全断面硬岩掘进机(TBM)

全断面硬岩掘进机（TBM）

全断面硬岩掘进机主要用于在围岩稳定性良好、中—厚埋深、中—高强度的岩层中开挖长大隧道。

TBM的破岩原理为: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,并由推进系统给刀盘提供推进力,在推进力的作用下滚刀切入岩石掌子面。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渣，石渣则随着刀盘的旋转由刀盘上的铲渣斗自动拾起，经刀盘内的溜渣槽输送到装在主机上的胶带机上，再运到后配套系统处经隧道出渣运输系统运出洞外。

一、掘进机施工的关键技术

1、选型

掘进机结构庞大复杂，是各种高技术系统的集成，又是价值亿元以上的大型成套工厂化作业系统，属于典型的非标定制产品，其机型、系统设备配置和主要技术参数均需承包商与制造商根据具体的工程设计、地质条件和施工工艺共同研究确定，后配套系统的选型及集成是否合理，是工程能否顺利完成的关键。

2、施工的组织管理

掘进机在施工时，掘进、出渣、支护、进料运输等工序为并行、连续作业，系统性强，要求各环节紧密配合，以掘进作业为中心，其他配套设施要尽可能地满足掘进的需要，与钻爆法施工在组织管理上具有完全不同的技术特点，这就给掘进施工组织管理技术提出了挑

战。掘进机的平均机时利用率是衡量掘进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。

3、掘进参数的匹配

在掘进施工中，隧道的地质条件不断变化，而不同岩石条件下选取的掘进参数对施工的安全、掘进速度、掘进效益影响很大，只有根据不同的围岩条件对主要参数如刀盘的转速、推力和扭矩、推进速度、撑靴压力、推进行程等合理匹配，才能够安全%快速和高效地掘进。

4、软弱围岩和不良地质地段的施工

在软弱围岩条件下容易出现掌子面不稳定、围岩坍塌、刀盘被卡、支撑系统撑不住、刀盘下沉、掘进方向难以控制等技术问题。另外，断层、涌水、岩洞等不良地质地段也对施工带来很多的技术难题。因此，软弱围岩的掘进技术和不良地质地段的施工技术是工程安全贯通的关键。

5、状态监测%故障诊断和维护

掘进机是机、电、液、光一体化的大型隧道施工作业系统，其作业环境恶劣，空间狭窄。由于后配套系统庞大、复杂以及实际地质条件的复杂性，施工中发生重大事故的情况也有报道，造成了巨大的经济损失和社会影响。如何建立先进可靠的监测诊断和维护技术，保证掘进机处于安全完好的掘进状态和提高机时利用率，都是需要解决的关键技术问题。

6、刀具

刀具是其破岩的关键零部件!而且硬岩掘进机施工中刀具的检

查、更换、维修等作业时间和刀具消耗费用占掘进机施工总时间和施工总费用的比例很大。因此，硬岩掘进机施工中的刀具是制约掘进效率和效益的首要问题，也是制约我国掘进机国产化和降低施工成本的关键问题。掘进机施工中设立专门的刀具班组，建立合理的刀具使用、检查、更换和维修的技术规范是至关重要的。

7、掘进方向的测量和控制

在掘进过程中，需要不断地进行掘进方向的测量和控制，掘进方向能不能准确控制关系到隧道能否贯通和贯通精度的高低，而且方向控制技术的好坏对刀具的消耗和掘进速度有很大的影响，特别是软弱围岩掘进中容易出现刀盘下沉、撑靴打滑、机身滚动等问题!需要合理的掘进和方向调整控制技术。

8、出渣和物料运输

隧道掘进机掘进速度快、出渣量大、运输距离长，且要求掘进、出渣、支护并行作业。如果出渣和物料运输不能满足掘进要求，将不能发挥掘进机快速施工的优势。因此，大断面长隧道掘进机的出渣和物料运输技术也是关键的保障技术。目前，常用的技术方案为有轨运输技术和连续胶带机出渣技术。特别是胶带机连续出渣技术已成为国外大断面长隧道掘进机施工的重要技术选择，我国在辽宁引水隧洞是否成功的应用未见报道。

9、施工供电

掘进机施工用电量大，用电设备多，高压进洞供电距离长，供电系统复杂，安全性要求高。因此，施工供电技术也是需要重点考虑的

问题。

10、施工通风

掘进机施工一般通风距离较长，特别是近年来超过10km的隧道越来越多，这对与之相应的施工通风也带来一定的技术难度。

11、施工作业分析

掘进机施工过程中随时会遇到有大量不同围岩地质参数、掘进机掘进工作参数、掘进性能参数，采集和分析处理这些数据对于指导后期施工具有重要的参考价值，对我国掘进机的技术数据积累和施工企业自身技术和经验的积累，都是非常重要的。

二、国内工程应用实例

1、1985年在广西隆林天生桥水电站的引水隧洞修建中，从美国引进了Robbins公司制造的直径为10.8m掘进机，开挖引水隧洞总长度约10km，掘进机遇到的岩石地层为石灰岩，抗压强度为混合片麻岩和混合花岗岩!抗压强度为，施工时最高月进尺150m。这是我国第一条采用大断面岩石掘进机施工的隧道。

2、1991年在甘肃省引大入秦大型跨流域灌溉工程中，30A隧道全长11.649km,是一条无压输水隧道，由意大利公司施工，掘进机直径为5.56m,采用预制管片衬砌.该机由Robbins公司制造。遇到的地层岩性单轴抗压强度为26—133MPa，最高日进尺65.5m，最高月进尺1300m。

3、山西省万家寨引黄工程隧洞工程采用6台直径4.88m和5.96mTBM 对8条隧洞进行施工，采用六边形预制管片衬砌。地层主要岩性为灰

岩。由意大利公司和水电四局组成的联合体施工，最高月进尺1821.5m。

4、西康铁路秦岭隧道工程由铁道部从国外公司引进2台直径8.8m敞开式TBM施工，该隧道全长18.46km,岩石为坚硬的混合片麻岩和混合花岗岩，抗压强度为105—325MPa，最高月进尺531m和509m。秦岭隧道完工后，这2台TBM又分别转移至西安至南京铁路磨沟岭隧道和桃花铺隧道施工，成功地使敞开式TBM在这两个长距离软弱围岩的隧道工程中掘进贯通，最高月进尺573m和552m 。