城市軌道交通工程施工TBM全斷面隧道掘進機一.定義一.定義隧道掘進機(TunnelBoringMachine)，簡稱TBM，是利用回轉(zhuǎn)刀具切削破巖及掘進，形成整個隧道斷面的一種新型、先進的隧道施工機械。在我國，習慣上將用于軟土地層的隧道掘進機稱為盾構(gòu)，將用于巖石地層的隧道掘進機稱為TBM。二.

TBM與盾構(gòu)的區(qū)別二.

TBM與盾構(gòu)的區(qū)別TBM與盾構(gòu)的區(qū)別1.TBM的技術(shù)難度更高；2.造價是盾構(gòu)的3至5倍；3.構(gòu)造也更加復雜；4.TBM法施工的隧道斷面主要是圓形。TBM全斷面掘進機的分類1.敞開式掘進機開敞式隧道掘進機

TBM全斷面掘進機的分類1.敞開式掘進機開敞式隧道掘進機TBM全斷面掘進機的分類1.敞開式掘進機開敞式隧道掘進機TBM全斷面掘進機的分類1.敞開式掘進機護盾式隧道掘進機三.

TBM隧道掘進機施工的特點優(yōu)點(1)安全——人員在局部或整體的護盾下工作；(2)快速——是常規(guī)鉆爆法掘進速度的3-10倍。TBM每月最快可以掘進1000米，而傳統(tǒng)的打眼放炮的鉆爆法每月開挖距離在幾十米。(3)優(yōu)質(zhì)——洞壁光滑美觀；(4)自動化、智能化和機械化程度高（節(jié)省勞動力、經(jīng)濟）；(5)圍巖擾動??；(6)對環(huán)境影響小。

TBM隧道掘進機施工的特點三.

TBM隧道掘進機施工的特點三.

TBM隧道掘進機施工的特點缺點(1)能耗大，比如對電的消耗大；(2)斷面單一；(3)對巖層變化的適應性差；(4)一次性購買TBM投資高；(5)主機重量大，運輸不方便，安裝工作量大；(6)短隧道不能發(fā)揮其優(yōu)越性(不經(jīng)濟)，目前長于10公里的隧道，就要優(yōu)先采用TBM施工。掘進機的應用與發(fā)展國外采用掘進機完成的大型隧道(1)英法海底鐵路隧道——單洞長約50km，使用11臺掘進機，工期三年多時間；(2)瑞士穿越阿爾卑斯山新圣哥達鐵路隧道——長達57km；(3)美國芝加哥TARP工程排水隧道——大約40多km，全部采用掘進機施工。掘進機的應用與發(fā)展國內(nèi)應用(1)1970年代末，甘肅引大入秦和山西萬家寨引水工程——采用掘進機獲得成功(意大利CMC公司承包)。

(2)1998.1～1999.8，西康鐵路秦嶺隧道——引入德國Wirth公司TB880E型掘進機，進行長18.5km，直徑8.8m的I線隧道施工，平均掘進速度為313.7ｍ/月。當時市價2.6億元。掘進機的應用與發(fā)展國內(nèi)應用國產(chǎn)首臺大直徑全斷面硬巖隧道掘進機2014年12月27日，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)首臺大直徑全斷面硬巖隧道掘進機（敞開式TBM），在湖南長沙中國鐵建重工集團總裝車間順利下線。集隧道開挖、支護、出渣、通風、排水等功能于一體，掘進精度達到毫米級，能安全、環(huán)保、高效地一次完成隧道施工。設(shè)備下線后將用于國家重點工程吉林中部城市引松供水工程，掘進長度共計23公里。掘進機的應用與發(fā)展國內(nèi)應用掘進機的應用與發(fā)展國內(nèi)應用自2015年后，實現(xiàn)TBM國產(chǎn)化，面向國內(nèi)外TBM工程市場自主施工。掘進機的應用與發(fā)展國內(nèi)應用中新網(wǎng)武漢2016年4月13日電報道，直徑9.86米、總重量約2500噸、總長度約150米、驅(qū)動總功率高達4200千瓦的硬巖掘進機(英文簡稱“TBM”)，13日在中國中鐵科工集團武漢工廠順利下線。該機是目前中國制造的最大直徑雙護盾TBM，隨后將出口到印度。建造時間超過了1年。是為印度喜馬拉雅山皮帕克提水電工程中引水隧洞施工而量身定制，將一次性完成12.5千米引水隧洞掘進任務。TBM全斷面掘進機的分類1.敞開式掘進機◆開敞式TBM適用于較完整、完整、有較好自穩(wěn)性的硬巖及中硬巖層，巖石單軸抗壓強度介于50MPa-350MPa，尤以50MPa-100MPa為最佳。特別是在硬巖、中硬巖掘進過程中，由于強大的支撐系統(tǒng)為刀盤提供了足夠的推力，從而使開敞式TBM能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。因為開挖和支護是分開進行的，所以開敞式TBM刀盤附近有足夠的空間來安裝臨時支護與初期支護，并可應用新奧法原理對不穩(wěn)定圍巖進行及時而有效的支護；◆頂推反力與刀盤扭矩力依靠圍巖堅硬壁面提供；◆開敞式掘進機基本有兩種型式：單撐靴式、雙撐靴式。TBM全斷面掘進機的分類2.護盾式掘進機◆單護盾式掘進機適用于中等長度隧道。雙護盾TBM對地質(zhì)條件適應性強，既能適應硬巖，也能適應軟巖,當采取相應措施時,能適應斷層破碎帶、高地應力、巖爆、巖熔、高海拔、涌水、富水高水壓、煤系瓦斯、松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水及凍結(jié)層水等不良地質(zhì)；◆頂推反力利用尾部安裝的襯砌管片；◆護盾式掘進機分為兩種。TBM全斷面掘進機的分類2.護盾式掘進機雙護盾TBM單護盾TBMTBM全斷面掘進機的分類全斷面掘進機西康鐵路秦嶺隧道西安-南京線磨溝嶺隧道型號：TB880E開挖直徑：8.8米掘進速度：3.5m/h

最高月進度：574米（磨溝嶺隧道）最高日進度：41.3米（磨溝嶺隧道）中鐵隧道局研發(fā)的開敞式隧道掘進機TBM全斷面掘進機的分類護盾式隧道掘進機TBM全斷面掘進機的分類TBM基本構(gòu)造:TBM由破巖機構(gòu)、推進機構(gòu)、巖碴裝運機構(gòu)、導向調(diào)向機構(gòu)及吸塵、通風裝置等幾部分組成。破巖機構(gòu)推進機構(gòu)主支撐鞋頂撐洞壁以支承和推進機身。副支撐鞋控制振動與方向滾刀或削刀在強大軸推力的作用下旋轉(zhuǎn)，切削與剪切破碎巖石。TBM全斷面掘進機的分類出碴機構(gòu)導向機構(gòu)導向機構(gòu)是用來指示和校核掘進機推進的方向，使其保證符合設(shè)計的軸線和坡度的要求。破巖形成的片狀石碴，由安裝在刀盤上的鏟碴斗鏟起，鏟斗旋轉(zhuǎn)到頂部卸入集料斗，經(jīng)皮帶機裝車運出洞外。TBM全斷面掘進機的分類通風及吸塵裝置掘進機工作時將產(chǎn)生大量的熱量與粉塵。故對通風、降塵要求較高。一般在刀盤頭部安裝有吸塵設(shè)備和噴水裝置，掘進時連續(xù)噴水降塵。TBM全斷面掘進機的分類開敞式掘進機基本有兩種型式：分別是單撐靴式、雙撐靴式。下圖是單撐靴式TBM。TBM全斷面掘進機的分類下圖是雙撐靴式TBM。TBM全斷面掘進機的分類支撐和推進系統(tǒng)◆單撐靴式

◆雙撐靴式TBM全斷面掘進機的分類開敞式掘進機TBM組裝圖TBM全斷面掘進機的分類開敞式掘進機TBM組裝圖TBM全斷面掘進機的分類護盾式掘進機單護盾TBM常用于劣質(zhì)地層。要利用管片作為支撐，掘進與安裝管片兩者不能同時進行，速度較慢，與盾構(gòu)法類似。雙護盾TBM適用于各種地質(zhì)，既適應軟巖，也適應硬巖或軟硬巖交互地層。掘進與安裝管片可以同時進行。TBM全斷面掘進機的分類護盾式掘進機雙護盾TBM系統(tǒng)在縱向上可分為三部分①帶刀盤的前護盾；②中間部分的伸縮護盾；③后接觸護盾，帶有用于安裝管片的尾盾。把伸縮護盾、接觸護盾（支撐盾殼）和盾尾合稱為后護盾。TBM全斷面掘進機的分類護盾式掘進機雙護盾硬巖掘進機集成了敞開式TBM和盾構(gòu)的技術(shù)特點，既具有與敞開式TBM類似的刀盤、出渣系統(tǒng)和撐靴裝置，又具有類似盾構(gòu)機的盾體、管片拼裝機構(gòu)、推進系統(tǒng)，特別適用于圍巖破碎、穩(wěn)定性差的巖層條件。TBM全斷面掘進機的分類雙護盾硬巖掘進機雙護盾硬巖掘進機具備了敞開式、單護盾式和雙護盾式三種掘進模式，能夠根據(jù)地質(zhì)情況、施工進度靈活選用不同的掘進模式，尤其是在雙護盾模式下，其配置的兩套推進系統(tǒng)通過交替工作，能夠?qū)崿F(xiàn)TBM不間斷連續(xù)掘進，具有較高的掘進速度。TBM全斷面掘進機的分類護盾式掘進機TBM全斷面掘進機的分類護盾式掘進機與掘進機施工配套的支護型式襯砌結(jié)構(gòu)的組成一種是由初期支護和二次襯砌組成。即：噴射混凝土加模筑混凝土組成。用于敞開式TBM。采用開敞式TBM施工時，永久性的襯砌待全線貫通后集中進行。

一種是管片襯砌。用于護盾式TBM。與掘進機施工配套的支護型式管片襯砌使用護盾掘進機時，一般采用圓形管片襯砌，分為5～7塊，在洞內(nèi)拼裝而成。與掘進機施工配套的支護型式管片襯砌優(yōu)點：適合軟弱圍巖，特別是當圍巖承載力很低，撐靴不能支撐巖面時，可利用尾部推力千斤頂，頂推已安裝的管片獲得推進反力，類似于盾構(gòu)。當撐靴可以支撐巖面時，雙護盾掘進機可以使掘進和安裝管片同時進行，提高了循環(huán)速度；利用管片安裝機安裝管片速度快、支護效果好，安全性強。為了防水需要，塊與塊之間必須安裝止水帶，并需在管片外壁和巖壁間隙中壓入豆石和注漿。與掘進機施工配套的支護型式復合式襯砌使用開敞式掘進機，可以先施作初期支護，然后澆灌二次模筑混凝土永久性襯砌，即：復合式襯砌，其底部為預制仰拱塊。與掘進機施工配套的支護型式在軟弱破碎地層中的輔助支護措施一般而言，TBM掘進機宜用于地質(zhì)條件較好的隧道，但任何一座總體地質(zhì)條件好的隧道，都有可能出現(xiàn)局部地質(zhì)較差地段，這就需要掘進機對于這樣的地質(zhì)情況具有一定的處理能力。為了實現(xiàn)這一目的，可以在掘進機上安裝一些輔助設(shè)備進行特殊功能的作業(yè)。在軟弱破碎地層中的輔助支護措施將地質(zhì)超前鉆機安裝在切削刀盤后部的主機頂部平臺上，它在主機停機時進行掌子面前方約30m的超前鉆孔，以預報前方的地質(zhì)情況，為掘進提供可靠消息。超前鉆機還具備注漿和安裝管棚的功能，使掘進機具備加固前方地層的能力。安裝地質(zhì)超前鉆機在軟弱破碎地層中的輔助支護措施緊靠刀盤的后部設(shè)有鋼拱環(huán)安裝器，利用工字鋼拱環(huán)形成鋼拱架支護，這種方法的優(yōu)點是安裝速度快、支護效果及時。設(shè)鋼拱環(huán)安裝器地鐵TBM施工工程工程案例：重慶地鐵是我國首次采用硬巖TBM施工地鐵隧道的成功案例。由于重慶地鐵的特殊地層（主要圍巖為砂巖和砂質(zhì)泥巖），長11.122km、開挖直徑6.36m的2條并行隧道于2009年采用羅賓斯公司生產(chǎn)的2臺硬巖敞開式TBM施工。后來，在重慶地鐵建設(shè)中，單護盾TBM和復合式TBM也得以應用。雙護盾硬巖TBM在青島地鐵和深圳地鐵也得到了應用