暗挖法)地下工程施工(TBM法施工)
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TBM施工技术
隧道掘进机（TBM）法的支护技术
支护形式的基本要素
隧道用途
隧道完成断面 TBM开挖断面 爆破扩大 TBM扩大
支护特征
在公路隧道中有采用RC管片作为永久 衬砌的；在水工隧道中采用喷混凝土、 锚杆、钢支撑等组合支护 事前要拆除管片支护 使用可拆除和可切削的材料
TBM导坑
2～5 m
隧道直径 >5 m 敞开式 TBM形式 盾构式 水平 斜井
掘进机在各类隧道开挖中的技术可行性、经济合理性主 要取决于： (1) 工程规模：如隧道形状、长度、直径、埋深、走向以 及围岩条件等。 (2) 地质情况：如岩石类型及强度，地质的节理分布及发 育程度，有无断层、暗河、溶洞，地下水的分布，隧 道正上方有无建筑物、河流等。 (3) 作业场地：交通运输能力。由于掘进机的机械部件多、 重量大、现场搬运、解体等工作需要起重设备等配合。 水电来源、进出洞口场地等。 (4) 施工进度要求：由总控制工期的时间推算出平均月进 尺指标。 (5) 企业自身的实际能力：如制造维修能力、经济能力， 施工队伍的技术、管理水平以及传统的施工习惯等。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
一、 工程地质条件 在TBM工法中，TBM和掌子面是分离的，故有软弱层和 破碎带时，采用辅助工法很困难。所以，不良地质的 调查，不仅对TBM的选择和施工速度有很大的影响， 对能否采用TBM法也是决定性的因素。 1、影响选用TBM工法是否合适的地质因素 （1）隧道地压 很大的地压作用，掌子面难于自稳，TBM掘进是极为困 难的。 （2）涌水状态 在涌水地段，在极端的情况下，机体会产生下沉 ，TBM 的优点会丧失殆尽。
掘进机(TBM)施工技术
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
一、基本概念 岩石隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）简称TBM。 是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一种施工方 法。通常是利用回转刀盘又借助推进装置的作用力从而使 刀盘上的滚刀切割(或破碎)岩面，以达到破岩开挖隧道(洞) 的目的。 按岩石的破碎方式，分为挤压破碎与切削破碎两种，前者是 将较大的推力给予刀具，通过刀具的楔子作用将岩石挤压 破碎；后者是利用旋转扭矩在刀具的切线方向及垂直方向 上进行切削。 按刀具切削头的旋转方式，可分为单轴旋转式与多轴旋转式 两种。 掘进机构造：是由切削破碎装置、行走推进装置、出碴运输 装置、驱动装置、机器方位调整机构、机架和机尾，以及 液压、电气、润滑、除尘系统等组成。
TBM施工技术
多采用无支护钢支撑管片 多采用无支护、喷混凝土、锚杆、钢 支撑等组 合支护
不使用管片支护
围岩不良处，采用仰拱管片，全闭合 管片
导坑时，可采用纤维喷浆等特殊配比 的材料
隧道坡度
TBM施工技术
隧道掘进机（TBM）法的支护技术
二、 支护设计 事前调查进行预设计，设定支护模式，并在掘进 中根据对围岩状况的判断，修正支护形式。应特别注 意以下几点。 （1）为确保高速掘进，应在尽可能短的时间内进行支 护的施设，或能够与掘进平行施工； （2）TBM的洞壁是光滑的，松弛比爆破法小，支护 可以采用轻型的； （3）支护的施工位置（与掌子面的距离）； （4）开挖后到构筑的时间较迟； （5）是永久的或是暂时的； （6）构筑支护时对TBM装置的影响； （7）支撑靴挤压对洞壁的影响。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的辅助工法
需采用辅助工法的地质现象
围岩条件 项目 埋深小 埋深大 围岩强度 地热 地下水 有害崩落、膨胀、流砂 高温围岩 大量涌水、高压涌水、高温涌水 有毒瓦斯、缺氧空气、可燃性瓦 斯
地形条件
地质条件
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的辅助工法
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
2、影响TBM效率的地质因素 影响TBM效率的因素主要有岩石强度、硬 度及裂隙等。这些因素对TBM切削岩石 的能力影响极大。 （1）岩石强度 （2）岩层的裂隙 （3）岩石硬度
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
二、 机械条件 TBM不仅受到地质条件的约束，还受到开挖直 径、开挖机构的约束。 一般说在硬岩中，大直径的开挖是很困难的。 理由是：目前的TBM大都是单轴回转式的，开 挖直径越大，刀头的内周和外周的周速差越大， 对刀头产生种种不良影响。此外，随着开挖直 径的增大，要增大推力，支撑靴也要增大。会 出现运送上的困难和承载力问题。 此外，挖掘机械是采用压碎方式还是切削方式， 对实际应用的适用范围也有差别。
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
2、TBM法的缺点 1）对多变的地质条件(断层、破碎带、挤压带、 涌水及坚硬岩石等)的适应性较差。但近年来 随着技术的进步，采用了盾构外壳保护型的掘 进机，施工既可以在软弱和多变的地层中掘进 又能在中硬岩层中开挖施工。 2）掘进机的经济性问题，由于掘进机结构复杂， 对材料、零部件的耐久性要求高。因而制造的 价格较高。难用于短隧道。 3）施工途中不能改变开挖直径。如用同一种机 型开挖不同直径的断面。 4）开挖断面的大小、形状变更难，在应用上受 到一定的制约。
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
二、岩石隧道掘进机的分类 1、按切削方式分类 大致分为全断面切削方式和部分断面切削方式两 类。部分断面切削方式是挖掘煤炭用的机械在 隧道挖掘施工上的应用，全断面切削方式开挖 的断面一般是圆形的。 2、按开挖地层分类 1）土质隧道掘进机（盾构） 2）岩石隧道掘进机（TBM）
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
四、 工程所在地的设施 在TBM法中，因要进行机械的运输、组装 等，故要对隧道所处地点的状况，给以 应有的注意。TBM的运搬计划，要考虑 道路的宽度、高度和重量的限制，根据 组装的条件要充分调查运输时的分割方 法（最小分割尺寸和重量）。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的辅助工法
在TBM法中，根据掌子面直接观察的事故预测，开挖前 的周边加固及开挖地点的直接加固等辅助工法，与其 他情况有些不同。所以，对TBM法来说，辅助工法是 指在通常情况以外的地质条件或施工时所采用的对策， 称为辅助工法。 一、 采用辅助工法的地质条件 TBM法一般是在良好的地质条件下采用的。因此， 需要采用多种辅助工法的围岩条件，应尽量避免使用 TBM法。 但是，采用TBM法的隧道长度是较长的，复杂的 地质条件常常是难以避免的，如通过几条断层破碎带 是一般的，因此，完全不采用辅助工法进行掘进的情 况是很少的。 采用辅助工法的地质条件见表
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
三、TBM法的优缺点 1、TBM法的优点 1）掘进效率高。掘进机开挖时，可以实现连续作业，从 而可以保证破岩、出碴、支护一条龙作业。特别在稳 定的围岩中长距离施工时，此特征尤其明显。 2）掘进机开挖施工质量好，且超挖量少。掘进机开挖的 隧道(洞)内壁光滑，不存在凹凸现象，从而可以减少 支护工程量，降低工程费用。 3）对岩石的扰动小。掘进机开挖施工可以大大改善开挖 面的施工条件。而且周围岩层稳定性较好，从而保证 了施工人员的健康和安全。 4）施工安全，近期的TBM可在防护棚内进行刀具的更换， 密闭式操纵室和高性能的集尘机的采用，使安全性和 作业环境有了较大的改善。
二、 事故类型 在TBM法中，事故的事前预测和对策是受限定 的，大多数是小型的事故，采用较轻的处理方法 即可收效。 挖掘成为不可能的重大事故是： 1、掌子面大规模崩落，埋没TBM； 2、洞壁挤出使机体卡住； 3、突发的大量涌水，淹没机体； 4、掌子面挤出使机体后退。 不可能掘进的事故，要恢复，不仅需要时间和劳力， 而且危险。因此，事前采取对策是必要的。为此， 预测其位置，规模和性质是非常重要的。
TBM施工技术
隧道掘进机（TBM）法的支护技术
在TBM中，多采用喷混凝土、锚杆、钢支撑以及木背板、 钢背板等，有的还采用管片，也是基于地质条件进行 设计的，但其设计方法和施工方法的问题还没有完全 解决，其理由是： （1）掌子面被TBM机体所堵塞，很难基于掌子面直 接进行状况的判断； （2）拱顶下沉和净空位移等隧道动态量测，在开挖后 立即进行是困难的，因此，要采用量测以外的手段来 判断围岩的稳定性和支护是否妥当； （3）施设支护的位置，要离开掌子面一定距离，支护 设置时间较迟； （4）支护设置位置。因TBM的形式各异； （5）TBM的直径、用途是多种多样的，在同样的条 件下的工程实例较少，因此，TBM的支护要在积累实 践经验的基础上逐步完善。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
三、 开挖长度 TBM进入现场后，一般要经过运输、组装的过 程。根据TBM的直径和形式、运输途径、组装 基地的状况等，要准备1~2个月。其次，TBM 的后续设备长100~200m，为正规地进行掘进， 也要先修筑一段长200m左右的隧道。所以， 隧道长度短时，包括机械购置费在内的成本是 很高的，是不经济的。 当隧道长度在1000m以下时，固定费的成本急剧 增大，到3000m左右时，成本大致是一定的。 因此，如果单纯的看此图，TBM适宜的长度最 好是3000m以上。
隧道掘进机（TBM）法的支护技术
支护形式的基本要素
隧道用途
隧道完成断面 TBM开挖断面 爆破扩大 TBM扩大
支护特征
在公路隧道中有采用RC管片作为永久 衬砌的；在水工隧道中采用喷混凝土、 锚杆、钢支撑等组合支护 事前要拆除管片支护 使用可拆除和可切削的材料
TBM导坑
2～5 m
隧道直径 >5 m 敞开式 TBM形式 盾构式 水平 斜井
掘进机在各类隧道开挖中的技术可行性、经济合理性主 要取决于： (1) 工程规模：如隧道形状、长度、直径、埋深、走向以 及围岩条件等。 (2) 地质情况：如岩石类型及强度，地质的节理分布及发 育程度，有无断层、暗河、溶洞，地下水的分布，隧 道正上方有无建筑物、河流等。 (3) 作业场地：交通运输能力。由于掘进机的机械部件多、 重量大、现场搬运、解体等工作需要起重设备等配合。 水电来源、进出洞口场地等。 (4) 施工进度要求：由总控制工期的时间推算出平均月进 尺指标。 (5) 企业自身的实际能力：如制造维修能力、经济能力， 施工队伍的技术、管理水平以及传统的施工习惯等。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
一、 工程地质条件 在TBM工法中，TBM和掌子面是分离的，故有软弱层和 破碎带时，采用辅助工法很困难。所以，不良地质的 调查，不仅对TBM的选择和施工速度有很大的影响， 对能否采用TBM法也是决定性的因素。 1、影响选用TBM工法是否合适的地质因素 （1）隧道地压 很大的地压作用，掌子面难于自稳，TBM掘进是极为困 难的。 （2）涌水状态 在涌水地段，在极端的情况下，机体会产生下沉 ，TBM 的优点会丧失殆尽。
掘进机(TBM)施工技术
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
一、基本概念 岩石隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）简称TBM。 是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一种施工方 法。通常是利用回转刀盘又借助推进装置的作用力从而使 刀盘上的滚刀切割(或破碎)岩面，以达到破岩开挖隧道(洞) 的目的。 按岩石的破碎方式，分为挤压破碎与切削破碎两种，前者是 将较大的推力给予刀具，通过刀具的楔子作用将岩石挤压 破碎；后者是利用旋转扭矩在刀具的切线方向及垂直方向 上进行切削。 按刀具切削头的旋转方式，可分为单轴旋转式与多轴旋转式 两种。 掘进机构造：是由切削破碎装置、行走推进装置、出碴运输 装置、驱动装置、机器方位调整机构、机架和机尾，以及 液压、电气、润滑、除尘系统等组成。
TBM施工技术
多采用无支护钢支撑管片 多采用无支护、喷混凝土、锚杆、钢 支撑等组 合支护
不使用管片支护
围岩不良处，采用仰拱管片，全闭合 管片
导坑时，可采用纤维喷浆等特殊配比 的材料
隧道坡度
TBM施工技术
隧道掘进机（TBM）法的支护技术
二、 支护设计 事前调查进行预设计，设定支护模式，并在掘进 中根据对围岩状况的判断，修正支护形式。应特别注 意以下几点。 （1）为确保高速掘进，应在尽可能短的时间内进行支 护的施设，或能够与掘进平行施工； （2）TBM的洞壁是光滑的，松弛比爆破法小，支护 可以采用轻型的； （3）支护的施工位置（与掌子面的距离）； （4）开挖后到构筑的时间较迟； （5）是永久的或是暂时的； （6）构筑支护时对TBM装置的影响； （7）支撑靴挤压对洞壁的影响。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的辅助工法
需采用辅助工法的地质现象
围岩条件 项目 埋深小 埋深大 围岩强度 地热 地下水 有害崩落、膨胀、流砂 高温围岩 大量涌水、高压涌水、高温涌水 有毒瓦斯、缺氧空气、可燃性瓦 斯
地形条件
地质条件
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的辅助工法
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
2、影响TBM效率的地质因素 影响TBM效率的因素主要有岩石强度、硬 度及裂隙等。这些因素对TBM切削岩石 的能力影响极大。 （1）岩石强度 （2）岩层的裂隙 （3）岩石硬度
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
二、 机械条件 TBM不仅受到地质条件的约束，还受到开挖直 径、开挖机构的约束。 一般说在硬岩中，大直径的开挖是很困难的。 理由是：目前的TBM大都是单轴回转式的，开 挖直径越大，刀头的内周和外周的周速差越大， 对刀头产生种种不良影响。此外，随着开挖直 径的增大，要增大推力，支撑靴也要增大。会 出现运送上的困难和承载力问题。 此外，挖掘机械是采用压碎方式还是切削方式， 对实际应用的适用范围也有差别。
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
2、TBM法的缺点 1）对多变的地质条件(断层、破碎带、挤压带、 涌水及坚硬岩石等)的适应性较差。但近年来 随着技术的进步，采用了盾构外壳保护型的掘 进机，施工既可以在软弱和多变的地层中掘进 又能在中硬岩层中开挖施工。 2）掘进机的经济性问题，由于掘进机结构复杂， 对材料、零部件的耐久性要求高。因而制造的 价格较高。难用于短隧道。 3）施工途中不能改变开挖直径。如用同一种机 型开挖不同直径的断面。 4）开挖断面的大小、形状变更难，在应用上受 到一定的制约。
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
二、岩石隧道掘进机的分类 1、按切削方式分类 大致分为全断面切削方式和部分断面切削方式两 类。部分断面切削方式是挖掘煤炭用的机械在 隧道挖掘施工上的应用，全断面切削方式开挖 的断面一般是圆形的。 2、按开挖地层分类 1）土质隧道掘进机（盾构） 2）岩石隧道掘进机（TBM）
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
四、 工程所在地的设施 在TBM法中，因要进行机械的运输、组装 等，故要对隧道所处地点的状况，给以 应有的注意。TBM的运搬计划，要考虑 道路的宽度、高度和重量的限制，根据 组装的条件要充分调查运输时的分割方 法（最小分割尺寸和重量）。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的辅助工法
在TBM法中，根据掌子面直接观察的事故预测，开挖前 的周边加固及开挖地点的直接加固等辅助工法，与其 他情况有些不同。所以，对TBM法来说，辅助工法是 指在通常情况以外的地质条件或施工时所采用的对策， 称为辅助工法。 一、 采用辅助工法的地质条件 TBM法一般是在良好的地质条件下采用的。因此， 需要采用多种辅助工法的围岩条件，应尽量避免使用 TBM法。 但是，采用TBM法的隧道长度是较长的，复杂的 地质条件常常是难以避免的，如通过几条断层破碎带 是一般的，因此，完全不采用辅助工法进行掘进的情 况是很少的。 采用辅助工法的地质条件见表
TBM施工技术
岩石隧道掘进机（TBM）法概述
三、TBM法的优缺点 1、TBM法的优点 1）掘进效率高。掘进机开挖时，可以实现连续作业，从 而可以保证破岩、出碴、支护一条龙作业。特别在稳 定的围岩中长距离施工时，此特征尤其明显。 2）掘进机开挖施工质量好，且超挖量少。掘进机开挖的 隧道(洞)内壁光滑，不存在凹凸现象，从而可以减少 支护工程量，降低工程费用。 3）对岩石的扰动小。掘进机开挖施工可以大大改善开挖 面的施工条件。而且周围岩层稳定性较好，从而保证 了施工人员的健康和安全。 4）施工安全，近期的TBM可在防护棚内进行刀具的更换， 密闭式操纵室和高性能的集尘机的采用，使安全性和 作业环境有了较大的改善。
二、 事故类型 在TBM法中，事故的事前预测和对策是受限定 的，大多数是小型的事故，采用较轻的处理方法 即可收效。 挖掘成为不可能的重大事故是： 1、掌子面大规模崩落，埋没TBM； 2、洞壁挤出使机体卡住； 3、突发的大量涌水，淹没机体； 4、掌子面挤出使机体后退。 不可能掘进的事故，要恢复，不仅需要时间和劳力， 而且危险。因此，事前采取对策是必要的。为此， 预测其位置，规模和性质是非常重要的。
TBM施工技术
隧道掘进机（TBM）法的支护技术
在TBM中，多采用喷混凝土、锚杆、钢支撑以及木背板、 钢背板等，有的还采用管片，也是基于地质条件进行 设计的，但其设计方法和施工方法的问题还没有完全 解决，其理由是： （1）掌子面被TBM机体所堵塞，很难基于掌子面直 接进行状况的判断； （2）拱顶下沉和净空位移等隧道动态量测，在开挖后 立即进行是困难的，因此，要采用量测以外的手段来 判断围岩的稳定性和支护是否妥当； （3）施设支护的位置，要离开掌子面一定距离，支护 设置时间较迟； （4）支护设置位置。因TBM的形式各异； （5）TBM的直径、用途是多种多样的，在同样的条 件下的工程实例较少，因此，TBM的支护要在积累实 践经验的基础上逐步完善。
TBM施工技术
采用掘进机（TBM）法的基本条件
三、 开挖长度 TBM进入现场后，一般要经过运输、组装的过 程。根据TBM的直径和形式、运输途径、组装 基地的状况等，要准备1~2个月。其次，TBM 的后续设备长100~200m，为正规地进行掘进， 也要先修筑一段长200m左右的隧道。所以， 隧道长度短时，包括机械购置费在内的成本是 很高的，是不经济的。 当隧道长度在1000m以下时，固定费的成本急剧 增大，到3000m左右时，成本大致是一定的。 因此，如果单纯的看此图，TBM适宜的长度最 好是3000m以上。