隧道工程(第7章-1TBM)

1、隧道工程 第7章 隧道工程其他施工方法邵 鹏 中国矿业大学力学与建筑工程学院2022年3月5日星期六主要内容主要内容 隧道掘进机施工方法 盾构法施工方法 顶管法施工方法 沉管法施工方法 明挖法施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 隧道掘进机 (Tunnel Boring Machine，简称TBM)是集破岩装岩、转载、支护于一体的大型综合性隧道掘进机械。1. 概述 1846年-TBM由意大利人Maus发明。 1851年-美国人威尔逊开发了一台TBM，在花岗岩中试用未获成功。 1881年-TBM成功应用于英吉利海峡隧道2.1m直径的勘探导坑掘进。 1952年-美国罗宾斯公司

2、研制了第一台现代意义的软岩TBM。 1956年-美国罗宾斯公司又成功研制了中硬岩TBM，进入快速发展期。 英法海底隧道-单洞长约50km，使用11台TBM。 瑞士费尔艾那隧道-长19km，其中9.5km采用TBM施工。 瑞士阿尔卑斯山圣哥达隧道-长达57km。 美国芝加哥TARP排水隧道-超过40km，全部采用TBM施工。发展应用7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 开挖直径1.8m-11.87m。 可在抗压强度360MPa岩体中掘进80-100m2大断面隧道，350-400m/月。 可开挖45倾角的斜井。 滚刀的最大直径483mm，承载力达312KN；寿命达300-500m。

3、单台TBM最大总进尺超过40km。现状7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 TBM制造 主要制造商7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 开挖直径1.8m-11.87m。 可在抗压强度360MPa岩体中掘进80-100m2大断面隧道，350-400m/月。 可开挖45倾角的斜井。 滚刀的最大直径483mm，承载力达312KN；寿命达300-500m。 单台TBM最大总进尺超过40km。7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法1）TBM施工特点优点缺点快速：约为钻爆法的4-6倍；优质：洞壁光滑，超挖量少；高效：施工速度快，缩短工期；安全：无爆破作业；环保：尘、

4、气、噪少，地表破坏少；自动化、信息化程度高。地质适应性差；不适宜中短距离隧道的施工；断面适应性差；运输困难，对施工场地有特殊要求；设备购置及使用成本高。7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法2）TBM掘进机类型TBM开敞式护盾式单撑靴式双撑靴式单护盾式双护盾式开敞式依靠支撑靴提供设备推力和扭矩的支撑反力，围岩暴露于机械四周。护盾式利用千斤顶作用于盾尾管片提供推进力，护盾范围内的围岩不暴露。两类TBM的区别7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 开敞式TBM组成：刀盘、主机架、撑靴、出渣运送机。适用：硬岩掘进。7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1

5、 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 基本型式：单撑靴式、双撑靴式。7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 护盾式TBM适用：软岩掘进。型式：单护盾式、双护盾式。掘进与安装管片不能同时进行7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法掘进与安装管片可以同时进行7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法2. 掘进7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法（1）TBM

6、掘进施工 1）破岩机理滚刀破岩削刀破岩7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法圆盘形滚刀破岩50-200KN7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法球齿形滚刀破岩7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法挤压力Pv剪切力PH切碎区切碎区剪力破碎区剪力破碎区削刀破岩7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 2）施工工艺TBM组装破岩出渣初期支护管片拼装超前支护二次衬砌施工准备掘进作业进洞口出洞口正常掘进通风除尘7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 施工准备 技术准备 设备、设施准备 材料准备 作

7、业人员准备 施工场地布置 预备洞、出发洞预备洞：自洞口用钻爆法挖掘到围岩条件较 好的洞段，用于TBM撑靴的撑紧。出发洞：由预备洞再向里按刀盘直径掘出的 供TBM主机进入的洞段。7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 TBM组装7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 掘进作业7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 初期支护7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机

8、施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 二次衬砌7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法支护类型的选择支护类型的选择7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 出渣7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法（2）不良地质地段施工 7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法（3）采用TBM法的基本条件 影响是否选用TBM法的地质因素隧道地压7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 涌水状态 软弱围岩和破碎带中涌水涌水是造成掌子面坍塌和承载力低的主要原因。 在涌水地段，TBM的优势会丧失殆尽，慎用。 岩石强度 岩层裂隙 岩石硬度 风化破碎带7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法 机械条件 开挖直径越大，内、外周刀具的周速差越大，对刀具产生不良影响。 随开挖直径增大，推力和撑靴作用力增大，会出现承载力问题。 不同的破岩方式对机械要求也有差别。7.17.1 隧道掘进机施工方法隧道掘进机施工方法开挖长度 根据TBM的直径和形式、运输途径、组装基地等状况，要准备1-2个月。TBM后续设备长100m-200m，掘进前要先修筑一段200m左右的隧道。对于短隧道不经济。 隧道长