地下工程施工與管理第七章隧道掘進機（TBM）法施工第七章隧道掘進機法施工（教材P285）

§7.1TBM的構(gòu)成與性能§7.2TBM的施工地下工程施工第七章隧道掘進機法施工一.TBM（TunnelBoringMachine）簡介

TBM（隧道掘進機），是利用回轉(zhuǎn)刀具開挖，同時破碎洞內(nèi)圍巖及掘進，形成整個隧道斷面的一種先進的隧道施工機械。

TBM集鉆、掘進、支護于一體，使用電子、信息、遙測、遙控等高新技術(shù)對全部作業(yè)進行制導和監(jiān)控，使掘進過程始終處于最佳狀態(tài)。在國際上，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水利水電、礦山開采、交通、市政、國防等工程中。

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工§7.1TBM的構(gòu)成與性能

一.TBM（TunnelBoringMachine）簡介

隧道掘進機械，基本上有兩種：一種是臂架式鉆進機械，在隧道內(nèi)部進行鉆孔機械，或是小型的小段面直接鉆巖機械；另一種就是全斷面隧道掘進機（TBM）。一段時間以來，把TBM分為兩大類（Grandori，1996年）：(1)在巖石中開挖隧道的TBM：通常用這類TBM在穩(wěn)定性良好、中～厚埋深、中～高強度的巖層中掘進長大隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是如何破巖，保持掘進的高效率和工程順利。

(2)在松軟地層中掘進隧道的TBM：通常用這類TBM在具有有限壓力的地下水位以下的基本均質(zhì)的軟弱地層中開挖有限長度的隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是空洞、開挖掌子面的穩(wěn)定、市區(qū)地表沉降等?！?.1TBM的構(gòu)成與性能

地下工程施工第五章隧道掘進機法施工一.TBM（TunnelBoringMachine）簡介

對于全斷面隧道掘進機，目前在國內(nèi)有兩種提法，其一是巖石掘進機（TBM），其二是盾構(gòu)機。TBM就是適合硬巖掘進的隧道掘進機，盾構(gòu)機指的是適于在軟巖、土中的隧道掘進機。這種說法有些言不符實，因為現(xiàn)在許多硬巖TBM也采用盾構(gòu)技術(shù)，而TBM本來就是隧道掘進機的意思。鑒于學術(shù)及現(xiàn)實中稱法混亂，造成許多麻煩，所以建議采用統(tǒng)一稱法，即采用“硬巖TBM”和“軟巖TBM”

為宜?！?.1TBM的構(gòu)成與性能

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工二.TBM（TunnelBoringMachine）工作機理

利用回轉(zhuǎn)刀盤和TBM推進裝置的推進力使刀盤上的滾刀切割（或破碎）巖面，以達到破巖開挖隧道（洞）目的。按巖石的破碎方式，大致分為擠壓破碎式與切削破碎式兩種；P288按刀具切削頭的旋轉(zhuǎn)方式，可分為單軸旋轉(zhuǎn)式與多軸旋轉(zhuǎn)式兩種。

§7.1TBM的構(gòu)成與性能

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工三.TBM（TunnelBoringMachine）法的特點

隧道掘進機法與以往的鉆爆法不同，它不使用火藥，而是利用掘進機在開挖面上連續(xù)切削或?qū)r石先行破碎后再掘進。P2871.優(yōu)點：全斷面機械破碎，聯(lián)合作業(yè)連續(xù)掘進。比之常規(guī)施工方法，掘進速度快、洞壁光滑平整、超挖量小、操作安全，可以大大地降低工人的勞動強度和改善作業(yè)條件；2.缺點：對多變地層適應(yīng)性差，掘進面改變困難，短隧道成本高?！?.1TBM的構(gòu)成與性能

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工四.巖石隧道掘進機的分類

1.桁架式掘進機：常用于軟巖開挖。2.撐板式掘進機：用于不易塌落或密實的巖石。3.盾構(gòu)式掘進機：能用于混合型地層（部分硬的黏土或堅實的沙土中）。§7.1TBM的構(gòu)成與性能

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工五.隧道掘進機的基本構(gòu)成主要包括開挖部、反力支撐靴部、推進部和排土部.P2881.開挖部TBM刀具為回轉(zhuǎn)式，不同于鋸齒式（軟巖環(huán)境）；且以圍巖自穩(wěn)為前提2.反力支撐靴部提供推進時所需的反力，分盾構(gòu)型與敞開式兩類3.推進部

擴張支撐靴→回轉(zhuǎn)刀盤千斤頂頂進→縮回支撐靴4.排土部分皮帶運輸機、噴射泵、螺旋式、泥土加壓式液體輸送等§7.1TBM的構(gòu)成與性能

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工六.采用隧道掘進機法的基本條件）1.工程地質(zhì)條件影響是否選用TBM工法的地質(zhì)因素：①隧道地壓②涌水狀態(tài)

2.機械條件受開挖直徑、開挖機構(gòu)的約束3.開挖長度隧道長度短不經(jīng)濟；適宜長度3000m以上4.工程所在地的設(shè)施條件

①工程規(guī)模：②地質(zhì)情況③作業(yè)場地④施工進度⑤企業(yè)自身實際能力§7.1TBM的構(gòu)成與性能

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工一.隧道掘進機法的支護技術(shù)多采用噴混凝土、錨桿、鋼支撐、混凝土襯砌支護，有時也用管片；基于地質(zhì)條件設(shè)計不同隧道類型選擇支護方式見P300表13.3，考慮因素有：①隧道用途及直徑

②TBM的形式③隧道坡度§7.2TBM的施工

地下工程施工第七章隧道掘進機法施工二.隧道掘進機法的施工組織1.主要施工方法隧洞直徑2～10m，全斷面一次成洞；隧洞直徑6～15m，分級擴孔法或超前導洞；2.主要施工步序要點施工準備；掘進機運輸與組裝；掘進作業(yè)（開挖洞口→準備工作面→掘進作業(yè)→供水供電→監(jiān)測圍巖地質(zhì)情況→測定巖石腐蝕性指標與可鉆性指標）；出渣作業(yè)；通風除塵§7.2TBM的施工地下工程施工第七章隧道掘進機法施工工程實例-英法海峽隧道（English-France

Channel

Tunnel）

英法海峽隧道，也稱英吉利海峽隧道(TheChannelTunnel)，又稱歐洲隧道(Eurotunnel)，由三條長51km的平行隧洞組成，總長度153km，其中海底段的隧洞長度為3×38km，是目前世界上最長的海底隧道。兩條鐵路洞襯砌后的直徑為7.6m,開挖洞徑為8.36~8.78m；中間一條后勤服務(wù)洞襯砌后的直徑為4.8m，開挖洞徑為5.38~5.77m?！?.2TBM的施工地下工程施工第七章隧道掘進機法施工

工程實例-英法海峽隧道

隧道開挖從兩端洞口開始，采用不同直徑的隧道掘進機施工，在法國一側(cè)地層極為破碎區(qū)段，用土壓平衡盾構(gòu)施工。隧道襯砌大部分采用拼裝式膨脹的混凝土弓形砌塊，在地層不穩(wěn)定區(qū)段和隧道與橫向通道等連接處采用栓接鑄鐵管片，在襯砌背后均加壓漿。橫向通道和活塞風釋放風道因用礦山法施工而采用模筑襯砌。§7.2TBM的施工地下工程施工第七章隧道掘進機法施工

工程實例-英法海峽隧道

在歐洲隧道的建設(shè)中比較突出的工程技術(shù)成就：

1．充分的地質(zhì)工作和正確的判斷

地質(zhì)鉆探工作從58年做到87年，重要的鉆孔達94個。淺層勘探在海底以下150m之內(nèi)，考慮隧道布置的范圍；深層勘探在海底以下800m之內(nèi)，主要為評價地震風險提供數(shù)據(jù)?？碧桨l(fā)現(xiàn)海底有一層泥灰質(zhì)白堊巖(ChalkMarl)。該巖層抗?jié)B性好，硬度不大，裂隙也較少，易于掘進，隧道線路就布置在它的下部，距海底25~40m。由于巖層的起伏，而隧道要求一定的運行坡度，所以隧道軸線在平面和立面上均呈平坦的W形。工程專家們認為，充分的地質(zhì)資料和正確的判斷，使歐洲隧道找到了理想的巖層。

§7.2TBM的施工地下工程施工第七章隧道掘進機法施工

工程實例-英法海峽隧道

在歐洲隧道的建設(shè)中比較突出的工程技術(shù)成就：

2．精心、合理的安全設(shè)計

規(guī)劃設(shè)計把施工和運行安全放在極重要的地位。之所以不采用一條大跨度雙線鐵路共用隧洞，是為了減小海底施工的風險和提高運行、維護的可靠性。在兩條單線鐵路洞之間是后勤服務(wù)洞，每間距375m設(shè)置直徑為3.3m的橫向通道與兩個主洞連接，連接處有防火撤離門。后勤服務(wù)洞的主要功能是在隧道全長范圍內(nèi)提供正常維護和緊急撤離的通道。在接到命令后，它可在90分鐘內(nèi)將全部人員從隧道和列車中撤到地面。它還是向主洞提供新鮮空氣的通道，并保持其氣壓始終高于主洞，使主洞中的煙氣在任何情況下都不能侵入后勤服務(wù)洞。后勤服務(wù)洞在施工期是領(lǐng)先掘進的，這為主洞的掘進提供了詳盡的地質(zhì)資料，對保證安全施工有重要意義?！?.2TBM的施工地下工程施工第七章隧道掘進機法施工

工程實例-英法海峽隧道

在歐洲隧道的建設(shè)中比較突出的工程技術(shù)成就：3．掘進機發(fā)揮重要作用

隧道施工的主要設(shè)備是隧道掘進機，具有不同的型號、尺寸和性能，出自歐洲、北美和日本的不同廠家。它們從英國海岸的莎士比亞崖和法國海岸的桑潔灘兩個掘進基地開始，分別沿三條隧洞的兩個方向開挖，共有12個開挖面，其中6個面向陸地方向掘進，另6個面向海峽方向掘進。開敞式掘進機適用于透水性較小的地層；封閉式掘進機適用于透水性較強的地層，其掘進頭能承受11bar(1巴=0.9869標準大氣壓)的靜水壓力。

§7.2TBM的施工地下工程施工第七章隧道掘進機法施工

工程實例-英法海峽隧道

在歐洲隧道的建設(shè)中比較突出的工程技術(shù)成就：3．掘進機發(fā)揮重要作用

最大的一臺掘進機直徑8.78m，全長約250m，重達1200T，(合同運行壽命2萬小時)，價值超過1000萬英鎊。它能完成掘進、鋼筋砼襯砌塊的安裝、灌漿