硬岩掘进机(TBM)
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及后配套系统描述
TBM及后配套系统描述概述本建议书提供的是大直径的隧道掘进的罗宾斯高性能硬岩掘进机、及其后配套系统、出碴系统、通风系统以及现场服务。
所提供的掘进机及其后配套系统配备有必需的围岩支护设备。
对于出碴系统，建议采用连续皮带运输机系统。
T BM/掘进机有关掘进机的详细情况将在第3.0 章中介绍。
掘进机的刀盘由10 台330kW 的电动机驱动，即刀盘的驱动总功率是3300Kw，变频驱动以适应各种围岩等级的地质条件。
此掘进机的主轴承是重型的三列式轴承，这是一款经实际使用证明有效的轴承，曾用在许多罗宾斯公司的高性能掘进机上。
此掘进机适用于前装/后装式的罗宾斯刀盘。
罗宾斯的高性能的508 毫米（20″）（备选19″）楔块式滚刀技术将被应用到引汉济渭引水项目。
基于我们对刀具消耗全面的论证计算，我们确信提供20″寸刀具是在充分的考虑到节省费用，减少刀具更换，减少停工期以及确保机器的保留能力能在隧道的掘进深处遭遇到在或超过本工程预计的硬岩或者特别硬的岩石掘进。
TBM 机头架配备McNally 系统，及投机后面有一支护平台用于支承环形梁(钢瓦片)安装机、岩心钻机（备选配置），岩石锚杆钻机、钢丝网安装机构，超前探测/注浆钻机（备选配置）和手动混凝土喷射装置（备选配置），其它设备主要有：环形梁安装机、L1 和L2 区分别布置两台洞顶锚杆钻机、超前探测/注浆钻机（备选配置）、钢丝网安装机构、数据记录/监测系统、高压变压器（在后配套上）、导向系统、通讯系统、排水系统、除尘系统（在后配套上）和水喷雾系统等。
后续的滚刀供应也作为选配件提供。
1.0 简介1.1 建议书的目标本建议书推荐采用敞开式的、高性能的硬岩掘进机。
一些需要采用的、特定的围岩支护措施和相关设备，以及适用的后配套和连续皮带机出碴系统在本建议书将给予介绍。
罗宾斯建议采用敞开式的、主大梁的高性能掘进机、后配套、连续皮带机出碴系统。
所有设备都由罗宾斯公司提供，将可以采用同样的操作系统、同一类设计思想、同样的元部件。
最新TBM和盾构的区别
T B M和盾构的区别1.适用的工程不一样，TBM用于硬岩，盾构机用于土层的挖掘。
2.两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。
3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。
4.工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城市地铁，及小型管道。
其实 TBM和盾构除了这些本质的差别外，笼统的来说，都是一样，都是隧道全断面掘进。
只是不同的工作环境应用不用的机械罢了。
全断面掘进机（TBM）和土上的盾构机（如泥水加压盾构）还是有很大区别的。
因为毕竟两者的工作环境不一样，造成两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。
而且前者也远比后者复杂TBM与盾构机在价格方面有很大不同；适应的工作环境不一样；施工进度两者有很大差异。
TBM主要用于在岩石中开挖,而盾构机主要用于在土层中开挖TBM英文原文: Tunnel Boring Machine中文即：隧道掘进机(1)在岩石中开挖隧道的TBM：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)在松软地层中掘进隧道的TBM：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。
对于全断面隧道掘进机，目前在国内有两种提法，其一是岩石掘进机（TBM），其二是盾构机。
TBM就是适合硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。
这种说法有些言不符实，因为现在许多硬岩TBM也采用盾构技术，而TBM本来就是隧道掘进机的意思。
鉴于学术及现实中称法混乱，造成许多麻烦，所以本文建议国内采用统一称法，采用“硬岩TBM”和“软岩TBM”两种来规范（下文就采用此用法）。
其中硬岩TBM又可分为敞开式TBM、护盾式TBM。
硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，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；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。
硬岩掘进机 工作原理
硬岩掘进机工作原理TBM(tunnel boring machine)隧道掘进机是一种靠刀盘旋转破岩推进，隧道支护与出碴同时进行，并使隧道全面段一次成形的大型机械。
国际上所讲的TBM，既包括用于软土地层的盾构隧道掘进机，又包括用于岩石地层的硬岩隧道掘进机；但在中国和日本，习惯上盾构特指用于软土地层的隧道掘进机，TBM特指用于岩石地层的隧道掘进机。
TBM是指全断面岩石隧道掘进机，它与盾构的主要区别就是不具备维护掌子面稳定的功能，而盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成。
当然随着双模式掘进机的发展，在复杂地质条件下，集TBM和盾构双重功能于一体，如具备硬岩TBM模式与土压平衡模式的双模式掘进机、具备硬岩TBM模式与泥水平衡模式的双模式掘进机。
国产大直径(9.03m)TBMTBM具有掘进、出碴、导向、支护四大基本功能，对于复杂地层，还配备超前地质预报设备。
掘进功能主要由刀盘旋转带动滚刀在开挖面破岩以及为TBM提供动力的扭矩系统和推进系统完成；出碴功能一般分为导碴、铲碴、溜碴、运碴四部分；导向功能主要包括确定方向、调整方向、调整偏转；支护功能分为掘进前未开挖的地层预处理、开挖后洞壁的局部支护以及全部洞壁的衬砌；超前地质预报系统一般由超前钻机和自带的物探系统组成。
现场组装好的TBM，大约200多米长现代的TBM采用了机械、电气和液压等诸多领域的高科技成果，运用计算机控制、闭路电视监视、工厂化作业，是集掘进、出碴、支护、运输于一体的成套设备。
采用TBM施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的钻爆法施工有了质的飞跃。
但当TBM遇到不良地质条件时适应性差，不如传统钻爆法施工灵活，且前期一次性投入费用较大，对施工人员素质要求高。
全断面掘进机用于硬质岩巷道以及软质土层施工。
全断面掘进机基本工作原理是，前面的圆形刀盘在千斤顶的推动下旋转并向前推进，圆柱体的钢组件（即护盾）对挖掘的隧洞起临时支撑作用，挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行；盾体后方传送带运输挖下的土壤、岩石和砂砾，先进入土仓并被阶段性传送到井口。
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。
浅析硬岩隧道掘进机（TBM）空推施工技术要点
浅析硬岩隧道掘进机（TBM）空推施工技术要点摘要：广东省深圳市城市轨道交通六号线二期TBM段始发井位于翰林站北端头大里程段终于梅林关站，隧道区间处于中、微风化花岗岩中。
硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，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40m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。
特别是高效快速可使工程提前完工，提前创造价值，对我国的现代化建设有很重要的意义。
关键词：硬岩；TBM；掘进TBM也称全断面隧道掘进机，它具有掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工。
深圳市城市轨道交通六号线二期TBM段在缓和曲线始发，纵断面处于2.8%上坡曲线，隧道埋深12-137m，隧道主要穿越微风化岩层，采用1.5m厚400mm管片。
1、工程基本概况梅～翰区间全长约2311m，其中矿山段193.906m，TBM工作段1965m，TBM空推段153.229m。
梅林关站～翰林站区间TBM始发井位于翰林站北端头大里程段，先以单洞单线断面下穿2000×2000mm雨水管、梅东四路、皇岗彩田立交桩基后，上跨深圳地铁10号线孖雅区间、侧穿新彩隧道、下穿厦深铁路、上跨东江饮水干道、下穿南坪快速路，之后与出入线以单洞双线穿行小山包后到达梅林关。
区间平面线路最小曲线半径为450m；纵断面为一字坡，最大纵坡为28‰。
2、TBM基本特征2.1工作原理双护盾TBM，又称为伸缩式TBM。
具有主推和辅推两套推进系统，可实现掘进的同时完成拼装管片作业，大大提高施工效率。
此外，因为具备两套推进系统，该机型即可适用软岩地层（单护盾模式），又可适用硬岩地层（双护盾模式），具有广泛的地质适应性。
TBM是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外。
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。
隧道掘进机(TBM)设计与参数选择
浅谈隧道掘进机（TBM）设计与参数选择摘要：撑靴式掘进机是用于硬岩隧道项目中中等到硬的强岩层中进行隧道开挖的隧道掘进机（tbm：tunnel boring machine），本文以巴基斯坦n-j项目为实例，就海瑞克公司tbm设备掘进系统的设计、基本技术参数的确定等做简要介绍。
关键词：tbm；设计；参数1、工程概况巴基斯坦n-j项目为长隧洞引水式水电站，该工程在neelum河上建拦水坝和取水口，开挖一条穿过jhelum河的引水隧洞，利用其间河水天然落差发电。
引水隧洞总长28.6km（单线洞和双线洞交错布置），共设置5条施工支洞（分别为a1～a5），其中a1、a2支洞间的引水隧洞长13，577m，在此段引水隧洞采用tbm进行掘进施工。
tbm施工段为双线洞，采用两台tbm自下向上逆坡掘进，单台tbm掘进长度约为11.5km，左侧洞设计纵坡为0.7787%，右侧洞设计纵坡为0.007875%，设计开挖直径为8.5m。
tbm施工段沿线地质条件复杂，具有埋深大（300m-2000m之间）、洞线长的特点，存在高压外水、泥页岩遇水软化及膨胀、高埋深洞段大收敛变形、涌（突）水、围岩稳定性差及隧洞穿越断层破碎带等主要工程地质问题。
根据勘测资料，q1围岩占0%，q2围岩占8%，q3围岩占40%，q4围岩占43%，q5围岩占9%；地质条件较差，因此tbm选型除要满足长距离快速掘进的需要，同时要求tbm具有在该地层段很强的施工能力。
2、tbm 掘进系统的设计tbm 掘进系统主要包括主机系统、撑靴系统、推进系统、出渣系统（皮带机系统）以及后配套系统等多个系统构成，这些系统的设计要相互匹配，才能最大限度的满足施工安全，并发挥tbm的挖掘效率，因此对tbm系统的设计尤其重要。
（1）tbm主机系统：1）刀盘：刀盘设计分成中心块和四个边块，便于运输和组装。
通过刮渣斗的设计来限制石渣进入运渣系统的量，从而防止堵塞。
刀盘上负有高荷载刀具，在本工程设计中，地质为山体硬岩，均采用标准17双刃滚刀。
硬岩tbm装备掘进过程中总推力的计算方法
硬岩tbm装备掘进过程中总推力的计算方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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敞开式和护盾式TBM的区别
敞开式和护盾式TBM的区别
一、TBM的名称含义
TBM是指全断面隧道掘进机的英文缩写，（Tunne1隧道,Boring掘进，Machine机器），在国内将用于岩石地层的简称为硬岩TBM,用于软土地层的称为盾构机。
二、敞开式和护盾式TBM的区别
煤矿井下根据现场生产实际需要，煤矿井下专用设备分为敞开式TBM和护盾式TBM。
护盾式TBM是将主机推进系统全部包裹在护盾体里面，护盾较长，护盾加刀盘一般均在6-7米（图例1）；敞开式TBM 是将主机推进系统裸露在外，护盾短，护盾加刀盘仅仅2-3米（图例2）o
图例1高家堡第二套ZTT4530护盾式TBM
图例2胡家河ZTT6530敞开式TBM
三、敞开式TBM
中铁建生产的敞开式TBM在国内仅有5套，可可盖煤矿配套使用两套ZTT7010敞开式TBM,高家堡第一套ZTT6530敞开式TBM,高家堡第三套ZTT4530敞开式TBM,胡家河ZTT6530敞开式TBM o
最后两套TBM（高家堡第三套ZTT6330敞开式TBM和胡家河ZTT6530）均采用主梁下沉式结构，设备总长度60-65米。
前面三套TBM设备均采用主梁正置式结构，后配套设备较多,设备总长度120-165米。
tbm名词解释
tbm名词解释
掘进机法是挖掘隧道、巷道及其它地下空间的一种方法。
简称TBM(tunnelboringmanchine）法，是用特制的大型切削设备，将岩石剪切挤压破碎，然后，通过配套的运输设备将碎石运出。
分为：全断面掘进机的开挖施工，独臂钻的开挖施工，天井钻的开挖施工，带盾构的TBM掘进法。
掘进机是全断面开挖隧洞的专用设备(见彩图)。
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80～100m3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的名词解释
tbm的名词解释随着城市化进程的不断加速，地下工程在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
而在地下工程中，TBM（全称为Tunnel Boring Machine，中文为隧道掘进机）作为一种高效、快速、安全的工具，被广泛应用于隧道的建设。
一、TBM的定义和构造TBM是一种用于开挖地下隧道的机器设备，由车体、刀盘、推进系统、托盘、润滑系统、气动系统和电控系统等部分组成。
TBM通过旋转刀盘上的刀具，将地下岩石和土壤切割成碎片，并通过推进系统将碎片从隧道尾部输送出来。
同时，TBM车体上的托盘可以快速安装衬砌，以加固隧道并保证施工的安全。
二、TBM的工作原理TBM的工作原理可概括为刀盘切削和推进系统两个过程。
首先，刀盘上的刀具通过旋转高速切削地下岩石和土壤，然后通过推进系统将切削下来的碎石和土壤输送至隧道尾部。
在推进过程中，TBM车体上的托盘将隧道衬砌材料快速安装在隧道内壁上。
这样，TBM一边切削，一边推进，实现了高效、连续的隧道掘进工作。
三、TBM的种类和应用领域目前，根据不同的工程需求和地质条件，市场上存在多种类型的TBM。
常见的TBM主要包括盾构机、硬岩TBM和软土TBM等。
1. 盾构机（Shield TBM）：在城市地下工程中，尤其是地铁隧道的建设中，盾构机得到了广泛应用。
盾构机主要适用于软土、河床沉积物和老旧地层等地质条件，具有掘进速度快、施工安全、环境影响小等优点。
2. 硬岩TBM（Hard Rock TBM）：硬岩TBM主要用于掘进地质条件较为坚硬的岩石，如花岗岩、石灰岩等。
硬岩TBM的刀具通常由硬质合金制成，能够耐受高硬度岩石的切削。
3. 软土TBM（Soft Ground TBM）：软土TBM适用于软土地质条件下的掘进工作。
软土TBM通常采用压力平衡控制技术，通过控制膨胀式托盘的压力来平衡隧道内外的地下水压力，确保掘进的稳定性。
除了在地铁隧道建设中的广泛应用，TBM也在其他一些领域发挥着重要作用。
硬岩掘进机法(TBM法)施工
硬岩掘进机法（TBM法）施工一、掘进机施工的特点掘进机法是利用岩石隧道掘进机在岩石地层挖掘隧道的一种施工方法。
隧道掘进机是一种集掘进、出渣、支护和通风、防尘等多功能为一体的高效隧道施工机械，简称掘进机（TBM），如图8-1所示。
图8-1 掘进机实践证明：当隧道长度与直径之比大于600时，采用掘进机进行隧道施工比较经济。
与钻爆法相比，掘进机法虽然投资多，但具有施工快速、优质、安全、经济、环保等突出优点。
采用掘进机施工时，应明确地质条件及必要预处理措施。
隧道长度应在6～7km以上，围岩的单轴抗压强度在50～200MPa之间。
从地层岩性条件来看，掘进机一般只适用于圆形断面隧道，隧道开挖直径在3～12m之间，一次性连续开挖隧道长度不宜短于6km，6～15km比较经济。
掘进机适用于中硬岩层。
岩层的地质情况对掘进机进尺影响很大，应尽量避免复杂地层，或需要增加较多辅助设备才能处理的不良地质段。
掘进机属大型专用设备，重达几千吨，拼装长度可达200多米，洞外配套设施多，所以，对施工场地和运输方案都有很高的要求。
二、掘进机施工要点及注意事项1.影响掘进效率的主要地质因素岩石的单轴抗压强度是影响掘进效率的关键因素之一。
岩石的硬度和耐磨性越高，刀具消耗和施工成本就越高，造成停机换刀次数增加，影响掘进速度。
岩体的裂隙化程度或岩体的完整程度与掘进效率也有很大的关系。
掘进机法通常用于围岩稳定隧道的开挖。
软弱围岩用掘进机施工时支护量大，并限制了撑靴的支撑能力，影响掘进进度。
影响TBM隧道施工的问题，通常是由开挖通过地层的物理性质及岩土的不均匀性引起的。
对于全断面、机械化开挖，由于这种开挖方式很不灵活，所以研究开挖岩体的不均匀性非常重要。
TBM施工通过诸如：软弱地层、断层破碎带、岩爆、涌水、围岩变形、剥落与坍塌及古暗河道等困难地层时，应采取一系列应对措施。
（1）岩体地应力问题。
地应力和岩爆关系密切。
对于深埋隧道，如果围岩为浅变质砂板岩、花岗岩、花岗闪长岩等坚硬脆性岩体，则发生岩爆的可能性较大。
硬岩掘进机(TBM)的动力学分析与振动控制
硬岩掘进机（TBM）的动力学分析与振动控制摘要：硬岩掘进机（TBM）是隧道掘进的主要设备，广泛应用于铁路、公路、水利、市政建设等。
TBM 推进系统机械结构主要包括刀盘、主梁、后支撑、鞍架和撑靴等。
TBM用刀盘转动技术以实现破岩掘进，排渣的同时进行隧道支护，使隧道全断面一次成型。
在TBM作业中，滚刀引起的岩石破碎的强烈冲击会引起推进系统的剧烈振动，严重影响了工作的正常进行。
传统的动力吸振器必须有足够的附加质量才能达到良好的减振效果，但是TBM系统质量庞大安装空间有限，减振器的附加质量难以大幅度提高。
因此本文提出应用杠杆机构来实现放大吸振器的附加质量的方案，并设计了适用于 TBM 推进系统的动力吸振器。
关键词：硬岩掘进机；动力学；振动特性；动力吸振器；优化一、TBM的发展现状1846年开始就出现了第一台简单的硬岩掘进机，从而开始了隧道掘进机机械化的探究。
到1851年一个美国的工程师设计出了世界第一台可以连续工作的TBM，由于当时的技术条件不是很方便，在很多方面的技术问题都不能够被解决，所以没有办法和当时新出现的钻爆法技术相媲美，很难有效地应用。
之后从1952年到1956年，美国的James S. Robbins 和Charles Wilson 想到方法一点一点的解决了滚刀、刀盘驱动及支撑推进等问题，使TBM技术和应用得到了迅速的发展。
早期国外对TBM的广泛应用，使中国也开始注重TBM的研究，我国随着施工技术的不断完善和成熟，在1964年开始对全断面TBM进行研究工作。
在改革开放之后，国外的TBM制造商都来到中国要与我国的生产厂商进行合作。
1996年 Wirth 公司与铁道部宝鸡工程机械厂合作生产用于秦岭隧道的 Wirth TB880E掘进的后配套设备。
到目前，我国对于TBM系统振动的探究还没有很大的进步，在仅有的一部分有关TBM振动研究中，也多是集中于TBM对周围环境振动的影响和TBM刀盘系统的振动分析，而关于TBM的整机振动分析尚没有开展。
TBM开挖与支护
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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。
硬岩隧洞掘进机(TBM)刀具的管理
硬岩隧洞掘进机(TBM)刀具的管理2 TBM盘形滚刀简介硬岩TBM的盘形滚刀有三种类型，它们是边刀(gage cutter)、面刀(face cutter)和中心双刃滚刀(double disk or center cutter)。
以美国ROBBINS公司所生产的TBM为例，滚刀的尺寸一般分19英寸(483 mm)和17英寸(432 mm)两种，直径较大(一般大于7 m)的TBM安装l9英寸的滚刀，直径较小(一般小于7 in)的TBM安装l7英寸的滚刀。
这三种滚刀被科学地布置在刀盘面上，随着刀盘的转动，它们就以刀盘中心为中心被动地进行同心圆转动。
这些滚刀在强大的推进力和扭矩作用之下，通过挤压将隧洞岩石切削下来，完成了隧洞的开挖工作。
其中边刀是按照不同的角度被安装在刀盘的边缘，负责隧洞轮廓的开挖工作，其刀刃较厚，更耐磨损。
面刀是按照一定的比例被均匀地安装在刀盘面上，负责隧洞掌子面岩石的开挖工作，其刀刃较薄，有利于切削岩石。
中心双刃刀是被安装在刀盘的中心位置，负责掌子面中心岩石的开挖工作，其是由两个面刀被特殊地并列安装在同一个转动轴上而得名，例如山西省的引黄人晋水利工程和辽宁省的大伙房水利工程所使用的ROBBINS硬岩TBM上就都安装有4个这样的双刃刀，这4个双刃刀在克服转动半径小、扭力巨大的不利情况之下，能有效地将掌子面中心处的岩石切削下来。
这三种不同类型的滚刀总成均是由刀圈、转动轴、轴承和密封圈组成，是由特种钢材制造而成，它们硬度适中，具有耐磨、抗高温的特性。
这种特种钢材是由生产厂家经过长时间大量的试验后制造出来的，现在还属于技术垄断状态，目前在我国还没有合适的替代产品，所以它们的价格昂贵，每一个滚刀总成折合人民币数万元；另外刀具属于消耗品，其消耗量在每一条隧洞的掘进中都非常大。
所以加强刀具管理将有利于降低生产成本，提高生产效率。
3 TBM刀具的机械管理硬岩隧洞掘进机在掘进一段时间以后，刀具就会逐渐磨损变小或者破损，经TBM刀具工测量、检查确认某些刀具不能继续使用以后，就需要对其进行更换，否则会影响TBM的正常掘进。
盾构和TBM的区别
1.适用的工程不一样，TBM用于硬岩，盾构机用于土层的挖掘。
2.两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。
3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。
4.工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城市地铁，及小型管道。
其实TBM和盾构除了这些本质的差别外，笼统的来说，都是一样，都是隧道全断面掘进。
只是不同的工作环境应用不用的机械罢了。
2.隧道施工行业中我们把隧道掘进机统称为盾构或盾构机，而老外则称之为TBM，TBM是英语名称的缩写（T—Tunnel；B—— Boring ；M——Machine）。
盾构或TBM是泛指，当然细分可分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构和泥水气平衡盾构等等。
3.TBM按照英文翻译就是隧道掘进机，一般而言，为了区分，将TBM特指硬岩掘进机；EPB土压平衡盾构机4.TBM（Tunnel Boring Machine）隧道掘进机，别名：全断面隧道掘进机。
笼统的来说，盾构机与TBM都是一样的，都是隧道全断面掘进。
但在造词之初，它们是不一样的，严格来说，它们之间存在以下不同点：5. 1.适用的工程不一样，TBM适用于硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。
6. 2.两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。
7. 3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。
8. 4.工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城市地铁，及小型管道。
但是以上说法有些言不符实，因为现在随着技术的不断进步，许多硬岩TBM也采用盾构技术，而TBM本来就是隧道掘进机的意思。
这就是学术的发展造成了现实中称法的混乱。
由此，学术界又提出了采用“硬岩TBM”和“软岩TBM”两种称呼来规范的办法。
硬岩TBM 适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，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；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。
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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。
“十一五”期间863计划先进制造技术领域“全断面掘进机关键技术”重点项目在用于软土掘进的土压平衡盾构机技术上取得了一定的成就。
“十二五”期间863计划先进制造技术领域必将对全断面硬岩掘进机做更深入的研究。
1.2 TBM的分类1.按刀盘形状的不同分类根据刀盘形状的不同，TBM分为平面刀盘TBM、球面刀盘TBM、锥面刀盘TBM。
平面刀盘TBM最为常用。
2.按作业岩石硬度的不同分类根据全断面岩石掘进机作业岩石硬度的不同分为：软岩全断面掘进机（作业岩石单轴抗压强度<100MPa），中硬岩全断面岩石掘进机（作业岩石单轴抗压强度<150MPa）和硬岩全断面岩石掘进机（作业岩石单轴抗压强度可达350MPa）.3.按开挖断面形状的不同分类根据全断面岩石掘进机开挖断面形状的不同分为圆形断面全断面岩石掘进机和非圆形断面全断面岩石掘进机。
4.按全断面岩石掘进机与洞壁之间的关系分类根据全断面岩石掘进机与开挖隧洞洞壁之间的关系分为敞开（开敞）式全面断面岩石掘进机、护盾式全断面岩石掘进机和其他类型全断面岩石掘进机。
护盾式全断面岩石掘进机又可以根据护盾的多少分为单护盾、双护盾和三护盾全断面岩石掘进机。
1.3TBM的基本机型1.敞开式TBM敞开式全断面岩石掘进机（Open Type Full Face Rock Tunnel Boring Machine）也称支撑是全断面岩石掘进机，是TBM最早的机型，也是最基本的机型。
这种机型的支撑机构撑紧洞壁，刀盘旋转，刀盘旋转，推进液压缸推进，盘形滚刀破碎岩石，出渣系统出渣而实现隧洞的连续循环开挖作业。
适用于岩石整体性能较好的隧道。
2.护盾式TBM1.4TBM的基本结构全断面岩石掘进机的基本机构如下图所示。
1刀盘2刀盘护盾3主轴承4清渣皮带机5清渣斗6推进液压缸7前外机架8传动轴9刀盘驱动电机10后外机架11后支撑12后部锚杆钻机13内机架14钢拱架安装器15前部锚杆钻机16超前钻机17钢拱架运输车18皮带输送机1.4.1 刀盘刀盘针对工程地质条件设计，为封闭面板式箱型结构，盘型滚刀采用背装式，刀具更换在刀盘里进行，保证了换刀的安全。
刀盘与刀具均采用很好的耐磨设计，以保证刀盘在硬岩掘进时的耐磨性能。
刀盘开挖直径应满足TBM最小标定掘进直径的要求，刀盘上安装中心刀、正滚刀、超挖刀等各类型刀具，刀具根据地质条件进行合理的选型和配置.刀盘偏心布置，增大了隧洞拱顶的开挖直径，为TBM 快速通过围岩变形区预留了变形量。
刀盘设计了液压式刀具磨损自动检测系统，使刀具磨损量能被监控，以保证刀盘不因刀具超量磨损、损坏而遭到严重磨损或损坏。
1.4.2 刀盘护盾刀盘护盾由顶护盾，侧护盾和底护盾组成。
用于支承和保护刀盘，防止洞顶碎石砸坏刀盘或者落入主轴承。
1.4.3 主轴承主轴承采用大直径、高承载力、长寿命的三轴式设计，轴承内圈带有内齿圈。
双轴承支座驱动小齿轮与内齿圈啮合，支承稳固的驱动齿轮可最大限度地减小齿轮的磨损。
1.4.4 内外机架内外机架为TBM的主要支承部件，刀盘通过主轴承安装在内机架的前端，内机架与外机架之间为浮动连接，内机架可在外机架内作轴向运动，外机架通过支撑液压缸和撑靴板撑紧在洞壁上，在TBM掘进时支承TBM主机的重量，并平衡开挖面对TBM的反向推力。
1.4.5 后支承后支承位于内机架的后端，在TBM换步时支撑油缸伸出，撑靴撑紧洞壁，刀盘护盾共同承担TBM主机的重量，并能对TBM的掘进姿态进行调整。
1.4.6 推进液压缸推进液压缸一端固定在外机架上，另一端铰接在内机架上。
当外机架撑紧在洞壁上时，高压油进入推进缸无杆腔，将活塞杆推出，推动内机架向前移动，使刀盘压紧在开挖面上，配合刀盘的转动将岩石压裂破碎。
1.4.7 钢拱架安装器钢拱架安装器位于主机前端，不工作时收回在刀盘护盾下面。
当遇到围岩不稳定时可紧贴洞壁安装一圈钢拱架作为初期支护，保证护盾后面作业区的安全，如有需要可再进行后续的加固支护。
1.4.8 锚杆钻机TBM上配有两台锚杆钻机，一台安装在前外机架前部，另一台安装在后外机架后部。
当安装了钢拱架后仍不能保证围岩稳定的情况下，可用锚杆钻机在洞壁钻孔，然后装填锚固剂并打入锚杆进行加固，必要时还可加挂钢丝网。
1.4.9 超前钻机超前钻探和超前地质加固是TBM必备的辅助施工手段，TBM配置超前钻机用于地质超前探测和不良地质的处理。
超前钻机由独立的液压装置操作，TBM 配置一台多功能钻机，可以通过穿过前盾壳体和刀盘上具有足够大直径的一个导管来实现钻取岩芯和钻孔，进行地层加固的功能。
1.4.10 皮带输送机皮带输送机安装在中空内机架的内部，可前后移动，掘进时前伸到刀盘中部，刀盘边缘铲斗铲起的石渣通过刀盘内部的通道送到皮带输送机前端，石渣通过皮带运输机向后传输。
第2节TBM刀盘系统2.1 TBM刀盘刀盘是用于安装滚刀的机座，为刚结构焊接件，是岩石掘进机的重要部件之一。
其前端是加强的双层钢板，通过溜槽与后隔板相接，刀盘后隔板用螺栓与刀盘轴承连接。
盘形滚刀装在刀盘上来挤压破碎岩石，刀盘的前端装有径向带齿的碎石铲斗，刀座是刀盘的一部分，由于刀盘上的刀座呈凹形，且盘形刀的刀圈凸出刀盘，所以能有效破碎岩石并防止出现大块岩石阻塞、卡刀的现象发生。
根据正滚刀的刃口包络面的形状，全断面岩石掘进机的刀盘分为：锥面刀盘、平面刀盘、球面刀盘。
各自的特点如下表所示。
平面刀盘最为常用。
刀盘形式锥面刀盘平面刀盘球面刀盘特点大锥角刀盘可以充分形成破岩的自由面，破岩效率高，工作稳定1.机身支撑稳定性好；2.刀盘径向力平衡性好，岩石工作面稳定；3.刀盘容易制造，其上刀盘的轴向力小；4.刀盘推力的利用率高硬岩采用。
原因为：刀盘工作稳定全断面岩石掘进机的刀盘按结构分可分为：中心对称式、偏心对分式、中方五分式及中六角七分式四种形式。
如下图所示。
2.2TBM滚刀滚刀是刀盘上用于破碎岩石的工具，根据形状的不同，滚刀分为盘形滚刀、球形滚刀、楔齿滚刀等。
盘形滚刀最为常用。
盘形滚刀简称盘刀，根据刀刃的多少分为单刃滚刀、双刃滚刀和多刃滚刀。
如下图所示。
TBM上普遍采用单刃盘形滚刀。
单刃盘形滚刀由刀圈、刀体、刀轴、心轴组成。
刀圈是可以拆卸的，磨损后可以更换。
刀圈的刀刃角一般有60°、75°、90°、120°或平刃等多种。
掘进硬岩时一般用较大的刀刃角，而掘进较软的岩石时用的刀刃角较小。
对于特别软的岩层，刀刃角小容易嵌入岩层中，增大刀刃角甚至做成平刃可改善掘进效果。
转一圈，刀具的切深随之增加，从而提高了掘进速度。
此外，刀具直径增加，允许磨损体积也增加因而寿命延长。
但刀具直径增大使重量增加，引起换刀困难，增加了换刀停机时间；允许磨损量的增加使刚换上的新刀具和已磨损刀具的直径差值增大，使新刀刀刃超前引起载荷增大。
刀具直径增大，还受轴承和刀圈失效因素的限制。
滚刀按其在刀盘上的位置又可以分为中心滚刀、正滚刀、过度滚刀和边滚刀。
中心滚刀是布置在刀盘中心区的滚刀；正滚刀是布置在中心滚刀与过度滚刀之间的滚刀；过度滚刀是布置在刀盘外圆过度曲面上的滚刀；边滚刀是位于刀盘外缘区，其切削刀布置成圆弧部分的滚刀。
2.3盘形滚刀在刀盘上布置规律全断面岩石掘进机盘形滚刀在刀盘上的布置规律有多种，有单螺旋线布置、双螺旋线布置、同心圆布置等。
无论采用那一种布置方式，刀间距都是要考虑的技术参数。
刀间距是指相邻刀刃刃口相对刀盘中心的距离之差。
1. 滚刀在到盘上布置的基本原则（1）刀间距的布置方式：①在同一台掘进机上刀间距不变，改变刀盘推力来适应岩石强度；②在同一台掘进机上增减刀具数量或者改变每把盘形滚刀得刀圈数来改变刀间距，来适应岩石强度。
第一种布置方式简单且可用性强，被普遍采用。
（2）盘形滚刀在刀盘上的布置模式应尽可能满足以下两个要求：①每把盘形滚刀在破岩时所受到的负荷相等，即每把刀的破岩量相等，刀刃两侧的侧面反力能相互抵消；②作用在刀盘体上各点外力相互平衡，其合力通过刀盘中心，不产生倾翻力矩。
2. 平面刀盘上等刀间距布置盘形滚刀平面刀盘上等刀间距布置盘形滚刀是在全断面岩石掘进机上广泛使用的一种布置形式。
设全断面岩石掘进机上第i和第1i 把盘形滚刀在刀盘推力作用下切入岩石深度为h。
如下图所示。
S ——刀间距；h ——盘形滚刀切深；2θ——岩石剥落角2tan L h θ=要使同一安装半径上的盘形滚刀在刀盘没转一周的切深相等，且破岩量又相同，在两盘形滚刀之间就不应该存在累积岩脊，则刀间距必须满足：2tan S h θ≤3. 不同安装半径的盘形滚刀破岩分析设剥落的岩石为三棱柱，高度为2is π，底面积为A ,则：2tan A h θ=22tan V ish πθ=可见平面刀盘上等刀间距布置盘形滚刀时，各盘形滚刀的破岩量是不等的。