全断面岩石掘进机的应用和发展

１前言

全断面岩石掘进机（ＴｕｎｎｅｌＢｏｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ，ＴＢＭ，以下称ＴＢＭ）是当今最先进的隧道掘进设备。其施工法和钻爆法相比，具有快速、优质、安全、经济、环保等突出优点，其中最大优点是快速。一般速率为常规钻爆法的４～１０倍。目前在国外大断面隧道掘进中已经得到广泛应用，尤其是３ｋｍ以上的大断面隧道。我国在基础设施的大规模建设中，尤其是铁路、公路、大、中型水电站以及南水北调等工程建设中将有大量的长大隧道需要建设；现代化城市建设中的地铁工程、市政排污管、输水管等工程、越江隧道也在不断增加；“十一五”及今后一个时期内，我国在西部开发及水资源配置工程建设中将遇到一系列深覆盖、长距离、大直径、复杂地质条件下引水隧洞的建设等，由于工程规模大、地质条件复杂，工程施工速度、环保、质量和效益要求高，传统钻爆施工技术已经难以适应这一巨大的挑战，ＴＢＭ必将在我国得到长足发展，它将推动我国大型装备制造业和施工企业的技术进步。

２ＴＢＭ施工的优点

快速。ＴＢＭ是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率高。

优质。ＴＢＭ采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。

高效。ＴＢＭ施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会效益；同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用；ＴＢＭ施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。

安全。用ＴＢＭ施工，改善了作业人员的洞内劳动条件，减轻了体力劳动量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少。

环保。ＴＢＭ施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小；减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境。

自动化、信息化程度高。ＴＢＭ采用了计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，具有自动化程度高的优点。ＴＢＭ具有施工数据采集功能、ＴＢＭ姿态管理功能、施工数据管理功能以及施工数据实时远程传送功能，可实

全断面岩石掘进机的应用和发展

耿志君

（天水风动机械有限责任公司，甘肃天水７４１０２０）

摘要：介绍了ＴＢＭ（全断面岩石掘进机）半个世纪的发展及其在国内外长隧道工程中的应用实例，ＴＢＭ的现状和发展趋势，国产化研制的基础条件。指出ＴＢＭ已在全球隧道工程中得到越来越多的应用。

关健词：全断面岩石掘进机；应用实例；现状和趋势

中图分类号：Ｕ４５５．３＋９文献标识码：Ａ

现信息化施工。

３ＴＢＭ的发展简历

ＴＢＭ的发展曾经历了一个漫长的过程。早在１８５２年，一台蒸汽机驱动的ＴＢＭ，在花岗岩中试用，未获成功。以后的三十年中，设计试制了各式各样的ＴＢＭ共１３台，均有所进步。然而比较成功的还是１８８４年博蒙特设计的，并在英法海峡水底隧道掘进了直径为２．ｌｍ的导坑，掘进长度近１０ｋｍ。

从１８８４～１９２６年间，一些国家又先后设计制造了２１台ＴＢＭ，因受当时技术条件的限制，例如合金钢材、液压技术、配套设备等，处于停滞状态。直至本世纪的４０年代末至５０年代初，欧美及日本各工业发达国家为寻求更好的、能够快速掘进隧道的机械，又继续研究设计制造和使用ＴＢＭ，并在实际使用中获得了较为理想的效果。因此，尽管ＴＢＭ制造成本高，还存在某些技术问题，但发展还是较快的。

美国罗宾斯ＴＢＭ制造厂最早于１９４７年研制和生产的原始型ＴＢＭ是在煤层中使用的，但后来也用在页岩中开挖隧道。在这两台ＴＢＭ上，第一次使用了盘形刀具作为岩体破碎工具并得到较好的效果。１９５３年，制造了一台直径为７．８５ｍ的ＴＢＭ，利用回转刀盘开挖（同时破碎及掘进）隧道整个断面。这台ＴＢＭ被认为是十九世纪末以来的第一台ＴＢＭ。两年后，制造了三台直径为２．４４ｍ罗宾斯ＴＢＭ，但这三台机器均不能认为是成功的。在对页岩、石灰岩的互层岩体及硬石灰岩的岩体掘进中，很快就暴露出这些机器的弱点。这些问题是：硬质合金滚刀的损坏率极高、传动轴的刚性不够、高压液压系统的元器件损坏、链板输送机的损坏，以及机器中普遍存在着刚性和强度不足。１９５６年该厂制造的ＴＢＭ直径为３．２８ｍ。上世纪６０年代ＴＢＭ的发展又进入新的阶段，罗宾斯公司生产了多台ＴＢＭ，其中最大一台ＴＢＭ直径为１１．２ｍ（桁架式）应用于巴基斯坦的曼格拉大坝。

与此同时，日本开始制作ＴＢＭ，至１９８５年日本制作的ＴＢＭ共１８台，直径分别为２．３ｍ～５ｍ，在地铁、电缆隧道等工程中发挥威力。第一台和美国罗宾斯公司签订技术合作协定，开始生产国产化ＴＢＭ，生产的机器供熊谷组、奥村组和佐藤工业施工建设中应用，累计掘进长度５３ｋｍ。

目前世界上著名的五大ＴＢＭ制造厂商是美国的罗宾斯公司（Ｒｏｂｂｉｎｓ）和贾瓦公司（Ｊａｒｖａ）、德国的沃斯公司（Ｗｉｒｔｈ）和德马克公司（Ｄｃｍａｇ）、瑞典的阿特拉斯・科普柯公司（ＡｔｌａｓＣｏｐｃｏ），这些公司都是５０年代和６０年代开始研制和生产ＴＢＭ的。由于产品质量好，受到用户的青睐，到目前为止世界范围使用的ＴＢＭ已超过４５０台，掘进总长度在２５００ｋｍ以上，其中美国罗宾斯的各型ＴＢＭ约１６３多台。

４ＴＢＭ的应用

ＴＢＭ在国外已经是一种完全成熟的隧洞掘进施工机械。它是集掘进﹑弃渣装运﹑洞壁支护等工序于一体的先进施工装备。目前有许多国家如美国﹑英国﹑德国﹑日本等普遍使用这种全机械化作业的装备。在国外凡是能用ＴＢＭ施工的隧道工程，承包商都优先考虑选用ＴＢＭ。国外已经建成的采用ＴＢＭ掘进技术施工的著名长隧道工程有英吉利海峡隧道、日本东京湾跨海公路隧道工程、荷兰生态绿心隧道。国内目前采用ＴＢＭ成功完成的长隧道工程有引大入秦工程、秦岭隧道及万家寨水利工程等，但是，国内的这些大型隧道工程使用的全部是国外生产的ＴＢＭ。４．１国外应用实例

英吉利海峡隧道

连接英国和法国的英吉利海峡隧道全长４９．２ｋｍ，海下共有三条平行的隧道组成，全长１４８ｋｍ，其中两条单线铁路隧道，是目前世界上最长的海底隧道，其中２条交通隧道