某隧道施工方法之掘进机法

一、概述

1、掘进机法：隧道掘进机（简称ＴＢＭtunnel boring machine ）是一种利用回转刀具开挖（同时破碎和掘迸）隧道的机械装置，用此法修筑隧道的方法，称为掘进机法。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80～100 m3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。

2、ＴＢＭ工法的特点（P196）

（１）ＴＢＭ工法的优点

开挖作业能连续进行，施工速度快，工期短。特别适用于在稳定的围岩中长距离施工。对围岩的扰动损伤小，仅1ｍ左右，开挖表面平滑，在圆形隧洞的情况下，受力条件好。震动和噪音对周围的居民和结构物的影响小。施工安全，作业人员少。

（２）ＴＢＭ工法的缺点

设备的购置、运输，组装解体等的费用高，设计制造时间长，初期投资高。不适用于短隧道。施工途中不能改变开挖直径。地质的适应性受到一定限制，对软弱围岩，还存在不少问题，对硬岩，刀具成本急剧增大，开挖速度也降低。开挖断面的大小、形状变更难。

3、ＴＢＭ的构成（P200）

ＴＢＭ的构成要素大体上可分为开挖部（刀盘及主轴和驱动装置）、开挖反力（支承靴）、推进部（推进千斤顶）等几部分。推进按下述动作反复进行：

（１）扩张支承靴，即固定掘迸的机体在隧道壁上；（２）回转刀盘，开动千斤顶前进；（３）推进１行程后，缩回支承靴，把支承靴移到置到前方，返回（１）的状态。

ＴＢＭ有敞开式和护盾式。适用于硬岩。

掘进机发展历程：

岩石隧道掘进机的分类

岩石隧道掘进法与以往的爆破法不同，不使用火药，而是在开挖面上连续切削或将岩石先行破碎后掘进的机械，是一种新型的隧道开挖施工中专用设备。它的特点是：全断面机械破碎，联合作业连续掘进。比之常规施工方法，它具有掘进速度快、洞壁光滑匀整、超挖量小、操作安全以及可以大大地降低工人的劳动强度和改善作业条件等一系列极为重要的优点。岩石隧道掘进机可以说是目前隧道开挖施工中一种较为理想的专用机械设备。

对岩石隧道掘进机进行分类是困难的，目前国际上也无统一标准。对此多种多样多方面的隧道技术，以往是由业主、施工者在各自范围内自行分类。由于当前隧道的用途和施工方法种类很多，机器构造形式多种，现场条件又很不同，对应于这些每个施工工法都有各自的特色。作为隧道，固然有其共同之点，但目前有时也能看到有其独特技术形式的情况。

至今最常用的方法是根据使用目的、工程地点、开挖对象、围岩、施工方法等隧道掘进机有各种名称。

1．按切削方式分类

当前世界＿上使用的隧道掘进机，见表5。可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。全断面切削方式一般开挖的断面是圆形的。

2．按开挖地层分类

①土质隧道

②岩石隧道

目前通用的土质隧道施工专用机械设备的各种型式掘进机分类方法有以下几种：

(1）根据开挖面上的挖掘方式，可以分为人工挖掘（手掘）式，半机械挖掘式和机械挖掘式；

(2）根据切削面上的挡土方式；可以分为开放型方式和封闭型方式（土体能自立时采用开放型方式。土体松软而不能自主时则用封闭型方式）；

(3）根据向开挖面施加压力的方式，可分为气压方式、泥水压力方式、削土加压方式和加泥方式。

③土质隧道盾构掘进机分类

上述各种盾构中，人工挖掘盾构和机械挖掘盾构大多同时采用气压法施工，泥水加压式盾构基本上在不加气压的情况下施工。另外，土压系列盾构（该类盾构分类详见另外篇），一般也是在不加气压的条件下施工的，但是在负有高水压的地层中施上时，也有同时采用气压法施工的实例。

④岩石隧道掘进机分类

现在制造掘进机的厂家有20多家（著名厂家），生产的机器构造形式也是多种，从世界范围内使用的450台掘进机中（据1982年报道）各厂商生产的掘进机在各自范围自行分类，如前表5的分类方式是根据《日本土木工程手册》中分类方法。

另外，介绍“尔惠德”隧道掘进机的分类方法有以下几种：

开挖软至中硬岩层的“加尔惠德”隧道掘进机按岩层特性和估计的岩石抗压强度在设计中划分成三组：

(1）流砂和粉砂，需用叶片型刀具。

(2）白垩土和粘土，抗压强度0～14．1Mpa,需用割刀。

(3）沙岩、硬粘土和石灰岩，其抗压强度为14．1～141.0Mpa,需用盘形滚刀。3．罗宾斯回合掘进机分类

现已制造的罗宾斯掘进机可分为三大类：

(1）桁架式掘进机，该类掘进机常用于软岩开挖。

(2）撑板式掘进机，用于不易塌落或密实的岩石。

(3）盾构式掘进机，能用于混合型地层（部分硬的粘土或坚实的沙土层）。