TBM掘进机施工技术的详细介绍

TBM掘进机施工技术的详细介绍(2007-04-06 18:33:23)转载1.TBM掘进机施工环节TBM是英文“Tunnel Boring Machine”的缩写，中文意思是隧洞掘进机。

它具有快速、安全、高效的显著特点。

掘进机在我国甘肃引大入秦和山西万家寨引黄入晋等隧洞工程中相继应用，获得了很大效益。

掘进机虽然技术先进，但是，只有完全掌握这项技术，对隧洞施工全过程中的每一个环节进行严格把关，才能真正保证掘进机隧洞施工质量。

1.1地质勘察地质条件是影响掘进机隧洞施工质量的重要因素，也是掘进机选型的重要依据。

地质勘察成果资料要求全面、真实、准确。

1.2掘进机选型根据支护形式分为三种机型，分别适用于不同的地质条件。

①敞开式，常用于纯质岩。

②双护盾，常用于混合地层。

③单护盾，常用于劣质地层及地下水位较高的地层。

根据刀盘直径大小分为13种机械：2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、11m、12m、13m、14m。

在掘进机上安装一些特殊设备，可以避免和消除地质条件变化对隧洞施工质量的影响。

如采用超前探钻、环形管片安装器、岩石锚固装置及易爆气体检测装置等。

1.3掘进机工作人员掘进机工作人员的素质和技术水平直接影响着隧洞施工质量，只有高素质和高水平的工作人员才能保证高质量的隧洞施工。

1.4掘进机检修和维护加强掘进机检修和维护，保证掘进机良好运行。

这对保证施工质量和延长掘进机寿命非常重要。

①边刀即位于刀盘周边的刀具，隧洞洞径由边刀尺寸决定。

在掘进过程中刀具磨损特别是边刀磨损非常严重，因此加强刀具磨损检查和更换新刀具对于保证洞径非常重要。

为了延长刀具使用寿命，磨损的边刀也可以用作面刀即位于刀盘面部的刀具再次使用，一般边刀最大允许磨损量约等于面刀最大允许磨损量的1/2。

当边刀达到其磨损极限时，应更换新刀具。

②主轴承，即与刀盘连接并驱动刀盘旋转的大型轴承，掘进机总进尺主要由主轴承使用寿命决定。

在掘进机检修期间，损坏的主轴承由于受到隧洞狭小空间的限制，难以拆除和更新安装，因此根据隧洞长度选用主轴承型号，加强对主轴承维护。

③激光导向仪，隧洞轴线主要由激光导向仪控制，为此应加强仪器检查和校核，保证仪器精度和洞轴线在允许偏差范围之内。

1.5预制管片制作和安装1 预制管片制作①采用先进的生产工艺。

②加强预制管片原材料、每一道工序及成品质量检验。

③加强预制管片生产模具质量检验，保证模具不变形、不扭曲。

2 预制管片安装①采用先进的安装工艺。

②采用环形管片安装器安装管片。

顺序：先安装底部，后安装两侧，最后安装顶部。

③管片安装时要采取保护措施，保证管片不被挤裂、棱角不受损坏。

④管片安装要做到定位准确及管片间接缝严密。

1.6隧洞施工质量监督1 隧洞施工质量监督贯穿于隧洞施工全过程，对保证隧洞施工质量和消除质量隐患起非常重要的作用。

2 隧洞施工质量重点检查内容：①隧洞直径、轴线、坡度、进尺等重要指标②掘进机性能和运行状况；③预制管片制作和安装质量。

摘自《提高TBM掘进机施工质量的几个环节（卜武华）》2.TBM掘进机生产厂家杭州大力机械技术工程有限公司：全断面硬岩掘进机主要用于我国水电水利引输水隧洞的快速开挖，还可用于铁道、交通、地铁、市政等工程建设。

与钻爆法相比，掘进施工具有高速、优质、安全、经济四大优点，是当今隧道开挖中首选方法。

由我公司研制成功我国第一台SJ34掘进机，曾获1978年国家重大科技成果奖。

我公司还研制了SJ40/45、SJ58等掘进机用于福建、贵州、河北等水电工地。

我公司还参与了美国Robbins公司φ10.8m、φ4.9m 掘进机，德国Wirth公司φ8.8m 掘进机的制造安装工作，与他们建立了良好的合作关系。

由中国第二重型机械集团公司和美国Robbins公司合作的新一代ø3.65m双护盾掘进机在四川德阳二重集团公司内制造完工，于2003年2月26日举行了现场演示会。

中国岩石力学与工程学会理事长钱七虎院士、顾问傅冰骏研究员、中国重型机械协会汪建业理事长、四川省的有关领导和有关隧道设计、施工、高校等单位参加了演示会。

该掘进机的研制成功是我国重大装备制造业取得的一项重要成果。

这台ø3.65m双护盾掘进机为新一代全断面掘进机，是集机械、电气、液压、自动控制于一体的用于地下隧道工程开挖的智能化大型成套施工设备，用于昆明掌鸠河一22km长的引水隧洞施工。

该机额定推力为7000KN，最大推力为10000KN，刀盘额定功率5×260KN，力矩为1000KN"m，转速为6/12r/min，换步行程为1.1m，主机长度为12m，整机总长度为178m。

由于该机直径小，所以拥有的内部空间也小，在设计上采用了许多不同于常规的结构措施，如主推进缸一般是V形布置，直接可通过推进缸的不同伸缩调向，而该机只好采用直列布置，另加扭力臂和扭力缸来调向；该机根据轴向受力情况，主轴采用了非对称圆锥滚子轴承，最大限度地发挥了轴承的能力。

该机为适应西南地区地质不确定性大，破碎地带会较多等特点，采取了许多特殊的设计，如脱困力矩和脱困难推进力都特大，用于脱困的辅助推进缸的液压系统压力最高可达50Mpa，这些充分体现了新一代掘进机地质适应能力更强的特点。

通过此次合作，使二重集团公司掘进机技术水平得到了很大提高，在掘进机制造本土化道路上迈出了坚实的一步，为降低价格打下了基础。

3. TBM掘进机施工经验3.1万家寨引黄工程万家寨引黄工程采用了具有世界先进水平的TBM 岩石隧洞掘进机进行主隧道的开掘。

用该机掘进，它的掘进速度，可达到人工钻爆掘进的数十倍。

TBM掘进机现场组装。

3.2推广应用隧道掘进机，促进我国地下空间开发一、国际发展态势人口爆炸、土地退化、资源短缺、环境脆弱，当前人类赖以生存的地球表面已不堪重负。

根据联合国粮农组织的报告，由于土地退化，如今全世界每年失去的耕地面积相当于爱尔兰国土。

全球发展中国家每年有2000～3000万人离开农村到城市去，到2025年发展中国家城市人口增长将是1950年的16倍。

由于人口增长太快，可利用的资源和能源日益短缺，环境急剧恶化，已使不少大城市变成“雾都”。

在这种日趋严峻的情况下，世界各国除采取综合性的政治、经济措施外，都日益重视地下空间的开发利用。

人们普遍认为：“19世纪是桥梁的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪则是地下空间的世纪”。

号召人们“往深处想”（Think Deep），把地下空间当成一种新型的国土资源，并在总体上称之为：“地下产业”（Underground Industry）。

地下产业的主要优点在于：1．大量节约土地；2．有利于环境保护；3．有利于生态平衡；4．节约能源；5．抗震性能及防护性能好；6．运行费用较低。

科学家预测，到21世纪末，将有1/3的人口穴居地下。

在岩土工程领域，随着地下电站，地下城市，地下铁道，海峡隧道，越江隧道，石油、天然气地下储存、运输，以及国防工程的发展，人们越来越多地把研究重点转向地下。

在地下空间的开发利用中，优先采用全断面隧道掘进机(TBM)进行快速施工已成为总的发展趋势。

不同于常规钻爆法(俗称“打眼放炮”)，近代掘进机技术的最大特点是广泛使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态。

在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4—10倍。

最佳日进尺可达150m。

此外，还有优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护的优点。

因此掘进机技术自50年代中期进行工业化生产以来，日益受到人们的重视，已广泛应用于各国的能源、交通、城建、国防等部门的地下工程建设。

在一些发达国家，不少单位都明确规定，对于3km以上的隧道，必须用掘进机施工。

国际上近年来成功地使用掘进机开挖隧道的实例是英吉利海峡工程（English Channel Project）和日本东京湾高速公路工程。

英吉利海峡工程由三条平行排列的隧道组成，每条长约50.4km，海底掘进37.88km，地层为白垩纪泥灰岩。

使用了11台掘进机，在三年内完成了任务。

其中1台Robbins公司生产的φ=8.36m的掘进机，创造了当时最佳月成洞1719.1m的世界记录。

日本东京湾高速公路工程，跨越东京湾，把东京都与千页县连在一起。

该工程包括两条长约10km的海底隧道，一座5km长的桥梁和两个人工岛，全长15.1km。

海底隧道直径为13.9m。

断面积约152m2，建于海面以下约20m深的软岩中，采用8台泥浆掘进机开挖，直径为14.14m。

该工程已于1997年底完工。

在建的著名工程有：1．南非莱索托（Lesotho Project）是当今在建规模最大的南水北调工程，包括总长约200km 的4条引水隧洞和2条输水隧洞，6座坝，2座电站等水工建筑物，工程自80年代末开始动工，总工期计划为30多年。

2．瑞士Gotthard铁路隧道工程，全长57km，最大覆盖厚度为2500m，存在涌水、高温、高地应力等一系列复杂的地质问题。

3．法国里昂（Lyon）至意大利都灵(Turin)铁路隧道工程，全长54km，最大覆盖厚度超过2000m，地质情况与Gotthard隧道相似。

拟建的著名工程有：1．直布罗陀海峡（Strait of Gibraltar）海底隧道工程。

直布罗陀海峡是欧洲与非洲两大陆相距最近之处，是地中海通向大西洋的唯一天然航道。

1997年西班牙和摩洛哥政府共同批准了海底隧道工程计划，并设立了专门机构从事勘测设计。

隧道全长60km。

2．白令海峡（Strait of Bering）海底隧道工程，全长90km，把美洲的阿拉斯加和亚洲的西伯利亚连接起来，隧道将在地下60m深处开挖，预计耗资370亿美元。

这一计划是由美国、俄罗斯和加拿大共同提出的。

随着科学技术的不断进步，掘进机的类型和使用范围也不断扩大。

微型掘进机的直径一般为25～200cm，巨型的可达15m。

从松散软土、淤泥，到极坚硬的岩石(抗压强度350～450 Mpa)都可应用。

既能在岩石中掘进、又能在软土掘进的复合型掘进机也发展很快。

由于掘进机有诸多优势，因此在国际上有“移动式掘进工厂”之称。

近年来，掘进机向断面多样化，多工作面方向发展，如已研制成功矩形的、椭圆形的、双圆形的、三圆形的掘进机，在开挖地铁车站、铁路隧道、水工隧洞等地下工程中发挥了重要作用。

掘进机的不足之处，在于对地质条件的适应程度不如钻爆法。

体积、重量太大，不够灵活机动。

此外，对操作人员的素质要求较高，在短期内投资较大，也常常限制了它的推广应用。

因此，目前不少国家采用因地制宜的办法，对隧道主体采用掘进机开挖，其余部分采用常规钻爆法；或先用掘进机挖导洞，然后再进行扩挖。

20世纪80年代以来，微型掘进机技术在一些发达国家普遍得到应用。