隧道掘进机开挖技术解析

4.国外掘进机的发展技术水平
◆开挖直径范围为1.8-11.87m； ◆可在抗压强度360MPa的岩体中掘进80-100m2大 断面隧道，平均掘进速度350-400m/月； ◆能开挖45°的斜井； ◆盘形滚刀的最大直径达483mm，其承载能力达 312kN；刀具的寿命达300～500m； ◆单台掘进机的最大总进尺已超过40km。
岩中试用未获成功。
◆1881年——波蒙特开发了压气式TBM，成功应用于 英吉利海峡隧道直径为2.1m的勘探导坑。
◆ 1952年——美国罗宾斯公司研制了现代意义上的 第1台软岩TBM。
◆ 1956年——美国罗宾斯公司又研制成功中硬岩 TBM。 从此，TBM进入快速发展时期。
2.应 用——国外
近年来，国外采用掘进机完成的大型隧道有：
有些学者提出采用“硬岩TBM”和“软岩TBM（也 即盾构机）”两种来规范
6.1.3 隧道掘进机施工特点 1. 优 点 (1) 安全——人员在局部或整体的护盾下工作 (2) 快速——常规钻爆法掘进速度的3～10倍 (3) 优质——洞壁光滑美观 (4) 自动化和机械化程度高（节省劳动力——经
济）
(5) 围岩扰动小 (6) 对环境影响小
6.2 掘进机的类型与构造 ◎ 掘进机的类型
6.2.1 全断面掘进机 (1) 开敞式掘进机 ◆ 适合于硬岩隧道； ◆ 顶推反力与刀盘扭矩力依靠围岩坚硬壁面提
供； (2) 护盾式掘进机 ◆ 适合于软岩隧道； ◆ 顶推反力利用尾部安装的衬砌管片。
开敞式隧道掘进机
❖ 型 号：TB880E 最高月进度：574米 最高日进度：41.3米 开 挖 直 径：8.8米
3.应 用——国内
(1) 1970年代末，甘肃引大入秦和山西万家寨 引水工程——采用掘进机获得成功(意大利 CMC公司承包)。
(2) 1998.1～1999.8，西康铁路秦岭特长隧 道——引入德国Wirth公司TB880E型掘进机， 进行长18.5km，直径8.8m的I线隧道施工， 平均掘进速度为313.7ｍ/月。
❖ 主要构造：刀盘；控制系统，支撑和推进系 统；后部配套设备
❖ (4)支Baidu Nhomakorabea和推进系统
单撑靴式
双撑靴式
(5) 驱动系统 刀盘驱动方式有两大类：电动和液压。 电动又分单速电机、双速电机和调频电机 (6) 后配套设备 ❖ ◆液压系统 ❖ ◆ 供电系统 ❖ ◆ 运输系统 ❖ ◆ 通风系统 ❖ ◆ 降温、防尘、供水及安全系统 ❖ ◆ 隧道支护设备系统 ❖ ◆ 其它辅助设施
以下基本均质的软弱地层中开挖有限长度的 隧道。
2. 全断面隧道掘进机的分类(II ) 目前在国内通常有两种提法：
(1)岩石掘进机(TBM ) ； (2) 盾构机。
岩石掘进机(TBM )就是适合硬岩开挖的隧道掘 进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘 进机。
3. 全断面隧道掘进机的分类(III) 鉴于学术及现实中称法混乱，造成许多麻烦，
先进的隧道施工机械。
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。
6.1.2 全断面隧道掘进机分类 1. 全断面隧道掘进机分类(I)
(1) 在岩石中开挖隧道的TBM 通常适用于稳定性良好、中～厚埋深、
中～高强度的岩层中掘进长大隧道。
(2) 在松软地层中掘进隧道的TBM 一般适用于在具有有限压力的地下水位
2. 缺 点 (1) 能耗大 (2) 断面单一 (3) 对岩层变化的适应性差 (4) 一次性购买TBM投资高 (5) 主机重量大，运输不方便，安装工作量大 (6) 短隧道不能发挥其优越性(不经济)
6.1.4 掘进机的应用与发展 1.发展历史——大事记 ◆ 1846年——TBM由意大利人Maus发明。 ◆1851年——美国人威尔逊开发了一台TBM，在花岗
5.世界上著名的岩石掘进机制造厂商
美 国：罗宾斯(Ｒobbins)公司
佳瓦(Jarva)公司 德 国：维尔特(Wirth)公司
海瑞克(Herrenknecht)公司 瑞 典：阿特拉斯.科普柯 (Atlas.Copco)公司 加拿大：拉瓦特(Lovat)公司 日 本：川崎(Kawasaki)公司
三菱(Mitsubishi)公司 日立(Hitachi)公司
6.2.2 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。
壁式掘进机的特点
◆ 可以适应任意形状的断面； ◆ 对地质条件的要求较低，适合软岩及中硬岩隧 道的掘进； ◆ 连续掘进，支护可实现平行作业 ◆ 基本投资费用少，约为全断面掘进机的15%左 右。 ◆ 中短隧道施工更为适用。
❖ 掘 进 速 度：3.5m/h
开敞式隧道掘进机
开敞式隧道掘进机
开敞式隧道掘进机
开敞式隧道掘进机
开敞式隧道掘进机
开敞式隧道掘进机
开敞式隧道掘进机模型
护盾式隧道掘进机
❖ 6.2.1.1 开敞式掘进机
❖ 开敞式掘进机基本有两种型式：单撑靴式、双撑靴式。
❖ 6.2.1.1 开敞式掘进机构造
(1) 英法海底铁路隧道——单洞长约50km，使用 11台掘进机，工期 三年多时间；
(2) 瑞士费尔艾那隧道——长19km，其中约9.5km 采用掘进机施工；
(3) 瑞士穿越阿尔卑斯山新圣哥达铁路隧道——长 达57km；
(4) 美国芝加哥TARP工程排水隧道——大约40多 km，全部采用 掘进机施工。
6.1 概 述 6.1.1 有关概念和TBM发展历史 1.隧道常用施工方法 ❖ 钻爆法 ❖ 明挖法 ❖ 机械法——掘进机法 ❖ 沉埋法
2.隧道掘进机械
隧道掘进机械一般分为两种:（1）臂式掘进 机;（2）全断面隧道掘进机，简称TBM
3.定 义
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine)，简称TBM ，是利用 回转刀具切削破岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、
TBM组装图
TBM组装图
TBM组装图
TBM组装图
TBM组装图
6.2.1.2 护盾式掘进机
(1) 单护盾TBM——常用于劣质地层。
(2) 双护盾TBM——既适应软岩，也适应硬岩 或软硬岩交互地层。
◆对比：单护盾TBM推进时，要利用管片作为 支撑，与双护盾TBM相比，掘进与安装管片 两者不能同时进行，速度较慢。