TBM施工方法PPT课件

2020/3/25
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TBM主要制造商
美国罗宾斯
Robbins
德国海瑞克公司
德Βιβλιοθήκη Baidu威尔特公司
加拿大拉法特
日本三菱公司
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TBM刀盘结构示意图
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TBM破岩方式与原理
TBM破岩方式主要有：挤压式与切削式 1. 挤压式
主要是通过水平推进油缸使刀盘上的滚刀强行压入岩体，并在 刀盘旋转推进过程中联合挤压与剪切作用破碎岩体。 滚刀类型：圆盘型、楔齿形、球齿型 2. 切削式 主要利用岩石抗弯、抗剪强度低(仅为抗压强度的5~10%)的特点， 靠铣削(即剪切)与弯断破碎岩体。 在两种破岩方式总的破岩体积中，大部分并不是由刀具直接切 割下来的，而是由后进刀具剪切破碎的，先形成破碎沟或切削 槽是先决条件
隧道建成标志着TBM施工技术的最高水平，也是融合英、 美、法、德等国TBM施工技术于一体的最高成就。
2. 国内应用
国内TBM研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生产10余台 直径2.5~5.8m的TBM，先后用于下列水电与煤矿井巷工程。国 产机型月均进尺20~300m，累计总掘进长度12km。
云南西洱河水电站引水隧道
削刀在挤压力Pv和切割力PH作用下，首先在刀尖处形成 切碎区2，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区3。削刀 继续回转即在岩壁上留下环状切削槽，两槽之间的岩石 在削刀侧向挤压力R的作用下而剪切破坏。
TBM的优缺点
• 优点：快速---约为钻爆法的4~6倍；
优质---洞壁光滑，超挖量少 ； 高效---节约衬砌，节约人工劳动； 安全---安全性加大，作业环境安全； 环保---非爆破开挖，尘土、气体、噪音 污染少， 减少辅助洞室，减少地表破坏； 自动化、信息化程度高。
3. 圆盘型滚刀破岩原理
圆盘型滚刀(图a)工作压力50~200kN，岩体表面在刀圈刀 尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(见图b)。
随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟 之间岩石AO1O2B受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。 当切入深度h较大时，剪裂面为O1O2(图c)。
5. 削刀破岩原理
一、全断面TBM
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TBM基本构造
TBM由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调向 机构及吸尘、通风装置等几部分组成。
1. 破岩机构
滚刀或削刀在强大轴推力的作用下旋转，切削与剪切破碎岩石。
2. 推进机构
主支撑鞋顶撑洞壁以支承和推进机身。副支撑鞋控制振动与方向。
1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构 雏形与施工方法。
1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。
1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩掘进 未获成功。
1881年波蒙特开发出压缩空气式TBM，成功用于英吉利海峡 隧道直径2.1m的勘探导坑。
美国罗宾斯(Robbins)公司1952年研制出第一台软岩TBM， 1956年又成功研制中硬岩TBM。
4. 楔齿型与球齿型滚刀破岩原理
最初由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩 石的表面，切人深度为λ。然后由齿尖的楔入力继续引 起剪切破坏，楔入深度为h。由于各齿环的齿节是不同 的，因此加大了楔齿的破岩效果。球齿型滚刀的破岩原 理与楔齿型滚刀相同，适用于硬岩掘进。
TBM的结构类型，构造和工作原理
1. 国外典型应用——英吉利海峡隧道
由2条外径8.6m单线铁路隧道与1条外径5.6m辅助隧道组 成。全长48.5km，海底段长37.5km，隧道最深处在海平 面下100m，全部采用TBM施工。英国侧6台，岸边段3台 海底段3台(单向推进21.2km)。法国侧5台，岸边段2台海 底段3台。最深处需承受10atm水压力，平均月进尺 1000m/月。
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TBM法的概述与应用
• 掘进机（Tunnel Boring Machine），简称TBM，是一种修建岩质隧 道的工厂化施工技术。在机械施工中很长一段时期，把在土质隧道 中采用的机械称为盾构，而把在岩质隧道中施工的机械称为掘进机， 或岩石掘进机。由于机械制造技术的快速发展，这种区分越来越不 明显，因此目前多把掘进机和盾构并称为盾构掘进机。
隧道掘进机 (Tunnel Boring Machine ) TBM
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掘进技术的发展
第一代 钢钎大锤
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第二代 手持风钻
第三代 凿岩台车
第四代 TBM
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TBM发展历史简介
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine )是一种用机械破碎岩石、 出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构技术发展 而来的。
新疆大阪输水隧道工程[全长30.68km，德国海瑞克 双护盾TBM]
青海引大济湟总干渠工程[德国Wirth双护盾TBM， Φ5.93m，全长19.94km]
西康铁路秦岭Ⅰ线隧道[掘进5.621km，Φ8.8m开敞 式TBM]
西安南京铁路桃花铺1号隧道[掘进7.23km,机型同上] 西安南京铁路磨沟岭隧道[掘进6.11km,机型同上] 南疆铁路吐库二线中天山隧道[机型同上] 兰渝铁路西秦岭隧道[Φ10.23mRobbins开敞式TBM] 沈阳在建地铁九号线[中铁重工制造 行健号]
引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道
引大入秦总干渠38号隧道 北京落坡岭水电工程
贵州猫跳河水电站引水隧道
福建龙门滩引水隧道
江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿
甘肃引大入秦水磨沟输水隧道[Φ5.54m；11649m； Robbins双护盾TBM；最高月进尺1300.8m/月]
辽宁大伙房引水工程[全长85.32km，3台Φ8.0m开敞 式]
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•缺点：
1、设备购置及使用成本大； 2、施工途中不能改变开挖半径； 3、地质适应性较差; 4、断面适应性较差; 5、运输困难。
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国内外应用概况
TBM施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水平， 其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘进机技 术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界上采用 TBM施工的隧道超过1000座，总长度超过4000km，以逐 步成为长大隧道修建的主要施工方法之一。