全断面岩石掘进机BM讲解

全断面岩石掘进机TBM秦岭隧道TBMTBM步入出发洞CuttingfacesideMachinesideKeyBlockFloatingSealShaftCutterRingBearingCutterheadBulkheadCuttercasingBoltCutterRingCutterHubRetainerKomatsuHardRockTBMDiscCutter(BackLoadingType)TBM刀具TBM与盾构

隧道（洞）掘进机一般分为盾构和岩石掘进机两种，盾构主要应用于软土地层的开挖，岩石掘进机主要用于硬质地层的开挖，两种掘进机在破岩机理上不同。本文介绍的是适于硬岩开挖的全断面岩石掘进机（英文FullFaceTunnelBoringMachine，简称TBM）。TBM的工作原理主机前部是装有若干滚刀的刀盘，由刀盘驱动系统驱动刀盘旋转，并由TBM推进系统给刀盘提供推进力，在推进力的作用下滚刀切入掌子面岩石，不同部位的滚刀在掌子面上留下不同半径的同心圆切槽轨迹，在滚刀的挤压下，相邻切槽的岩石在剪切力作用下从岩体上剥落下来形成石碴，石碴则随着刀盘的旋转由刀盘上的铲碴斗自动拾起，经刀盘内的溜碴槽输送到装在主机上的皮带机上，再运到后配套系统处经隧道出碴运输系统运出洞外。

破岩轨迹TBM类型TBM由主机和后配套系统组成，一般又分为敞开式TBM和护盾式TBM两大类型，护盾式TBM又有双护盾TBM和单护盾TBM之分；敞开式TBM目前主要有两种结构形式，即前后共有两组“X”支撑的凯氏TBM（含有内凯机架InnerKelly和外凯机架OuterKelly），另一种为单支撑主梁式TBM。软弱围岩所占比例较大的隧道一般选用护盾式TBM，而岩石稳定性好软弱围岩较少的隧道一般选用敞开式TBM，此外，还要根据工程设计及工程造价进行综合分析确定。双护盾TBM双护盾TBM的主机在护盾的保护下进行掘进作业，主机后部一般装有衬砌管片安装器，随着TBM的向前掘进，双护盾TBM可同时进行管片安装作业，后配套系统则完全在已经完成管片衬砌的隧道内作业；当无法实现径向支撑而需要辅助推进油缸提供所需推进力时，推力作用于管片衬砌上，掘进作业与管片安装作业此时不能同时进行，相当于“单护盾模式”的作业方式，相应掘进效率较低。敞开式TBM敞开式TBM则只设有较短的刀盘护盾，在其主机和后配套上安装有支护设备，随着TBM的向前掘进，一般可以同时进行安装锚杆、挂网和喷射混凝土等支护作业。敞开式TBM刀盘推力和扭矩通过机架或主梁传递到支撑系统，支撑系统径向作用于岩壁上承受推力和扭矩。系统构状成刀盘刀盘肉护盾刀盘支腊承和主斧轴承刀盘驱购动主梁推进系吐统支撑棕系统液压肝系统电气桑系统主机把辅助叮设备此外摸，TBM主机上滤的辅助检设备主披要有：主机晒出渣镇皮带嫩机、钢拱架刚安装器于、洞底恨石渣清抱理皮带修机、超前陷钻机桑、锚读杆钻变机、盲通风追设施触和除籍尘系领统、爽通讯罗系统涝、数输据采蹦集记拴录系梳统、偏激光卧导向岸系统例、安阔全控缩慧制系筑统、岸甲烷抹监测月器、支护材料够转运迎系统浪、紧肤急手膜动混踢凝土劝喷射斜系统销等。TBM后配套信系统后配攻套系撤统由舟钢结旧构件牌主机茶连接锅桥和疲若干溉平台危车组险成，痕其上许有供畏水、甚供电将、通屈风、罪支护杨、出汇渣等们作业疑所需键设备牙、设导施和奥作业让空间锄。包坡括：屈液压翠动力烂装置当、电倒气开驶关装危置、血变压瞧器、秩主断吉路开垃关、腰电缆伸卷筒佣、应艺急发饲电机羡、除渡尘器演、通拿风管惨道、拼控制消室、亭拌浆睬装置王、材机料转办运吊肚机、选皮带区输送榆机系永统、营集装娃箱式考修理绝间、不人员卸休息温室及庙厕所务、喷糟混系嘴统、窗锚杆巧系统恢、供六水系那统等乱。TB作M施工马主要歇关键午技术（1企）TBM选型及掌系统集战成设计TBM系统结申构庞大杨复杂，都各种高摘技术系退统集成所，是价衬值数亿恒元的大司型成套径工厂化东作业系榨统，属附于典型课的非标喇定制产芬品，其槽机型、缠系统设农备配置岗和主要财技术参司数均需病要承包仆商与制慎造商根攀据具体店的工程柄设计、胃地质条总件和施堪工工艺每共同研萍究确定显。TBM及其后特配套系考统的选夕型及集蛋成设计蚂是否合省理是工秆程能否薪顺利完申成的首故要问题启。TB磨M施工主正要关键储技术（2）TB松M施工组泥织管理兔技术TB般M施工镜时，凳掘进书、出皆碴、余支护煌、进腿料运色输等商工序望平行肝连续泻作业拣，系亭统性堤强，瞎要求发各环伟节紧想密配节合，读以TB超M掘进烤作业闻为中盯心，忍其他碌配套骆设施棕和系晋统要耳尽可查能满僚足TBM掘进首的需仁要，很与钻咸爆法真施工睁在组损织管吸理上挥具有更完全匀不同牺的技格术特狡点，简这给TB堆M施工组的织管理石技术提弃出了挑申战。TB辫M掘进既平均车机时毯利用捎率是算衡量TB彼M施工组厉织管理谢技术水氧平的主脏要指标工，目前浑国际水呈平在4唱0%左有右。TBM施工剩主要滴关键刻技术（3萄）TB件M掘进尊参数委匹配者技术TBM施工中隐隧道地晚质条件俗不断变诞化，而呜不同岩司石条件职下选取要的掘进绝参数对TBM施工的凝安全、衔掘进速钻度、掘偷进效益再影响很答大，只遇有根据恶不同的伯围岩条狼件进行放刀盘转积速、刀峰盘推力黄、刀盘静扭矩、盼推进速副度、撑需靴压力谈、推进摇行程等辆主要参酬数的合卫理匹配相，才能快使TBM能够岁安全壮、快纷速和睬高效费掘进悔。TB填M施工主猜要关键听技术（4）TBM在软弱望围岩和促不良地丘质地段用施工技尾术软弱围畏岩条件公下容易恋出现掌借子面不暂稳定、英围岩坍储塌、刀蛮盘被卡尊、支撑米系统撑巷不住、扯刀盘下楼沉、掘杜进方向价难以控湖制等技芳术问题横。另外极断层、糕涌水、返岩爆等治不良地火质地段份也对TBM施工辆带来遣很大贷技术殊难题象。因改此，TBM在软弱尝围岩下忌的掘进形技术和跃不良地久质地段莲的施工逝技术是TBM工程彩能否觉安全切贯通化的关宅键。TBM施工主惑要关键鲜技术（5）TB徒M状态监叠测与故去障诊断躲和维护璃技术TB帮M是机、类电、液智、光一解体化的苏大型复本杂隧道渴施工作垦业系统无，且作唐业环境塌恶劣，缓作业空落间狭窄挠。由于TBM和后配忽套系统摄庞大复雀杂以及处实际地示质条件局的复杂举性，在书国际TB忠M工程施蒜工中发爷生重大相事故的勿情况多顽有报道复，造成完了巨大宿的经济草损失和伐社会影躺响。如饺何建立叫先进可崇靠的TB史M监测诊裕断和维话护技术嫂，保证TB俊M处于食安全捡完好织掘进逝状态垦和提抽高机卡时利蔬用率湾是需掠要解凯决的慢关键免技术察问题痒。TBM施工启主要盼关键器技术（6）TB悠M刀具提技术TB届M刀具是塔其破岩峡的核心汪技术，剪而且硬专岩TBM施工中坛刀具检蚀查、更如换、维罩修等作桐业时间秆和刀具勒消耗费猫用占TB核M施工激总时钓间和滤施工兄总费送用的咳很大托比例关。因对此，顿硬岩TB卡M施工中才的刀具雁技术是粉制约掘蛾进效率盏和效益较的首要效问题，穷也是制趴约我国TB机M国产桂化和奴降低TBM施工成脊本的关园键技术燃问题。TB铲M施工产中设谈立专忆门的锯刀具锤班组凡，建拒立合震理的TB纯M刀具斧使用敌、检药查、沸更换辫和维批修的标技术盒规范咱是至降关重快要的苹。TBM施工忍主要看关键牢技术（7）TBM掘进由方向课测量渔控制调技术TB全M掘进过娘程中需吹要不断境进行掘陷进方向号的测量渡和调整由控制，泪掘进方躬向的准瘦确控制帅关系到熔隧道（松洞）能阵否贯通泪和达到执贯通精薪度要求石，而且国调向技乔术的好横坏对刀俊具的消泼耗和掘族进速度勇也有很和大影响觉，特别绞是软弱淋围岩掘样进中容存易出现油刀盘下话沉、撑道靴打滑蹲、机身猴滚动等霸问题，兴需要合良理的掘程进和调饱向控制盐技术。TB沫M施工蜜主要雕关键横技术（8）TBM出渣瓜和物闪料运想输技妻术TBM施工隧沟道掘进朝速度快饮、出渣递量大、挡运输距色离长，曾且要求热掘进、胆出渣、愁支护并嫂行作业冬。如果原出渣和放物料运棒输不能烦满足掘至进要求键将影响TB怀M快速施衡工的优傲势，因桂此长大刮隧道TB宅M施工出表渣和物钟料运输狠技术也净是重要顾的关键京保障技挖术。目饿前，常声用的技蛮术方案炒为有轨岸运输技露术和连号续皮带英机出渣猫技术。围特别是槽连续皮董带机出著渣技术进已成为皇国外长扮大隧道TB幕M施工船的重常要技趴术选蹄择，错我国蒜还没渐有成吹功应膨用的恐先例撕。TB驾M施工长主要铃关键股技术（9袜）TB洽M施工供元电技术TB捷M施工用淡电量大疮，用电额设备多魄，高压瓣进洞供陆电距离微长，供为电系统孝复杂，纵安全性屠要求高遇。因此疗，TBM施工供政电技术百也是需怠要重点沫考虑的岛技术问荷题。TB励M施工主燃要关键认技术（1娇0）TBM施工分通风报技术TBM施工施一般择通风施距离蚁较长饼，特拦别是芒近年裁来超抢过1舰0km的隧道允越来越岔多，这援对我国感隧道施矿工通风祖也带来堪很大的酸技术难茧度。TBM施工主很要关键垫技术（1哗1）TB甜M施工羞作业攀分析民方法TBM施工戚过程匆中随煎时有泊大量壁相对摊应的夜不同仁围岩壮地质艺参数胳、TB观M掘进您工作窄参数列、TB讲M掘进性炮能参数背，采集丈记录和纪分析处惯理这些济数据对巡寿于指导搏后期施拼工具有麻重要参铜考价值谱，对我鬼国TB晒M技术数锈据积累勒和施工澡企业自闪身技术蛮和经验豪的积累阵都是非余常重要就的。图7掘进分析中周统计界面7号变脑速箱两拜次油样现磨粒图拣谱沙粒海异常磨荣损前一校次图哈谱大量沙归粒张金属沸磨粒和锁聚合物后一逝次图文谱TBM工程稼应用京实例国外已飘建成的史著名工裂程实例刘：（1颤）英吉蹄利海启峡铁足路隧辛道，由三隙条平行挣隧道组盈成，每梳条约5确0km，海底诵掘进耗长度亿约3散7km蛾，地层岩止石为白坚垩纪泥骂灰岩。党该工程枝英、法趁两侧共释使用了罪11台TB津M，在三纲年内土完成叼了任胆务，铺19举94宰年底址开通最运营汗。其粮中一妄台由Rob讽bin励s公司忘生产虏的直够径8佳.3盛6m的掘程进机填创造斩了当降时月守进尺巨17拼19阁.1m的世跨界记购录。国外促已建随成的留著名垂工程搭实例（2）允瑞士费注尔艾那恨铁路隧死道全长稼19km鞋，使用Wir抢th公司制同造的直愁径7.录7m的敞开喂式TBM奴，岩石条醋件为花腹岗岩，鬼该工程瓶199撑5年开役始施工邮，19肯98年逼完工，扫日进尺迫为13偏.6结~2历2.盒9m。国外少在建水的著判名工诸程实咳例：（1貌）南旷非莱安索托问南水院北调倍工程严总长秋约2蹲00km狡，有4厘条引列水隧确洞和属2条闪输水奶隧洞献、6梅座大痰坝、助2座焰电站虹等水乖工建辫筑，腊其中搜约8渗4km的施工吼隧洞。厚该工程畜自80棚年代末悟动工，扎总工期拾计划3圾0多年依。国外弄在建愚的著疲名工桂程实熊例（2罚）瑞公士哥芬特哈掘得（Got椒tha肤rd）铁路写隧道商工程墨，全考长5尿7km辣，开挖直脸径9m，最大碰埋深晕25剂00m，计划昼采用涂8台TBM进行施传工。国外在氧建的著搞名工程引实例（3）匆法国里叙昂至意债大利都铸灵铁路鹊隧道，偏全长5错4km饱，最大埋倚深超过甜200拒0m,采用TBM进行施栏工。国内肝建成嚼的TB袍M重要工明程（1锹）19先85蕉年中饰国在乖广西滚隆林画天生棕桥水脏电站乳的引慈水隧吊洞修笔建中贩，从膜美国因引进问了Ro起bb遍in绍s公司直屯径为1功0.8m掘进与机，慕开挖速引水羽隧洞神总长自度约呼10km，掘进机找遇到的躺岩石地炒层系石拆灰岩，鸭抗压强木度15勉0MPa，施工时脏最高月奸进尺1紫50m。这是中垦国第一根条采用捧大断面膝岩石掘爱进机施浙工的隧懂道。国内建称成的TB亭M重要粗工程（2）肃199扇1年甘黄肃省引呼大入秦镇大型跨裹流域灌剩溉工程鸣中，3都0A隧道全拿长11驳.64轧9km，是一条沈无压输寻水隧道押，由意毁大利CMC公司采套用双护苍盾TBM进行关施工戏，掘得进机吴直径掠5.赤53m，采用末预制宣管片响衬砌忽。该绵机由乳美国Ro浓bb唇in骨s制造生终产的1训88－遍227会型TB示M，遇到员的地爬层岩盆性单鸡轴抗脱压强筒度26~拒133困.7MP景a。该隧抗洞历库经1漆3个趣月于颂19档92趋年1筋月掘但进贯较通，缘瑞最高萝日进朽尺6服5.品5m，最高月许进尺1达300m。国内隐建成袋的TBM重要工租程（3）拜山西省黎万家寨倚引黄工质程隧洞妖总长1轧61.导1km，其中共采用援6台直胶径4.泳88m和5.她96m双护盾TBM对8条聪隧洞进兰行施工候，TBM施工摇隧洞姻总长巧12皇1.颈8km狼，采用变六边详形预葬制管捕片衬遣砌。矿该工买程地侨层主探要岩壶性为设灰岩厚，由最意大倘利英勒波基边洛公档司和CMC公司及荣中国水葵利水电尼四局组各成的万茶龙联营波体承包释，19息93年属开始掘峰进至今两，创造岔最高月沸进尺1恰821鞋.5m的掘进是记录。国内狗建成捕的TBM重要工瞒程（4）孤西康铁要路秦岭轮隧道工豆程由铁汗道部从Wi唐rt旗h公司弯引进此两台泊直径奸8.劲8m敞开脂式TB仗M自主见施工遣，该都隧道辨全长版18买.4蜜6km翠，岩石午为坚乳硬的更混合丽片麻企岩和逝混合蓄花岗迟岩，朴抗压雹强度碗10猛5~325MP仙a，属于吼国际新上TBM工程中滔十分罕踏见的极蔽硬岩石有条件，抬在此条拆件下仍牙然创造矮了最高誓月进尺嫁531m和5闻09m的记录功。该工歇程TBM自19系97年蜻下半年墓开始运擦至施工绳现场组胞装，1另999画年掘进其贯通。国内建棵成的TBM重要录工程（5）岩秦岭隧卖道完工随后，这孤两台TBM又分别品转移至丘西安南刃京铁路柄磨沟岭书隧道和真桃花铺趋隧道施外工，成纱功地使喊敞开式TB伙M在这赖两个族长距广离软痕弱围瓦岩的逐隧道园工程荐中掘途进贯壤通，烂并分嫩别创露造了屠57垫3m和5陵51身.8m的新的掀掘进记滴录。可点以说，恢通过秦浑岭隧道美、磨沟拆岭隧道棵和桃花上铺隧道蚕成功的TBM自主施丈工，真握正建立盾起了我础国自己与独立的TBM施工队凤伍和专庆家队伍笔，并创默造性地适积累起书我国独魄立掌握赔的TB贯M施工绢技术鹅体系号。TBM是先进徐的隧道师施工技行术随着我膜国大规制模的基男础建设帽，铁路词、公路僚、水电守工程、付南水北迷调、西赵气东输适、城市断地铁、潜市政供贴水供电炸和排污徒等重大成工程越加来越多拒，需要尚修建大尸量的长迟、大隧血道。预拥计我国悲未来二什十年平泻均每年戚有600km共12000km隧道牢（洞牧）需竞要开铃挖。肚由于萝工程后规模专大、区地质抖条件输复杂厨，工枪程施荒工速灰度、洪环保防、质顷量和否效益撞要求黎高，狸传统税钻爆雪法施乔工技纺术已拢经难约以适招应这伍一艰龄巨挑乖战。TB否M在中国因此替，全届断面缓岩石返掘进会机(TB穷M)技术挑必将屈在我朱国得碧到长竭足发霸展，兰推动途我国团大型徒施工衰机械槐制造悦业和械施工叮企业壶的科膊技进声步。离掌握耀这一亭技术滥将使女企业企增强勇巨大笋的市躲场竞沸争力爹。可以说单，中国罢将成为笨世界TB母M施工钓工程垄和TBM制造青业的竹主战训场。意大残利隧隙道协识会主你席S.Pel嘱izz近a事实上搞，仅从残合格的TB哀M制造航厂家跟订购漆一台像特定吗类型贴的TBM是远远检不够的泊；相反，缠所有相腰关各方酿之间的质持续合莫作以及TB量M的用户巷（承包自商）对秆设计、孤施工所扒有细节议的控制带是极为竿重要的攻。因为至读今尚没源有任何音类型TBM设计功与施驼工的国“认浅可标庄准”忠，且TBM的设阶计、霉制造围是一矮个持枕续的扮技术乳创新释过程周。每项梨工程显都有臂自身择的特财点，茂每家袜承包共商都裹有自撞身的循传统退和意也见等忙，所敞以制济造的摄每台TBM都与血其他室的TBM不同业。美国洲地下旅建筑治协会终主席Re症il落ly雕J炒oh黎n中国今储后20火年乃至贱50年炸的规划信，面临霸极其复忌杂的风直险挑战著和现实轨条件限场制，不造依赖具项有现代哨最高掘副进技术叛成就的TBM思，是不粉可想皱象的冬。最重要剖的是获誓取经验疤，而不锋是设备犯，仅通证过购买判先进的TB先M是达宿不到请预期竿效果仅的。讲可根陆据地盒质条蝴件选滋用合笔适TBM唤，并培吓养出哨不同吧地质丛条件帜下运卡用TBM的有经懂验的施跟工队伍允。过去昂，中牧国引仗进TBM技术侄主要鼠是通兄过承爹包商勺来操运作的译，缺萍乏战颠略决帝策和关协作它，且其价格键昂贵浑。从尘长远用看，恰最好敏是建涝立自活己的TB摄M工业体迅系。美国地遇下建筑渡协会主剩席Re殊il嘱ly导J绝oh直n鉴于TBM技术本抽身的复贝杂特性扯，欲实堆现TBM技术询大规柔模的什成功规转化类，不梨仅要埋注意拆其本歇身，隔而且夏要注绪意管笼理、气承包京、设府计及付培训脆等多傅方面尚的重耕要因细素。技术转尝化是一肿个包括插智力和砍经验的苦问题，躲而不仅天仅是技灾术产品厅本身。他对TB堤M的成任功运柱用，梯取决粒于制盲造商帐、工铅程设售计者倍、承