切入深度h较大时，剪裂面为O1O2(图c)。
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。
①可伸缩护盾；②刀盘；③活动支撑鞋；④辅助推进油缸；⑤管片
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
Gripper TBM
①支撑鞋；②钢支架举升器；③锚杆安装机构；④钢筋网举升器
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四、TBM破岩方式与原理
TBM破岩方式主要有：挤压式与切削式 1. 挤压式
主要是通过水平推进油缸使刀盘上的滚刀强行 压入岩体，并在刀盘旋转推进过程中联合挤压 与剪切作用破碎岩体。 滚刀类型：圆盘型、楔பைடு நூலகம்形、球齿型 2. 切削式 主要利用岩石抗弯、抗剪强度低(仅为抗压强度 的5~10%)的特点，靠铣削(即剪切)与弯断破碎 岩体。 在两种破岩方式总的破岩体积中，大部分并不 是由刀具直接切割下来的，而是由后进刀具剪 切破碎的，先形成破碎沟或切削槽是先决条件
五、单护盾TBM与盾构的区别 前者采用皮带机出碴而盾构则采用螺旋输送机或 泥浆泵通过管道出碴；前者不具备平衡掌子面的 功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖 面水土压力。
六、TBM选用 ① 整条隧道地质情况均差时采用单护盾TBM； ② 良好地质条件中则采用开敞式TBM； ③ 双护盾TBM常用于复杂地层的长隧道开挖，一 般适用于中厚埋深、中高强度、地质稳定性基本 良好的隧道，对各种不良地质与岩石强度变化有 较好适应性。
1. 国外典型应用——英吉利海峡隧道
由2条外径8.6m单线铁路隧道与1条外径5.6m辅助隧道 组成。全长48.5km，海底段长37.5km，隧道最深处在 海平面下100m，全部采用TBM施工。英国侧6台，岸边 段3台海底段3台(单向推进21.2km)。法国侧5台，岸边 段2台海底段3台。最深处需承受10atm水压力，平均月 进尺1000m/月。
1956年又成功研制中硬岩TBM。
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二、国外主要制造商
德国威尔特(Wirth)公司 德国德马克(Dcmag)公司 美国罗宾斯(Robbins)公司 美国贾瓦(Jarva)公司 德国海瑞克(Herrenknecht)公司 加拿大拉瓦特(Lovat)公司 日本三菱重工(Mitsubishi Heavy Industries)
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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。
微型TBM：Φ0.25~3.00m 中型TBM： Φ3.0~8.0m 巨型TBM： 大于Φ8.0m
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Single Shield TBM
①护盾；②液压推进油缸；③管片；④刀盘；⑤装渣斗；⑥皮带输送机
第二章 山岭隧道施工技术
Double Shield TBM
1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提出盾 构雏形与施工方法。
1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。 1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩掘
进未获成功。 1881年波蒙特开发出压缩空气式TBM，成功用于英吉利
海峡隧道直径2.1m的勘探导坑。 美国罗宾斯(Robbins)公司1952年研制出第一台软岩TBM，
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。
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四、TBM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。
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
第三章 隧道掘进机(TBM)施工
四、TBM破岩方式与原理(续)
4. 楔齿型与球齿型滚刀破岩原理
最初由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩 石的表面，切人深度为λ。然后由齿尖的楔入力继续引 起剪切破坏，楔入深度为h。由于各齿环的齿节是不同 的，因此加大了楔齿的破岩效果。球齿型滚刀的破岩原 理与楔齿型滚刀相同，适用于硬岩掘进。
① 云南西洱河水电站引水隧道 ② 引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道 ③ 引大入秦总干渠38号隧道 ④ 北京落坡岭水电工程 ⑤ 贵州猫跳河水电站引水隧道 ⑥ 福建龙门滩引水隧道 ⑦ 江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿
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。