全断面岩石掘进机TBM
全断面岩石掘进机(TBM)施工概预算定额
全断面岩石掘进机（TBM）施工概预算定额一、全断面岩石掘进机（TBM）施工简介TBM掘进机是由几十个独立的子系统有机的连接成一个完整的大系统。
是集机械、电子、液压、传感、信息技术于一体，综合了钢结构、机械传动、起重、运输、液压、润滑、气动、水流、通风防尘、减震降温、控制噪音、电气拖动、程控、监控、遥控、超探支护、机械手、激光导向等多学科的技术。
技术复杂、结构庞大，集开挖、支护、出渣、通风、排水于一身，是工厂化的隧道生产线。
TBM选型主要从工程地质与水文地质条件、隧洞设计、工程特征等三方面考虑。
目前，TBM主要分为以下三种类型，并分别适应于不同的地质。
1 敞开式TBM：常用于硬岩，在敞开式TBM上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化。
2 双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。
3 单护盾TBM：常用于劣质地层。
一般情况下，在良好地质中则使用敞开式TBM；双护盾TBM常用于复杂地层的长隧道开挖，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。
当在严重破碎或软弱地层中掘进时，双护盾TBM便作为单护盾TBM使用；单护盾TBM由于掘进速度慢，目前很少使用。
下面从几个方面进行全断面掘进机施工介绍。
（一）全断面双护盾掘进机1、双护盾TBM的构造双护盾TBM由主机和后配套设备两部分组成，全长一般150～250m，主机十几米长。
（1）主机主机由三部分组成：前盾：包括主轴承支撑的刀头及刀头驱动系统（电机、离合变速器、主齿轮）。
伸缩盾：位于前护盾和后护盾之间的钢结构就是所谓的伸缩盾，分别通过液压连件与前后护盾连接。
后盾：是一个带有抓紧装置的护盾，前盾和后盾分别通过液压连件连接。
（2）后配套设备后配套设备由一系列轨道工作台组成的台车，包括以下主要装置：掘进机及辅助设备的液压和电动装置；变压器及电缆；输送石渣的皮带机；机械传动装置；起吊设备，装卸轨道；管片安装系统；消尘器装置；供风系统；排气设备；高压电缆盘；压缩空气和压水带盘；豆砾石灌注系统；水泥灌浆系统。
全断面岩石掘进机TBM
2007年1月20日建成通车。秦岭终南山公路隧道是我国自行设 计施工的高速公路特长隧道，堪称世界第二、亚洲第一，是世界上第 一个采用双洞单向行驶的特长隧道，双洞全长36.04公里，建设规模 居世界第一。
TBM施工图片
大件运输
现场组装
TBM施工图片
步进
洞内步进
TBM施工图片
步进至出发洞
撑靴
TBM施工图片
激光定向系统
TBM控制室
TBM施工图片
锚杆钻机作业
喷射混凝土施工
TBM施工图片 刀盘与掌子面
全断面岩石隧道掘进机
全断面岩石隧道掘进机：通常简称隧道掘进机 （Tunnel Boring Machine，缩写为TBM），是一种 用于圆形断面隧（巷）道、采用滚压式切削盘在全断 面范围内破碎岩石，集破岩、装岩、转载、支护于一 体的大型综合掘进机械，现已成为国外较长隧道开挖 普遍采用的方法。
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第15章 全断面岩石掘进机 （TBM）
概述
在岩石中开凿矿山巷道或交通隧道时，除 采用常规的钻眼爆破法外，还可采用掘进机施 工。
掘进机：是指能够直接截割、破碎工作面 岩石，同时完成装载、转运岩石，并可调动行 走和进行喷雾除尘的功能，有的还具有支护功 能，以机械方式破岩的隧（巷）道掘进综合机 械。
全断面岩石隧道掘进机利用圆形的刀盘破碎岩石， 故又称刀盘式掘进机。刀盘的直径多为3～10m，3～ 5m的较适用于小型水利水电隧道工程和矿山巷道工程， 5m以上适应于大型的隧道工程。国外生产的岩石掘进 机直径较大，目前最大可达13.9m。
TBM讲义
由掘进机施工实例，充分体现了掘进机施工具有的快速、 优质、安全、经济、环保等突出优点。我国水利、电力、铁 道、煤炭、矿山、交通、地铁及城市地下工程等需要建设大 量隧道，城市的地铁工程陆续开工，一些掘进机及盾构机投 入施工，辽宁大伙房、新疆天山、兰渝线、引汉济渭、重庆 地铁、青岛地铁、甘肃引洮等输水工程陆续上马，南水北调 西线工程已作具体规划设计，我国长隧道采用掘进机施工将 是发展的必然趋势。轰轰烈烈的掘进机掘进长隧道的大好形 势即将到来。对此需要做好各项准备工作，如隧洞工程规划 设计、掘进机引进计划、掘进机及后配套国产化实施计划、 掘进机消耗件的研制计划、掘进机施工队伍的培训等，其中 掌握掘进机及其施工技术将是首先要做好的准备工作。
德国维尔特集团公司（WIRTH GROUP）
德国维尔特公司成立于1895年，1916年公司开始生产钻进设备和泵 类产品，1965年公司开始生产全断面掘进机（TBM和盾构），可生产直 径为2m至15m的各型全断面设备。1989年维尔特公司成为英国豪顿 （HOWDEN GROUP）集团成员，1999年维尔特独立存在，2001年公司 兼并了Soltau小直径掘进机厂商和Paurat巷道掘进机（Roadheader）分 厂，并与法国法马通（FRAMATOME）下属子公司NFM（Neyrpic Framatome Mecanigue）公司联合成立集团公司。其中德国维尔特公司 以生产硬岩掘进机为主，法国法马通公司以生产软土盾构为主。维尔特 集团公司员工超过1000人，其中700多人在德国，200多人在法国和其他 国家的办事处。我国秦岭铁路隧道购买的两台开敞式TBM就是维尔特公 司制造的。广深港狮子洋隧道和北京地下直径线隧道共6台盾构通过公开 招标，也是维尔特公司中标。
美国罗宾斯公司
总部位于俄亥俄州梭隆（Solon）的罗宾斯公司是全球隧道掘进行业的 领导者。罗宾斯公司自1952年成功地建造了世界上第一台岩石掘进机，后 罗宾斯公司被阿特拉斯-科普柯集团（ATLAS COPCO）兼并，1998年开始 停止生产掘进机；1999年美国博太克（BORETEC）公司收购了罗宾斯品牌， 博太克改名罗宾斯公司，继续生产掘进机。由罗宾斯公司建造的掘进机在全 球完成了700多项工程，累计长度超过4000km，直径从1.64m 至11.87m。 罗宾斯公司还生产和提供隧道掘进的配套设备和服务，包括隧道出碴系统、 掘进机后配套系统、滚刀、消耗件和技术服务人员以及全面的隧道掘进技术 支持。自20世纪80年代以来，已经为中国的建设项目提供了超过10台的隧 道掘进机以及各类技术服务，包括为辽宁大伙房水库引水工程提供两台直径 为8m的硬岩掘进机、全部后配套系统、长期的现场技术支持和服务。
煤矿巷道工程全断面岩石掘进机(tbm)施工计价标准
煤矿巷道工程全断面岩石掘进机(TBM)施工计价标准一、前言煤矿是我国的重要能源基地，而巷道工程作为煤矿的主要交通通道，其施工质量和效率对煤矿生产具有重要影响。
在巷道工程的施工过程中，全断面岩石掘进机(TBM)是一种高效、环保、安全的施工设备，被广泛应用于煤矿巷道的掘进施工中。
制定科学合理的TBM施工计价标准对于推动煤矿巷道工程建设具有重要意义。
二、TBM施工计价标准的制定背景1. TBM施工计价标准的重要性TBM施工计价标准是指根据巷道工程中TBM施工的实际情况和成本构成，制定出一套科学合理的计价标准，以指导相关单位合理制定工程造价和费用结算，保障工程施工及收支公平合理。
2. 目前TBM施工计价标准存在的问题当前，我国煤矿巷道工程TBM施工计价标准尚未完善，存在着标准制定不科学、不合理、不适应实际需求等问题，导致TBM施工的工程造价难以准确测算，给工程管理和财务结算带来困难。
三、TBM施工计价标准的制定原则1. 合理性原则TBM施工计价标准应基于实际情况，兼顾施工效率、质量和成本构成，尊重市场规律，确保施工企业有合理的利润空间。
2. 透明公正原则TBM施工计价标准的制定应公开透明，符合法律法规，确保各方利益得到公平保障，避免出现不正当竞争和恶意压低施工价格的现象。
3. 稳定性原则TBM施工计价标准应具有一定的稳定性和长期适用性，能够适应工程建设的不同阶段和不同规模，保障工程的持续、稳定发展。
四、TBM施工计价标准的制定方法1. 了解TBM施工的特点制定TBM施工计价标准的第一步是充分了解TBM施工的特点，包括掘进速度、推进距离、岩石质量、设备功率等因素，以便为计价标准的制定提供基础数据。
2. 研究TBM施工的成本构成需要深入研究TBM施工的成本构成，包括设备投资成本、能耗成本、人工成本、材料成本、维护成本等，以便为计价标准的制定提供依据。
3. 参考国际经验和行业规范可以参考国际经验和行业规范，了解国外类似工程的计价标准制定方法和经验，结合国内实际情况，吸取借鉴，形成科学合理的TBM施工计价标准。
全断面岩巷掘进机(TBM)司机操作规程
全断面岩巷掘进机（TBM）司机操作规程（一）一般要求司机必须经过培训，熟知TBM集中控制系统、导向系统、视频监控系统、故障诊断预警及执行系统的“结构、性能、基本原理“，做到“会操作、会维护、会保养、会处理一般性故障”，并经考试合格并取得合格证后方可上岗操作。
（一）操作前的检查1.确保机器启动前刀盘，皮带机和其他所有运转部件周围没有人员。
与维护人员一起确认机器启动前所有部件和系统都处于非维修状态。
2.检查延伸水管、电缆、光缆、风管等连接正常；3.检查供电是否正常；4.检查循环水是否正常；5.检查皮带输送机、皮带是否正常；6.检查空压机运行是否正常；7.检查液压系统是否正常；8.检查齿轮油系统是否正常；9.检查油脂系统是否正常；10.检查水系统是否正常；11.检查撑紧系统是否正常；12.检查拖车轨道是否正常；13.检查出磴系统是否已准备就绪；14.检查全断面掘进机操作面版状态：15.检查刀盘系统是否正常；16.检查护盾系统是否正常；17.检查推进支撑系统是否正常；18.检查拖拉系统是否正常；19.检查导向系统是否工作正常；20.检查集控室上位机各系统监测数据是否正常，是否具备开机条件；21.若以上检查存在问题，首先处理或解决问题，然后再准备开机。
（三）开机和停机1.开机掘进1.l控制室，把刀盘联锁钥匙旋至远程位置，本地指示灯亮。
1.2检查水系统、润滑系统、液压系统、空气系统运行是否正常。
3旋转刀盘、推进、皮带机电位计为零。
1.4按下灯测试按钮IOS左右，提醒整机上施工人员TBM即将启动。
1.5确认撑靴已经伸出到位，撑紧压力达到预定值，若没有，按下述步骤操作。
按下撑靴伸出按钮，伸出按钮指示灯快速闪亮，直到撑紧到位指示灯由快速闪烁变为慢速闪烁，直到撑紧到位指示灯由慢速闪烁变为常亮，松开撑靴伸出按钮，此时撑靴撑紧到位。
1.6根据工况及需求决定是否伸出稳定器油缸。
1.7按下一键起停按钮设备按照顺序逐级启动。
隧道全断面岩石掘进机(TBM)法施工安全技术与风险控制
隧道全断面岩石掘进机（TBM）法施工安全技术与风险控制一、风险分析（1）在吊装作业前，钢丝绳死弯、吊钩连接松动以及限位器发生失灵状况且未及时检测维修，可能造成吊装作业中钢丝绳断裂、吊钩脱落等后果，从而造成起重伤害。
（2）机械设备运行和维护中，作业人员若防护不当，可能导致作业人员被运行中的机械绞、碰、切、割、戳，从而造成机械伤害；或在维护中被工具击伤造成机械伤害。
（3）通过软弱围岩、岩爆、小岩溶、膨胀岩、高瓦斯等特殊地段时，若施工指挥人员指挥不当、施工方案不完善或者工作人员操作不当，遇软弱围岩、膨胀岩等，可能发生围岩坍塌、透水、冒顶片帮等事故；遇高瓦斯等特殊地段，可能发生中毒和窒息、瓦斯爆炸等事故。
（4）施工过程中，机械的刀具、刀盘、主轴承等重要部件失效失灵，可能因刀具、刀盘碎裂而飞出伤人，主轴承断裂而造成机械伤害。
（5）施工运输指挥不当，信号和制动失灵，货车汽车超速、超载及机械故障等，可能会导致货车侧翻、机械损伤甚至导致车祸发生，造成车辆伤害。
（6）未配备消防器材或消防器材失效，可能导致在意外火情发生时无法及时处理，从而酿成火灾、人体被灼烫等事故。
（7）TBM作业人员未经过专业培训、考核合格并取得相应操作证后就上岗，因不具备专业技术可能导致掘进机在工作过程中出现操作失误，引起不必要的机械伤害。
（8）遇到软弱围岩地段时，未专门制定施工方案或施工方案未经专家审核合格就开始施工掘进，可能因施工方案的不足而导致施工过程中出现围岩压力不足而使隧道坍塌。
（9）TBM掘进时，针对不同地段的不同地质条件选择的掘进参数或掘进模式不合理，可能导致在掘进过程中机械运转不良，从而出现故障，或者掘进后隧道质量不能满足设计预期。
（10）TBM及后配套设备的保养和检修工作在机器停止操作前就进行的，可能导致检修工作人员在检修作业中被机械绞、碾、碰、割、戳、切伤或致死，造成机械伤害。
（11）隧道在贯通过程中，洞内外若联络不畅，可能导致在隧道贯通前后因无法互相获知准确位置消息与指挥信息而在贯通瞬间造成机械碰撞、围岩崩塌等事故，可能对工作人员造成机械伤害。
硬岩掘进机(TBM)
全断面硬岩掘进机第1节全断面硬岩掘进机概述1.1 全断面硬岩掘进机的定义和研究现状全断面硬岩掘进机（Full Face Rock Tunnel Boring Machine，以下简称TBM），TBM是集机械、电子、液压、激光、控制等技术于一体的高度机械化和自动化的大型隧道开挖衬砌成套设备，是一种由电动机（或电动机——液压马达）驱动刀盘旋转、液压缸推进，使刀盘在一定推力作用下贴紧岩石壁面，通过安装在刀盘上的刀具破碎岩石，使隧道断面一次成型的大型工程机械。
TBM施工具有自动化程度高、施工速度快、节约人力、安全经济、一次成型，不受外界气候影响，开挖时可以控制地面沉陷，减少对地面建筑物得影响，水下地下施工不影响水中地面交通等优点，是目前岩石隧道掘进最有发展潜力的机械设备。
如下图所示。
生产TBM最早的厂家是美国的罗宾斯（Robbins）公司。
罗宾斯公司于1951年由James Robbins创建，1952年James Robbins研制出世界第一套全断面掘进机而闻名于世界。
1956年，罗宾斯发明了硬岩掘进机用的盘形滚刀，使硬岩掘进机的研制实现了真正意义上的成功。
罗宾斯初期产品结构简单、作业快速灵活，经过50年得发展，罗宾斯公司已经成功研制出了应用于地质条件较好的中硬岩全断面岩石掘进机、硬岩全断面岩石掘进机和软岩全断面掘进机，适用于复杂地质条件的单护盾全断面岩石掘进机、双护盾全断面岩石掘进机和高性能能硬岩全断面岩石掘进机等。
另外还有美国的佳伐公司（Jarva Inc.）、德国的德马克公司（Mannesmann Demag AG）和维尔特（Wirth Maschinen-und BohrgeraetefabrikGmbH），四家公司是20世纪70~80年代的世界四大硬岩掘进机制造商。
现阶段生产TBM的较著名厂商有美国的罗宾斯公司（Robbins）、德国的维尔特（Wirth）和海瑞克公司（Herrenkneeht）等。
全断面隧道掘进机报告(郑州
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
盘形滚刀 皮带输送机 刀盘布置
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
盘形滚刀 皮带输送机 刀盘布置
CMC公司及中国水利水电四 局组成的万龙联营体承包。
1993年开始掘进至今，创造 最高月进尺1821.5m的掘进 记录。
3、我国主要TBM工程及技术应用
3.1TBM应用典例 云南那邦水电站TBM工
程，直径4.5m，长约10km。
采用开敞式TBM施工。
（4） 云南那邦
水电站 TBM工程
具有TBM施工作业面狭小 、特殊夹泥地质，环保要 求高、雨水多、通风难度 大等特点。
世界上可借鉴的大直径、长距离TBM施工 隧道的典例不多，同时存在技术保密和封 锁。我国工程市场份额巨大。
研究建立我国自主的TBM施工技术体系并 实现国产化意义重大。
2、TBM在长大隧道的地位与作用
21世纪是人类开发地下空间的世纪, 加速发展我国全断面隧道掘进机的研 发及产业化势在必行。
国务院国发[2006]8号文件《国务院关于 加快振兴装备制造业的若干意见》将“满足铁路、 水利工程，城市轨道建设项目的需要，加快全断 面岩石掘进机等大型施工机械的研制，掌握关键 设备制造技术”列入16项重大技术装备之一。
护盾式TBM主要进行以软弱围岩为主的长 大隧道施工，根据地质条件可分别选取单护 盾和双护盾TBM。
全断面（隧道）岩石掘进机 Hard Rock Tunnel Boring Machine-----TBM
开敞式掘进机
全断面岩石掘进机图
全断面岩石掘进机TBM课件
TBM电气与液压系统
电气系统组成
01
描述TBM电气系统的主要组成部分，如发电机、变压器、电动
机等。
液压系统原理
02
解释液压系统的工作原理，包括液压泵、液压缸、液压阀等核
心部件。
电气与液压系统的维护与故障排查
03
介绍如何对电气和液压系统进行日常维护，以及常见故障的排
查与处理方法。
03
TBM施工技术
度、刀盘转速等。
掘进过程监控
通过先进的传感器和监控系统， 实时监测TBM的掘进状态，确保
施工安全和效率。
地质预报与应对
利用地质预报技术，提前预测不 良地质情况，并采取相应的应对
措施。
TBM设备保养与维修技术
日常保养
定期对TBM设备进行清洁、润滑、紧固等日常保 养工作，确保设备良好运行。
故障诊断与排除
TBM施工技术准备
技术调研与评估
在施工前，应对工程地质 、水文地质等进行详细调 研，评估TBM施工的适用 性。
设备选型与配置
根据工程需求，选择合适 的TBM设备型号，并配置 相应的辅助设备。
施工人员培训
对施工人员进行TBM设备 操作、维护保养等方面的 培训，确保施工的顺利进 行。
TBM始发与接收技术
通过大数据分析和人工智能技术，对 TBM施工数据进行挖掘和优化，提高 施工效率和质量。
数字孪生技术
构建TBM设备和施工过程的数字孪生 模型，实现虚拟与现实的交互与优化 ，为TBM施工提供全新的管理和决策 支持。
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全断面岩石掘进机 TBM课件
目录
• TBM概述 • TBM结构与组成 • TBM施工技术 • TBM施工案例与风险控制 • TBM未来发展与展望
TBM及其洞内安装技术
塌严重，大部分时间消耗在初期支护和弃渣清理方面，此时
的重点任务是确保安全。本工程Ⅴ类围岩190m（1%），对工 程总工期影响较小，在极端情况下可考虑采用钻爆法处理后 再掘进通过。
六、TBM选型
根据各类型TBM的适用条件及前述岭南段地质条件，本 工程TBM主要是针对长距离高石英含量硬岩、以提高掘效率 为重点进行选型，因而采用敞开式TBM更经济、合理。 综合考虑国内国际TBM设备制造商生产能力及设备技术 水平，选择美国罗宾斯MB266-395型敞开式全断面隧道掘进
三、TBM施工优点
4、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。 5、环保：TBM施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小； TBM施工减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境， 有利于环境保护。 6、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，施工数据实时远传 功能，实现信息化施工。
设备，全套设备重达几千吨，最大部件重量达上百吨，拼装
长度最长达200多米。 5、设备购置及使用成本大：TBM施工需要高负荷的电力 保证、需要高素质的技术人员和管理队伍、前期购买设备的 费用较高，施工成本高。
五、TBM工作原理
通过一个短片来了解开敞式TBM工作原理。
六、TBM选型
1、TBM选型原则 ①根据工程特点选取合适类型的TBM。TBM按适用的工程 地质大致分为软岩TBM和硬岩TBM,不同生产商生产的同类的 TBM在结构上也有很大差别，各有优缺点，要根据工程特点 对照选型。
TBM详细介绍
秦岭隧道TBM
TBM 步入 出发 洞
Komatsu Hard Rock TBM
Disc Cutter (Back Loading Type)
Cutter Ring Cutter Hub Retainer Cutter head Bulkhead Cutter casing Bolt
图 10 刀圈破岩
破岩轨迹
图 12
石碴
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Inner Kelly和外凯机架Outer Kelly），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。
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。
TBM施工主要关键技术
（2）TBM施工组织管理技术 TBM施工时，掘进、出碴、支护、进料运输 等工序平行连续作业，系统性强，要求各环 节紧密配合，以TBM掘进作业为中心，其他配 套设施和系统要尽可能满足TBM掘进的需要， 与钻爆法施工在组织管理上具有完全不同的 技术特点，这给TBM施工组织管理技术提出了 挑战。 TBM 掘进平均机时利用率是衡量 TBM 施 工组织管理技术水平的主要指标，目前国际 水平在40%左右。
TBM类型及工作原理介绍
TBM类型及工作原理介绍TBM是一种集掘进、出碴、导向、支护和通风防尘等多功能为一体的大型高效隧道施工机械。
TBM的分类网络图详见图1。
以下就敞开式掘进机与护盾式掘进机进行详细比较分析。
1、敞开式掘进机（1）敞开式掘进介绍敞开式TBM主要适应于硬岩，能利用自身支撑机构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭矩的全断面岩石掘进机。
在施工对应较完整、有一定自稳性的围岩时，能充分发挥出优势，特别是在硬岩、中硬岩掘进中，强大的支撑系统为掘进机主机根据岩性不同可选择配置临时支护设备如钢架安装器、锚杆钻机、钢筋网安装机、超前钻、管棚钻机、喷混凝土机及注浆机等。
图3 敞开式掘进机图如遇有局部破碎带及松软夹层岩石，则掘进机可由所附带的超前钻及注浆设备，预先固结周边岩石，然后再开挖。
敞开式掘进机适合洞径在φ2～9m之间，最优选择φ3～8m。
（2）敞开式全面断面岩石掘进机工作原理1）盘形滚刀破岩机理在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，图4 刀具破岩原理示意图2）掘进机工作原理掘进机工作原理见图5。
掘进机支撑板撑紧洞壁以承受刀盘掘进时传来的反作用、反扭矩；刀盘旋转，推进液压缸推压刀盘，一组盘形滚刀切入岩石，在岩面上作同心圆轨迹滚动破岩，岩碴靠自重掉入洞底，由铲斗铲起，岩碴靠岩碴自重经溜槽落入皮带机出碴，这样连续掘进成洞。
图5 掘进机（Jarva27）结构示意图1－盘形滚刀；2－刀盘；3－扩刀孔；4－出碴皮带机；5－超前钻机；6－电动机；7－行星齿轮减速器；8－末级传动；9－推进液压缸；10－后下支承；12－操纵室；13－外机架；14－内机架；15－锚杆钻机；16－铲斗3）掘进机工作循环支撑式掘进机的工作循环，如图6。
①掘进行程图支撑板撑紧洞壁→前、后下支撑回缩→刀盘旋转→推进油缸推进刀盘。
②换步行程前、后下支撑落地→刀盘停止旋转→支撑板回缩→推进油缸拉回支撑及外机架。
全断面岩石掘进机
全断面岩石掘进机一、全断面掘进机简介全断面岩石隧道掘进机，简称隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，缩写为TBM），是一种用于圆形断面隧道、采用滚压式切削盘在全断面范围内破碎岩石，集破岩、装岩、转载、支护于一体的大型综合掘进机械，现已成为国外较长隧道开挖普遍采用的方法。
TBM具有驱动动力大、能在全断面上连续破岩、生产能力大、效率高、操作自动化程度高等特点，具有快速、一次性成洞、衬砌量少等优点。
1）掘进机的发展与应用全断面岩石隧道掘进机在国外的研究较早，我国始于20世纪60年代。
1966年我国生产出第一台φ3.4 m的掘进机；70年代试制出SJ55、SJ58、SJ64、EJ30等掘进机；80年代进入实用性阶段，研制出SJ58A、EJ50等多种机型，应用于河北引滦水利工程、青岛引黄水利工程、山西古交煤矿工程等，并开始从国外引进二手掘进机用于国内施工；到90年代，随着我国大型水利、交通隧道工程的出现，开始从欧美引进大型的先进掘进机和管理方法，如秦岭Ⅰ线铁路隧道，全长18.46 km，首次采用世界先进的Wirth TB880E型（德国产）敞开式硬岩掘进机，掘进直径8.8m，取得单头月进528 m的好成绩。
全断面岩石隧道掘进机利用圆形的刀盘破碎岩石，故又称刀盘式掘进机。
刀盘的直径多为3～10 m，其中，3～5 m的较适用于小型水利水电隧道工程和矿山巷道工程，5 m以上适应于大型的隧道工程。
国外生产的岩石掘进机直径较大，目前最大可达13.9 m。
全断面岩石隧道掘进机的基本功能是掘进、出渣、导向和支护，并配置有完成这些功能的机构。
除此之外还配备有后配套系统，如运渣运料、支护、供电、供水、排水、通风等系统设备，故总长度较大，一般为150～300 m。
2）掘进机的类型与结构全断面掘进机按掘进的方式分全断面一次掘进式（又称为一次成洞）和分次扩孔掘进式（又称为两次成洞）；按掘进机是否带有护壳分为敞开式和护盾式。
第二十九课时全断面岩石掘进机(TBM)施工概预算定额
二、全断面岩石掘进机（TBM）施工概预算定额根据水利工程系列定额特点，本定额也按工程性质来划分不同节，如TBM掘进、出渣、预制钢筋混凝土管片、管片止水、豆砾石回填及灌浆、钢拱架安装、钢筋网制作及安装、锚固剂锚杆、喷混凝土、TBM安装调试及拆除等。
以下是定额的框架结构介绍。
敞开式TBM掘进定额框架结构：同双护盾类似，但没有管片及豆砾石回填相关内容，而增加钢拱架安装、喷混凝土、钢筋网制作及安装、锚固剂锚杆等子目。
2、定额内容介绍下面具体介绍《水利工程概算补充定额（掘进机施工隧洞工程）》（水总[2007]118号）全断面岩石掘进机（TBM）施工概预算定额。
A、章说明（全断面岩石掘进机（TBM）施工部分）一、本章定额包括全断面岩石掘进机（以下简称TBM）施工、盾构施工和其他三大部分定额共26节。
其中TBM施工定额包括TBM安装调试及拆除、敞开式及双护盾TBM掘进、管片安装、豆砾石回填及灌浆、钢拱架安装、喷混凝土、钢筋网制作及安装、锚固剂锚杆、石渣运输、管片及灌浆材料运输、洞内混凝土运输等；其他定额包括钢筋混凝土管片预制、管片止水、管片嵌缝等。
二、本章定额适用于采用全断面掘进机施工的水利工程隧洞（平洞）工程。
三、本章定额的计量单位：开挖及出渣定额按自然方体积为计量单位，预制混凝土管片、灌浆等均按建筑物的成品实体方为计量单位。
四、工程量计算规则1. 开挖及出渣工程量按设计开挖断面面积乘洞长的几何体积计算。
2. 豆砾石回填及灌浆、豆砾石及灌浆材料运输工程量按设计开挖断面与管片外径之间所形成的几何体积计算。
五、定额使用说明1. 按隧洞开挖直径选用定额时，以整米数计算。
2. 定额中岩石单轴抗压强度均指饱和单轴抗压强度。
3. TBM和盾构掘进定额综合考虑了试掘进和正常掘进的工效，并且已含维修保养班组的工料机消耗，使用时不再增补和调整。
4. 以洞长划分子目的出渣定额已包含洞口至洞外卸渣点间的运输。
5. 管片运输定额包括洞外组车场至掘进机工作面间的管片运输。
TBM概述
中铁一局 王珣
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TBM的定义
掘进机的技术名称在我国过去很不统一,各行业 均冠以习惯称呼, 铁道和交通部门称之为隧道掘进机, 煤炭部门称之为巷道掘进机,水电部门又称为隧洞掘 进机。83年国家标准(GB4052-83)统一称为全断面 岩石掘进机(Full Face Rock Tunneling Boring Machine-TBM)简称掘进机或TBM.
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TBM与盾构的比较
掘进系统是类似的，都是采用刀盘机械破碎岩石或 土体。
走行系统类似，都是在位于基础上的轨道上走行， 不同的是盾构轨道安装在管片上，而TBM一般安装 在预制仰拱块上。
反力提供机理不同，TBM 依靠撑靴撑在隧道侧面上 提供反力，盾构机依靠反力架及管片提供反力。
衬砌施工方式不同，盾构采用预制管片加壁后注浆， TBM采用管棚、超前导管、锚杆、喷砼为初支，常 规方法施作二衬。
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TBM施工图片
大件运输
现场组装
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TBM施工图片
步进
洞内步进
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TBM施工图片
步进至出发洞
撑靴
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TBM施工图片
激光定向系统
TBM控制室
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TBM施工图片
锚杆钻机作业
喷射混凝土施工
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TBM施工图片
刀盘与掌子面
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TBM在铁路山岭隧道上的应用前景
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TBM主要制造商
美国罗宾斯
Robbins
德国海瑞克公司
德国威尔特公司
加拿大拉法特
盾构机与全断面掘进机(TBM)的区别
•
用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度 快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面 建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较 长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。 • 盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向 前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出 的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有 时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业 在护盾的掩护下进行。 • 盾构机施工主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆 三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面，也 是区别于硬岩掘进机或比硬岩掘进机复杂的主要方面。大多数硬岩岩 体稳定性较好，不存在开挖面稳定问题。 • 盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、 泥水式，土压平衡式盾构机等不同类型。泥水式盾构机是通过加压泥 水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密 封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥 浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平 衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开 挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使 泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀 盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。
• 掘进机是全断面开挖隧洞的专用设备(见彩图-臂式掘进机)。 它利用大直径转动刀盘上的刀具对岩石的挤压、滚切作用 来破碎岩石。美国罗宾斯公司在1952年开始生产第一台掘 进机。70年代以后，掘进机有了较快的发展。开挖直径范 围为1.8～11.5m。在中硬岩中,用掘进机开挖80～100 m3 大断面隧洞，平均掘进速度为每月350～400m。美国芝加 哥卫生管理区隧洞和蓄水库工程，在石灰岩中开挖直径 9.8m的隧洞，最高月进尺可达750m。美国奥索引水隧洞 直径3.09m,在页岩中开挖，最高月进尺达2088m。隧洞掘 进机开挖比钻爆法掘进速度快，用工少，施工安全，开挖 面平整，造价低，但机体庞大，运输不便，只能适用于长 洞的开挖，并且本机直径不能调整，对地质条件及岩性变 化的适应性差，使用有局限性。
TBM开挖与支护
土木1510姚家李
什么是TBM
TBM（Tunnel Boring Machine） 全断面隧道掘进机，也称为全断面掘进机；或全 断面（隧道）钻掘机，英文缩写为TBM，是专门 用在开凿隧道的大型机具。集钻、掘进、支护于 一体
TBM的大致分类
1.硬岩隧道掘进机：即在岩石中开挖隧道
TBM开挖的优势
1.效率极高
约为普通施工的5倍
2.安全、环保 有效防止岩爆 3.更容易解决通风难题 常规钻爆法施工量 6.能够获得早日启用形成的效益
TBM的缺点
1.地质适应性较差 2.不适宜中短距离隧道的施工 3.断面适应性较差
4.运输困难,对施工场地有特殊要求
5.设备购置及使用成本大
TBM的应用实例
泰晤士河火车隧道
日本青函隧道
.英法海底隧道
雪山隧道
TBM的开挖方式
利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩， 并通过内置传输带将土石运出
通常用这类TBM在稳定性良好、中～厚埋深、中～高 强度的岩层中掘进长大隧道。这类掘进机所面临的基本 问题是如何破岩，保持掘进的高效率和工程顺利。
2.软地层隧道掘进机：在松软地层中掘进隧道
通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本 均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。这类掘进机所 面临的基本问题是空洞、开挖掌子面的稳定、市区地表 沉降等。
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中国目前最长的公路隧道
秦岭终南山隧道：位于我国西部大通道内蒙古阿荣旗至广西北 海国道上西安至柞水段，在青岔至营盘间穿越秦岭，全长18.4公里， 技术标准为高速公路双洞四车道，行车速度为每小时80公里。 终南 山隧道2001年1月由国家发展计划委员会批准立项建设，设计工期 为67个月，总投资约25亿元人民币。与已建成的我国第一长隧道— —西安安康铁路秦岭隧道并行。 秦岭终南山特长公路隧道道路等级按高速公路设计。隧道横断 面高5米、宽10.5米，双车道各宽3.75米。上、下行线两条隧道间每 750米设紧急停车带一处、每500米设行车横通道一处、每250米设 人行横通道一处。 2007年1月20日建成通车。秦岭终南山公路隧道是我国自行设 计施工的高速公路特长隧道，堪称世界第二、亚洲第一，是世界上第 一个采用双洞单向行驶的特长隧道，双洞全长36.04公里，建设规模 居世界第一。
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《地下工程讲稿》
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铁路隧道使用情况
秦岭Ｉ线隧道。全长 18.456ｋｍ，采用TBM 法和 钻爆法施工，由铁道 部 1996年引进２台威尔特 (WIRTH)8.8m开敞式TBM，秦 岭北口TBM掘进长度为5.244 ｋｍ，秦岭南口TBM掘进长 度5.621km，TBM施工中， 1998年平均月进尺为252.36 ｍ，1999年平均月进尺为 290.64ｍ，最高月进尺为 528.48ｍ。
铁路隧道使用情况
桃花铺１号隧道 西安南京铁路桃花１号 隧道全7.234km,TBM掘 进长度为6.2km，由中 铁十八局采用8.8m 开 敞式TBM 施工（该TBM 曾施工秦岭Ｉ 线隧道 出口段）最高月进尺为 551.82m。
铁路隧道使用情况
磨沟岭隧道 磨沟岭隧道全长6114m， 软岩占隧道总长的70.5％, 于2002年11月完工。该隧道 由中铁隧道集团采用8.8m开 敞式TBM施工（该TBM曾施工 秦岭Ｉ线隧道进段）TBM掘 进长度为4.653ｋｍ，最高 月进尺为573.9m
TBM施工图片
大件运输
现场组装
TBM施工图片ຫໍສະໝຸດ 步进洞内步进TBM施工图片
步进至出发洞
撑靴
TBM施工图片
激光定向系统
TBM控制室
TBM施工图片
锚杆钻机作业
喷射混凝土施工
TBM施工图片
刀盘与掌子面
全断面岩石隧道掘进机
全断面岩石隧道掘进机：通常简称隧道掘进机 （Tunnel Boring Machine，缩写为TBM），是一种 用于圆形断面隧（巷）道、采用滚压式切削盘在全断 面范围内破碎岩石，集破岩、装岩、转载、支护于一 体的大型综合掘进机械，现已成为国外较长隧道开挖 普遍采用的方法。
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基本构造
敞开式TBM是山岭隧道施工的成套 设备，从结构上一般分为主机、连接桥、 后配套及附属设备 ，各部分分别由相应 的液压系统、电气系统、PLC （Programmable logic Controller 可编程 控制器 ）等控制完成相应的动作。
主机
由刀盘、刀盘护盾、内 外机架、后支承、通风管道、 推进油缸、钢拱架安装器、 锚杆或超前钻机、激光对准 装置,1#皮带桥、驱动电机、 离合器、变速箱、传动轴等 部件组成，完成掘进机的掘 进、换步、锚杆支护、钢拱 架支护及出碴等作业，是该 成套设备的核心。
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扩孔式TBM
当隧道断面过大时，会带来电能不足、运输困难、造价 过高等问题。在隧道断面较大、采用其它全断面掘进机一次 掘进技术经济效果不佳时就可采用扩孔式全断面掘进机。 扩孔式全断面掘进机是先采用小直径TBM先行在隧道中 心用导洞导通，再用扩孔机进行一次或两次扩孔。为保证掘 进机支撑有足够的撑紧力，导洞的最小直径为3.3m，扩孔 的孔径一般不超过导洞孔径的2.5倍。对于直径6m以上的隧 道，除在松软破碎的围岩中作业的护盾式掘进机外，设备制 造商比较主张先打φ4m左右的导洞，再用扩孔机扩孔。国 外在1970年施工的一条隧道，先用直径3.5m的掘进机开挖， 然后用扩挖机扩大到10.46m；另一隧道用的扩孔机直径为 4.5m，扩孔直径10.8m。
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隧道施工方案的选择
隧道的设计有单、双洞之分和断面大小之别。 根据掘进工作面的设置和推进方向，掘进方 式有单头单向掘进、双向对头掘进、多向多 头掘进等方案，对于矿山巷道，一般都是单 巷单头掘进。 根据断面的大小，掘进方式有全断面掘进机 一次掘进、分次扩孔掘进、机掘与钻爆混合 掘进等方案。
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Robbins
日本的三菱公司
中国最长的铁路隧道
中国最长的铁路隧道：乌鞘 岭特长隧道，全长20.05公 里，是兰新铁路兰武段（兰 州西至武威南）新增二线铁 路上的一座长隧道，06年8 月23日上午实现双线开通。 兰新铁路兰武段是中国铁路 网“八纵八横”中重要“一 横”——欧亚大陆桥通道的 组成部分，也是内地连接新 疆和甘肃河西地区的主要通 道。
掘进技术的发展
第三代 凿岩台车 第一代 钢钎大锤
第二代 手持风钻
第四代 TBM
TBM的起源
1856年，美国人查理士·威尔逊获得掘进机发 明专利。
1881年，波蒙特开发了压缩空气式TBM，并 成功应用于英吉利海峡隧道直径为2.1米的勘探 导坑。
TBM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
全断面岩石隧道掘进机利用圆形的刀盘破碎岩石， 故又称刀盘式掘进机。刀盘的直径多为3～10m，3～ 5m的较适用于小型水利水电隧道工程和矿山巷道工程， 5m以上适应于大型的隧道工程。国外生产的岩石掘进 机直径较大，目前最大可达13.9m。
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TBM外形图
基本功能有掘进、出渣、导向和支护，并配置有完成这些功能的 机构。还配备有如运渣运料、支护、供电、供水、排水、通风等 后配套系统，总长度较大，一般为150～300m。
附属设备
有10kV电缆、￠2200软风管、￠150进水管和水阀、出 碴运输设备、通风设备、翻车机，主要完成出碴、材料运输、 通风及翻车作业。
护盾式TBM
护盾式TBM按其护壳的数量分有单护盾、双护盾和三 护盾三种，我国以双护盾掘进机为多。双护盾为伸缩式， 以适应不同的地层，尤其适用于软岩且破碎、自稳性差或 地质条件复杂的隧道。 双护盾式掘进机没有主梁和后支撑，除了机头内的主 推进油缸外，还有辅助油缸。辅助推进油缸只在水平支撑 油缸不能撑紧洞壁进行掘进作业时使用，辅助油缸推进时 作用在管片上。护盾式掘进机只有水平支撑没有X型支撑。
掘进机主机的选择
隧道的长度和弯曲度
在3km以上长度的隧道中使用才具有较好的技术经济效果；隧 道长度大于6km时应尽量使用，长度大于10km且工程地质、水文 地质条件较适宜时应优先考虑采用。 全断面掘进机对隧道的曲线半径有一定要求，曲线半径一般要 求在200m以上，隧道的拐弯半径必须大于或等于所选机型所要求 的拐弯半径。
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敞开式TBM 敞开式TBM是一种用于中硬岩及硬岩隧道掘进的 机械。由于围岩比较好，掘进机的顶护盾后，洞壁岩 石可以裸露在外，故称敞开式。
敞开式TBM主要由三大部分组成：切削盘，切削盘支承与 主梁，支撑与推进。 切削盘支承和主梁是掘进机的总骨架，二者联为一体，为 所有其它部件提供安装位置；切削盘支承分顶部支承、侧支承、 垂直前支承，每侧的支承用液压缸定位；主梁为箱形结构，内 置出渣胶带机，两侧有液压、润滑、水气管路等。 支撑分主支撑和后支撑，主支撑分单T型支撑和双X型支撑。
第15章 全断面岩石掘进机 （TBM）
概述
在岩石中开凿矿山巷道或交通隧道时，除 采用常规的钻眼爆破法外，还可采用掘进机施 工。 掘进机：是指能够直接截割、破碎工作面 岩石，同时完成装载、转运岩石，并可调动行 走和进行喷雾除尘的功能，有的还具有支护功 能，以机械方式破岩的隧（巷）道掘进综合机 械。
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中国目前第二长的铁路隧道
西(安)(安)康铁路秦岭隧道： 位于西（安）（安）康 铁路青岔车站和营盘车站之间，由两座基本平行的单线隧 道组成，两线间距为30米，其中Ⅰ线隧道全长18460米； Ⅱ线隧道全长18456米，居当时世界山岭隧道第6位、亚 洲第2位。 秦岭隧道Ⅰ、Ⅱ线均为单线电气化铁路隧道，Ⅰ线(左 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。Ⅱ线隧道(右线)，采用新奥法施工，初期支护 为锚喷，二次支护为马蹄型带仰拱的模筑混凝土复合衬砌。 隧道于1995年1月18日正式开工，1999年9月6日全 部贯通，2000年8月18日西康铁路开通运营。
全断面岩石掘进机
全断面岩石掘进机：主要适用于直径一般为 2.5～10m的全岩隧（巷）道，岩石的单轴抗压 强度可达50～350MPa；可一次截割出所需断 面，且形状多为圆形，主要用于工程涵洞和隧 道的岩石掘进。
3
TBM的定义
TBM的技术名称在我国过去很不统一,各行业均冠以 习惯称呼, 铁道和交通部门称之为隧道掘进机,矿山部 门称之为巷道掘进机,水电部门又称为隧洞掘进机。 83年国家标准(GB4052-83)统一称为全断面岩石掘 进机(Full Face Rock Tunneling Boring Machine-TBM)简称掘进机或TBM. TBM定义:一种靠旋转并推进刀盘,通过盘形滚刀破碎 岩石而使隧洞全断面一次成形的机器。
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敞开式TBM
Robbinsφ8.0m型敞开式全断面掘进机
1-顶部支承；2-顶部侧支承；3-主机架；4-推进油缸；5-主支撑架；6-TＢM主机 架后部；7-通风管；8-皮带输送机； 9-后支承带靴；10-主支撑靴；11-刀盘主驱 动；12-左右侧支承；13-垂直前支承；14-刀盘；15-锚杆钻；16-探测孔凿岩机
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扩孔式TBM
（a）导洞掘进机；
（b）Wirth 扩孔机主机部分