模块五 机械开挖法隧道施工技术-单元2-掘进机法施工 (1)讲解

《隧道与地下工程施工》模块五

机械开挖法隧道施工技术

单元2掘进机(TBM)隧道施工《隧道工程施工》

掘进机概述1掘进机的类型2本讲主要内容掘进机(TBM)隧道施工01一、掘进机概述

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定义：隧道掘进机（TBM）是一种依靠刀盘旋转破岩推进，隧道支护与出渣同时进行，并使隧道全断面一次成形的大型专用装备。

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隧道掘进机包含盾构和TBM。一般来说，在欧洲，盾构也称为TBM；但在日本和我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构，将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM。近年来，二者区别已经不明显，例如盾构也称为盾构掘进机（ShieldTBM）。

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通常定义中的TBM是指全断面岩石隧道掘进机，是以岩石地层为掘进对象。掘进机(TBM)隧道施工01一、掘进机概述

国产超大直径盾构机TBM掘进机(TBM)隧道施工01一、掘进机概述

TBM与盾构的区别有两点：（1）TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。（2）TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或采用泥浆泵通过管道出碴。

在隧道施工技术中，目前广泛应用钻爆法和掘进机法，与钻爆法相比，掘进机法具有以下特点：掘进机是山岭隧道高度机械化的开挖设备，虽然投资成本高，但具有安全、快速、优质、环保等优点。掘进机(TBM)隧道施工01一、掘进机概述

掘进机法施工的优点：

（1）安全——对岩石的扰动小，影响范围一般小于50cm，掘进机自身带有局部护盾或整体护盾，有利于施工人员的安全，同时，支护设备及时支护，确保施工安全。自动化和机械化程度高，并配置电视监控和通信系统，作业人员少，便于安全管理。

（2）快速——掘进机掘进效率高，其掘进速度为常规钻爆法的3~5倍

(3)优质——掘进机开挖施工质量好，洞壁光滑美观，减少支护工作量

(4)环保——开挖时采用机械破岩，无钻爆法用的炸药等化学物质爆炸及污染，人员劳动强度低、数量少、作业环境好，有利于作业人员的健康。另外自动化程度高，且实现了信息化施工。掘进机(TBM)隧道施工01一、掘进机概述

掘进机法施工的局限性：

与钻爆法相比，目前尚具有如下局限性：

工程建设成本较高，前期一次性投资成本费用较高

设计制造周期长。根据目前市场情况来看，采购周期一般需要12~15个月。

掘进机针对性强，对多变的地质条件（如断层、破碎带、岩溶、涌水等）的适应性较差，不同地质条件需要不同种类的掘进机及相应的配置。

开挖断面仅限于圆形，每台掘进机只能用于一种开挖断面。

对施工人员的技术水平和管理水平要求高，施工短隧道时不能发挥其优越性。

运输困难，对施工场地有特殊要求。掘进机(TBM)隧道施工01一、掘进机概述

掘进机的应用：

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21世纪是地下空间的世纪，随着国民经济的快速发展，我国城市化进程不断加快，今后相当长的时期内，国内的城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程将需要大量的隧道掘进机。•

隧道掘进机是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的隧道施工重大技术装备。在发达国家，使用隧道掘进机施工已占隧道总量的90%以上。由于隧道掘进机的制造工艺复杂，技术附加值高，目前国际上只有德国、美国、日本、法国、加拿大等少数几个国家的企业具有能力生产，且造价高昂。掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

如图所示，掘进机的类型可分为全断面掘进机和悬臂式掘进机：

全断面掘进机悬臂式掘进机掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

1全断面掘进机

根据掘进机的结构形式，可将其分为敞开式掘进机护盾式掘进机

掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

1全断面掘进机

（1）开敞式掘进机：是利用支撑机构撑紧洞壁，以承受向前推进的反作用力和扭矩的全断面岩石掘进机。它的顶推反力与刀盘扭矩力依靠围岩坚硬壁面提供；

典型机型有德国威尔特Wirth公司生产的双排支撑靴结构形式和美国罗宾斯Robbins公司生产的单排支撑靴结构形式。适用于岩石不易坍塌和地层比较稳定的软硬岩隧道，采取有效支护手段后，也可适用于软岩隧道。开敞式掘进机掘进隧道的最终支护方式是模筑混凝土或钢钎维喷射混凝土。

掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

该机由Wirth研制生产，直径8.8m，开敞式西康铁路秦岭隧道Ⅰ线隧道使用2台8.8米敞开式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

（1）开敞式掘进机：

敞开式掘进机适合于硬岩隧道掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

1全断面掘进机

（2）护盾式掘进机：根据其原理不同可以分为单护盾掘进机和双护盾掘进机，顶推反力利用尾部安装的衬砌管片。

单护盾掘进机常用于软岩，双护盾掘进机对地质具有广泛的适应性，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互的地层。

护盾式掘进机类似于盾构，但是盾构有稳定工作面的设施，而护盾式掘进机没有该设施。

特点对比：单护盾掘进机推进时，要利用管片作为支撑，与双护盾掘进机相比，掘进与安装管片两者不能同时进行，速度较慢。

掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

护盾式掘进机:单护盾TBM、双护盾TBM

单护盾TBM——常用于软岩掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

护盾式掘进机:单护盾TBM、双护盾TBM

适用于各种地质，既适应软岩，也适应硬岩或软硬岩交互地层掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

2臂式掘进机

臂式掘进机，又称为部分断面掘进机，是一种集切削岩石、自动行走、装载石碴等多种功能为一体的高效联合作业机械。在煤矿行业也较为常用。掘进机(TBM)隧道施工01二、掘进机的类型

2臂式掘进机

臂式掘进机的特点