BM隧道施工发展及技术要求

1TBM隧道施工发展及技术要求2023/8/152掘进技术的发展

第一代钢钎大锤

第二代手持风钻

第三代凿岩台车第四代

TBM

TBM发展历史简介2023/8/153隧道掘进机(TunnelBoringMachine)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。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，1956年又成功研制中硬岩TBM。2023/8/154

TBM法的概述与应用

掘进机（TunnelBoringMachine），简称TBM，是一种修建岩质隧道的工厂化施工技术。在机械施工中很长一段时期，把在土质隧道中采用的机械称为盾构，而把在岩质隧道中施工的机械称为掘进机，或岩石掘进机。由于机械制造技术的快速发展，这种区分越来越不明显，因此目前多把掘进机和盾构并称为盾构掘进机。2023/8/155TBM主要制造商美国罗宾斯德国海瑞克公司德国威尔特公司加拿大拉法特日本三菱公司Robbins2023/8/156TBM刀盘结构示意图

TBM破岩方式主要有：挤压式与切削式挤压式

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、楔齿形、球齿型切削式

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TBM破岩方式与原理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)。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。20筑23聋/7喂/410TB接M的优昏缺点优点剥：快速--约-约为妙钻爆独法的4~断6倍；优质--责-洞壁肉光滑抱，超西挖量屈少班；高效--洪-节约观衬砌驼，节此约人宏工劳锅动；安全--弱-安全好性加浸大，百作业岗环境撞安全代；环保--伙-非爆你破开黑挖，确尘土犹、气辛体、钱噪音污染镜少，柱减稳少辅些助洞秀室，怠减少肺地表芹破坏虏；自动羞化、泊信息健化程兔度高捉。20精23歇/7误/411缺点漂：1、设杯备购顿置及诊使用校成本盖大；2、施朴工途绒中不士能改悲变开婆挖半袖径；3、地乳质适裁应性帅较差;4、断貌面适坦应性险较差;5、运园输困贪难。TB际M施工汗法始喝于二针十世袄纪三轻十年图代，炕限于除机械姨技术愈水平劳，其难应用牙实例器甚少戏。五幕六十漫年代钓随着晒机械级工业配与掘咸进机项技术售水平齐的不室断提区高发却展较畏快。士迄今锤为止棕，世夫界上达采用TB钻M施工峰的隧产道超扫过10疼00座，火总长表度超雁过40址00述km，以特逐步版成为饼长大辉隧道谋修建差的主稍要施凤工方恼法之弓一。国外贪典型饲应用——英吉叙利海译峡隧己道由2条外嘱径8.透6m单线垂铁路年隧道菊与1条外锤径5.清6m辅助柏隧道沟组成劝。全漏长48键.5避km，海塞底段稼长37塘.5风km，隧妻道最意深处毒在海侍平面肃下10暮0m，全羡部采川用TB慌M施工宪。英利国侧6台，贿岸边孙段3台海萝底段3台(单向腿推进21妇.2旦km盗)。法兽国侧5台，挺岸边扬段2台海生底段3台。糖最深气处需掉承受10钳at冰m水压重力，蜡平均竞月进刚尺10展00芬m/月。隧道穿建成忍标志讲着TB牙M施工羊技术访的最处高水给平，唤也是界融合斑英、狼美、捷法、吃德等飘国TB票M施工舌技术爷于一记体的燃最高堂成就铲。国内灵外应岛用概烂况国内艳应用国内TB新M研发秤制造胁始于乱二十牙世纪街六十附年代蛾中期产，共蔬生产10余台鞠直径2.团5~逝5.神8m的TB秩M，先合后用巡寿于下课列水判电与导煤矿昏井巷收工程馆。国置产机谨型月匪均进顿尺20杰~3比00凉m，累热计总掘掘进考长度12侨km。云南博西洱奥河水背电站苦引水扩隧道引滦稻入津剥新王惨庄隧平道陡祥河电蝇站的垃引水剥隧道引大苦入秦子总干箱渠38号隧助道北京菌落坡稳岭水导电工茧程贵州唉猫跳德河水年电站染引水都隧道福建扎龙门弯滩引嫁水隧嫩道江西暗萍乡敏、山刑西怀框仁、蹄山西厨古交眯、云狗南羊奴场煤匀矿甘肃躺引大欠入秦脚水磨纤沟输院水隧耳道[Φ肤5.靠54阅m；11次64轿9m；Ro滑bb荒in葵s双护剥盾TB阔M；最慕高月创进尺13熔00住.8国m/月]辽宁涌大伙棍房引躬水工闭程[全长85井.3太2k事m，3台Φ8苏.0超m开敞伟式]新疆闹大阪杜输水归隧道虚工程[全长30气.6舱8k搭m，德连国海侧瑞克驼双护旺盾TB充M]青海帅引大脸济湟剪总干毫渠工觉程[德国Wi是rt屯h双护状盾TB羽M，Φ5减.9划3m，全壮长19夕.9励4k泻m]西康茫铁路欣秦岭Ⅰ线隧乐道[掘进5.诊62瓜1k珠m，Φ8侧.8先m开敞畏式TB叙M]西安妨南京限铁路盾桃花度铺1号隧印道[掘进7.免23漠km踩,机型悄同上]西安师南京外铁路滤磨沟寻岭隧鞭道[掘进6.朗11怎km棋,机型芬同上]南疆牲铁路殃吐库鼻二线称中天鼻山隧玩道[机型挤同上]兰渝涌铁路境西秦汪岭隧雨道[Φ扮10贯.2膨3m澡Ro奔bb井in忌s开敞谢式TB劫M]沈阳铺在建夕地铁讨九号岛线[中铁喷重工客制造报行吓健号]楔齿杂型与驱球齿喇型滚谜刀破长岩原朗理最初孟由楔巧齿尖愉端在众滚刀擦转动版情况蜓下产赠生切樱向张侄力破蔑坏岩转石的形表面屠，切泊人深乓度为λ。然阁后由宗齿尖际的楔表入力窝继续院引起掌剪切宗破坏兰，楔砖入深候度为h。由诞于各侦齿环斑的齿层节是棕不同饮的，团因此行加大捡了楔面齿的嗓破岩页效果其。球惧齿型杜滚刀思的破听岩原焰理与红楔齿仓型滚拘刀相级同，冈适用除于硬症岩掘枝进。20趋23谎/7栗/416TB禁M的结痕构类含型，门构造茎和工滨作原创理一、勺全断仰面TB黑MTB耐M基本谋构造TB移M由破丈岩机航构、惩推进外机构汽、岩横碴装馋运机旱构、筋导向驻调向语机构号及吸晓尘、哭通风海装置凭等几颠部分腹组成坏。破岩躬机构滚刀唇或削捉刀在铜强大蠢轴推辣力的造作用老下旋绵转，遮切削叶与剪贺切破御碎岩削石。推进疾机构主支全撑鞋尿顶撑法洞壁望以支斜承和绘推进散机身处。副极支撑绿鞋控志制振背动与净方向铺。出碴俱机构破岩南形成蛾的片联状石塘碴，驳由安敲装在充刀盘乡丰上的银铲碴载斗铲尾起，脉铲斗平旋转舒到顶屋部卸悬入集估料斗培，经殖皮带买机装裕车运鞭出洞花外。导向厚及调浩向机敲构导向瞎机构钳是用威来指凶示和忙校核源掘进纹机推曾进的姜方向型，使源其保吓证符芬合设滩计的骨轴线禾和坡捐度的秤要求搬。通风拾及吸惩尘装槐置掘进姐机工俗作时斥将产杂生大也量的获热量冬与粉献尘。简故对异通风注、降训尘要跟求较股高。退一般丢在刀姥盘头耽部安亮装有烟吸尘警设备奏和喷禁水装弱置，乖掘进扯时连寨续喷爆水降著尘。赤机房细内专将设通虎风降沙温设充备。全断炼面TB毕M分类开敞柱式TB尺M：配北置钢恋拱架愧安装吊器与密喷锚踏等辅寇助设马备。翠常用零于硬引岩，控采取失有效葛支护题手段环后也沉可应它用于指软岩谣隧道集。双护白盾TB惠M：适乓用于始各种炮地质无，既坦能适扰应软舍岩，毁也能累适应膊硬岩早或软持硬岩景交互排地层。单护廊盾TB马M：常友用于彼劣质撤地层着。单祖护盾TB凑M推进授时利侵用管就片作径支撑柏，其娘原理痕类似迅于盾距构。宅与双腥护盾TB晒M相比营，掘挪进与撇安装会管片免不能庭同时缠进行跑。微型TB革M：Φ0围.2狐5~其3.影00爹m中型TB狸M：Φ3油.0睡~8么.0容m巨型TB幸M：做大于Φ8候.0挡mSi职ng地le滴S跳hi贱el锣dTB哄M①护盾勉；②生液压欲推进桂油缸暮；③从管片逝；④膜刀盘果；⑤肾装渣糕斗；嘴⑥皮顶带输采送机Do茅ub禾le碌S版hi捎el森dTB箩M①可伸赔缩护碰盾；瞎②刀室盘；目③活生动支榆撑鞋删；④觉辅助挡推进五油缸塌；⑤楼管片Gr允ip等pe运rTB索M①支撑适鞋；则②钢段支架刑举升讽器；让③锚田杆安烤装机倡构；驾④钢府筋网姥举升技器20滤23浴/7倡/423自由略断面TB仔M20壁23扁/7赛/424自由盲断面TB夜M的优倘缺点优点：①开银挖断尊面形杨状自呈由；②易遇于适恶应地此质条笋件的瞧变化昂；③开雪挖速翁度快秃；④围忙岩松俘弛少领；⑤噪颈声、止振动岭少；⑥轻辨量、贪小型防、机兴动性弓好；⑦人充员少驶，安燃全性乏高；⑧机比械购租置费河用低苗。20机23离/7魔/425缺点：①地寇质条赠件的拨适用牢范围滑小；②发片生粉贤尘；③有束涌水翼时易链于泥雕化；TB披M施工躬主要秃流程施工杀准备袖→全剥断面碧开挖飞与出砍渣→抛外层码管片且式衬头砌或喷初期花支护添→TB姓M前推贼→管辈片外掏灌浆烤或二商次衬槐砌Ro偿bb亚in毙s开敞廊式TB客M循环闯作业坏流程ST泊EP干1俗:作业数开始迎。主铃支撑笛前位剑撑紧英洞壁笨，后捏支撑披腿提依起。岁刀盘浩转动滤，推胸进油寄缸伸盘出，TB闸M前部伸前移转一个党作业胡行程ST堡EP匙2烈:准备箭换步筐。刀萄盘停服转，牵后支拣撑腿渠抵住阳仰拱勾承重ST壤EP般3昌:主支级撑回刊缩。蓬推进篮油缸赔回缩裁将自迎由态跌主支营撑前遭拉回喷位ST墓EP辈4周:主支贵撑回凡位后她伸出详支撑挺鞋抵群紧岩增壁，巡寿后支栋撑提嫂起，TB叛M定位伶找正沾，坡堡道上往必要退时先肉定坡我度。ST岂EP惑5皂:返回场第一津步，TB约M准备公下一责循环壁掘进软。TB情M法隧痕道的泼施工传流程露、技溉术要刺点和鹅辅助狐工法掘进杂机法鼓施工君技术菌要求基本衰原则TB蝴M掘进鞋断面皂大可第达10积m以上我，小转仅为1.旬8m。由慰于TB怨M与辅率助施采工技恶术日厌臻完作善以肾及现茅代高半科技怨成果(液压征新技件术、望电子牢技术杏与材端料科驻学技钢术等)的应船用大豆大提鸭高了TB旺M对各耐种困份难条打件的泪适应阿性，福因此惭简单罚从开锋挖可僚能性赢来考用虑TB删M的适颗用范担围是疑不全营面的医。判定烈依据隧道淘围岩断的抗奏压强费度、拘裂缝痰状态坐、涌寻水状巨态等帜岩性伍条件机械刘构造扎、TB甲M直径梁等机涝械条厦件；隧道五断面文、长钻度、凝位置乌状况线、地脂址条俭件等烂。TB筒M工法很选用辱流程(参见缘瑞下页吐流程勉图)初步垮调查地质逃构造撑分析地表扑调查弹性烛波速日度阻抗码试验钻孔汉调查开挖角直径刀具辨直径鄙与数树量马达垒刀具顿转速后续猜设备朗等循环违、支耐护辅遥助工法项、临疏时设窜计与钻诊爆法讨比较线路该决定地质温调查当地秤条件TB闲M规格脖决定施工熊计划经济井分析实施睛计划变更袖线路其他端方法NoYe俘sTB喝M工法反研究鹿流程纺框图二、婚工程顶地质够条件主要丈调查兴影响TB壮M使用猛的地命质条勉件。影响TB紫M选用古的地翅质因特素隧道狱地压植。是甚否存匪在塑找性地利压？指标板：围获岩强拍度比(软岩)；围聚岩抗飘剪强帐度比(似砂魔土软继岩)围岩圣强度仪比断层不破碎浊带、永软弱湾泥岩炊以及烛蛇纹费岩等见膨胀剥性岩跑层掘鞋进困筒难涌水政状态缓。涌吼水范啊围、滩大小至与压悬力会乐造成元工作挑面崩宏塌与蚕承载晴力低饰下，刑应慎悬用。α＜2挤出性——膨胀性围岩2＜α＜4轻微挤出性——地压大的围岩4＜α＜10地压大——有地压的围岩α＞10几乎无地压的围岩影响TB绣M效率做的地解质因驼素岩石凶强度凉。开造挖难朋易一妇般用典抗压怠强度齿来判们定。雨刀具翼消耗摩应考教虑岩芝石中勿石英瞎粒范以围、四大小童与抗岭拉强鹿度等摘判断丘。岩层有裂隙姥。岩岂层节通理、粪层理纺、片蜂理对恩开挖倘效率愧影响莲极大朗。裂旨隙适杠度发播育的射岩层膊，即祝使抗漂压强买度大访也能捎进行片较为集有效就的开贸挖。岩石本硬度印。一浓般地督，对孩于q＜10桐0M佣Pa的岩找层，属其石兴英含杰量较贸多、痕粒径毙较大呜，刀疫具磨齐耗很糖大。破碎龄带等荐恶劣臂条件累。在泪破碎宽带、竿风化呆带等暗难于李自稳邪的困供难条梨件下旁进行曾机械侮开挖位，均槐需采选取辅肾助施况工方刮法配塑合施诱工。少特别旁是在饭有涌挪水的冠条件狱下更昌为困赢难，朱拱顶逐崩塌永、机袭体下甩沉、快支承挨反力为降低兴等问茅题时罗有发伸生。二、嚷工程斧地质洲条件(续)TB盼M适用席范围一般否只适本用于华圆形形断面泛隧道哈，只千有铣关削滚咳筒式钳掘进盆机可炸在软链岩中赛掘进玩非圆脆形断俱面隧给道。开挖佣隧道面直径1.倾8~桐12筑m之间蛇，以敌直径3~悼6m最为谊成熟蜡。一次乱性连摔续开意挖长阿度不丢宜短肃于1k库m，也猛不宜摸长于10趋km，以3~馋8k厚m最佳朝。适用箩于中挂硬岩咬层，同岩石冶单轴江抗压臣强度痰介于20金~2驾50蹈MP享a，尤腰以50副~1蜓00压MP届a最佳当。地质毁条件苍对TB足M掘进糕效率松影响壮很大侧。在鸣良好劲岩层取中月泪进尺奋可达50促0~涉60看0m，而盒在破确碎岩席层中赔只有10出0m左右隆，在舍塌陷问、涌桑水、停暗河雾地段特甚至塌需停馅机处的理。选用TB殊M开挖父隧道酿应尽交量避砖开复侦杂不爬良岩锋层。二、凯工程声地质浩条件(续)机械删条件TB见M不仅党受地嫌质条羞件约再束，摘还受笋到开零挖直钢径、清开挖蛮机构盐的约谣束。在硬垦岩中缎开挖熊大直垫径隧当道很少是困巾难。学日本抬实例便的最腹大直号径仅网为5m左右俩。目前TB绣M多数哪是单仆轴回征转式冻。若拔开挖梢直径喇越大那，刀蒸头内羊周与蕉外周饥的周除差速知越大勾，将雨对刀毅头产堆生种草种不裙良影直响。随着枯开挖地直径谊的增后大，劣需要巴增大言推力岛，支尤撑靴查也要金增大叨，将阅导致破运输己困难刑与承屡载力湿问题丘。开挖励长度TB私M进场唇需经定历运测输、栋组装红等过链程。努根据挤其直问径与男型式骑、运腹输途羞径、益组装捏基地平状况榴等不篇同，公需准赏备1~快2个月你。TB产M后续赏设备夹长10读0~隔20猜0m，为酱正规响地进应行掘似进也下需先嚼筑一唉段长20慰0m左右录的隧败道。隧道葬长度伤小于10结00杀m时，赵其运傅行成躬本急热剧增盯大。弓达30毯00象m左右耀时的逆成本座大致匀是一妨定的规。国外冰在断指面10语~3港0m2、长10彻00风km以上紧的隧绘道开久挖，逐优先搁考虑女采用TB截M施工裕。最佳勿开挖耐长度帆为30爱00剩km以上胞，短啦隧道猫慎用惜。五.工程感所在兴地的厌道路匙设施TB摇M的运穷输与争组装哪要求闸注意层工程佣所在晴地的穿基础威设施亚条件葵。搬挺运计阳划应袍考虑勉道路避宽度晌、高贯度与伤重量有等限魔制，航根据舌组装锤条件蹦充分浮调查泳运输甲时的学分割益方法(即最钱小分肌割尺叫寸与旦重量)。TB投M一般红在工陕厂试坏组装禽、试竖运输峡后分布割。留分割茄重量题约为35额t，断嗽面3.底5×陶3.则5m左右给。TB桶M施工巩电耗夺较高香，约耀为同引规模宝其他滑工法插施工肥的双且车道王隧道参的1.淋5倍，价规划泰时应母充分拴考虑插。TB瓜M选用规应考旅虑的万条件工程吃规模窄：隧怒道形翻状、牵长度阴、直凶径、矛埋深想、走菊向；地质觉情况倘：岩历石类礼型与公强度离、节畅理分或布与忌发育徐程度窄、断肠层、总暗河尖、溶控洞、赛地下泰水分夹布、以已有壁地表游建筑隙、河器流等基础菌设施旅：交店通运拥输能码力、黄水电亚来源终、进菜出洞腹口场烦地施工像进度树与企崇业能狼力(制造梦维修遵、经炉济、稻施工它管理葛与习岭惯)掘进沿机法植施工班要点TB秒M施工窜管理铸措施TB怀M工厂模化施网工是横一项膛管理赵系统垦工程庭。施歉工与逝设备拨管理慢水平婚的提岁高是铁其高炎效率沟与高驴效益酿的保舞证。惠在一婶