TBM施工方法教案.pptx

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1、会计学1TBM施工方法施工方法2023/4/252掘进技术的发展掘进技术的发展 第一代 钢钎大锤 第二代 手持风钻 第三代 凿岩台车第四代 TBM 第1页/共40页 TBMTBMTBMTBM发展历史简介发展历史简介发展历史简介发展历史简介2023/4/253uu隧道掘进机隧道掘进机隧道掘进机隧道掘进机(Tunnel Boring Machine Tunnel Boring Machine)是一种用机械破碎岩是一种用机械破碎岩是一种用机械破碎岩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，它是由盾构技石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构技石、出碴与支护实行连续作业的综合设备

2、，它是由盾构技石、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。术发展而来的。术发展而来的。术发展而来的。uu18181818年英国布鲁诺年英国布鲁诺年英国布鲁诺年英国布鲁诺(Brunel)(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构雏形与施工方法。雏形与施工方法。雏形与施工方法。雏形与施工方法。uu18461846年意大利人年意大利人年意大利人年意大利人MausMaus发明隧道掘进机发明隧道掘进机发明隧道掘进机发明隧道掘进机(盾构盾构盾构盾构)。uu18511851年美国人查理士年美国人查理士年

3、美国人查理士年美国人查理士 威尔逊研制出威尔逊研制出威尔逊研制出威尔逊研制出TBMTBM试用于花岗岩掘进试用于花岗岩掘进试用于花岗岩掘进试用于花岗岩掘进未获成功。未获成功。未获成功。未获成功。uu18811881年波蒙特开发出压缩空气式年波蒙特开发出压缩空气式年波蒙特开发出压缩空气式年波蒙特开发出压缩空气式TBMTBM，成功用于英吉利海，成功用于英吉利海，成功用于英吉利海，成功用于英吉利海峡隧道直径峡隧道直径峡隧道直径峡隧道直径2.1m2.1m的勘探导坑。的勘探导坑。的勘探导坑。的勘探导坑。uu美国罗宾斯美国罗宾斯美国罗宾斯美国罗宾斯(Robbins)(Robbins)公司公司公司公司1952

4、1952年研制出第一台软岩年研制出第一台软岩年研制出第一台软岩年研制出第一台软岩TBMTBM，19561956年又成功研制中硬岩年又成功研制中硬岩年又成功研制中硬岩年又成功研制中硬岩TBMTBM。第2页/共40页2023/4/254 TBM法的概法的概述与应用述与应用 n n掘进机（掘进机（Tunnel Boring Machine），简称），简称TBM，是一，是一种修建岩质隧道的工厂化施工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技术。在机械施工中很长一段时期，把在土质隧道中采用的时期，把在土质隧道中采用的机械称为盾构，而把在岩质隧机械称为盾构，而把在岩质隧道中施工的机械称为掘进机

5、，道中施工的机械称为掘进机，或岩石掘进机。由于机械制造或岩石掘进机。由于机械制造技术的快速发展，这种区分越技术的快速发展，这种区分越来越不明显，因此目前多把掘来越不明显，因此目前多把掘进机和盾构并称为盾构掘进机。进机和盾构并称为盾构掘进机。第3页/共40页2023/4/255TBM主要制造商主要制造商n美国罗宾斯n德国海瑞克公司n德国威尔特公司n加拿大拉法特n日本三菱公司Robbins第4页/共40页2023/4/256TBMTBM刀盘结构示意图刀盘结构示意图刀盘结构示意图刀盘结构示意图第5页/共40页TBM破岩方式主要有：挤压破岩方式主要有：挤压式与切削式式与切削式1.挤压式挤压式主要是通过

6、水平推进油缸使刀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在刀盘旋转推进过程中联合挤压与剪切作用破碎岩体。压与剪切作用破碎岩体。滚刀类型：圆盘型、楔齿形、滚刀类型：圆盘型、楔齿形、球齿型球齿型2.切削式切削式主要利用岩石抗弯、抗剪强度主要利用岩石抗弯、抗剪强度低低(仅为抗压强度的仅为抗压强度的510%)的的特点，靠铣削特点，靠铣削(即剪切即剪切)与弯断与弯断破碎岩体。破碎岩体。在两种破岩方式总的破岩体积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中，大部分并不是由刀具直接切割下来的，而是由后进刀具切割下来的，而是由后进刀具剪

7、切破碎的，先形成破碎沟或剪切破碎的，先形成破碎沟或切削槽是先决条件切削槽是先决条件TBM破岩方式与原理破岩方式与原理第6页/共40页3.圆盘型滚刀破岩原理圆盘型滚刀破岩原理圆盘型滚刀圆盘型滚刀圆盘型滚刀圆盘型滚刀(图图图图a)a)工作压力工作压力工作压力工作压力50200kN50200kN，岩体表面在刀，岩体表面在刀，岩体表面在刀，岩体表面在刀圈刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑圈刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑圈刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑圈刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(见图见图见图见图b)b)。随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎。随

8、着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎。随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎。随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟之间岩石沟，破碎沟之间岩石沟，破碎沟之间岩石沟，破碎沟之间岩石AOAO1 1OO2 2B B受滚刀侧刃挤压力的作用受滚刀侧刃挤压力的作用受滚刀侧刃挤压力的作用受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。当切入深度而剪切破碎。当切入深度而剪切破碎。当切入深度而剪切破碎。当切入深度h h较大时，剪裂面为较大时，剪裂面为较大时，剪裂面为较大时，剪裂面为OO1 1OO2 2(图图图图c)c)。第7页/共40页5.削刀破岩原理削刀破岩原理削刀在挤压力削刀在挤压力削刀在挤压力削刀在挤压力P

9、Pv v和切割力和切割力和切割力和切割力P PHH作用下，首先在刀尖处形作用下，首先在刀尖处形作用下，首先在刀尖处形作用下，首先在刀尖处形成切碎区成切碎区成切碎区成切碎区2 2，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区3 3。削刀继续回转即在岩壁上留下环状切削槽，两槽之间削刀继续回转即在岩壁上留下环状切削槽，两槽之间削刀继续回转即在岩壁上留下环状切削槽，两槽之间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的岩石在削刀侧向挤压力的岩石在削刀侧向挤压力的岩石在削刀侧向挤压力R R的

10、作用下而剪切破坏。的作用下而剪切破坏。的作用下而剪切破坏。的作用下而剪切破坏。第8页/共40页2023/4/2510TBMTBM的优缺点的优缺点的优缺点的优缺点n n优点：优点：优点：优点：快速快速-约为钻爆法的约为钻爆法的46倍；倍；优质优质-洞壁光滑，超挖洞壁光滑，超挖量少量少；高效高效-节约衬砌，节约节约衬砌，节约人工劳动；人工劳动；安全安全-安全性加大，作安全性加大，作业环境安全；业环境安全；环保环保-非爆破开挖，尘非爆破开挖，尘土、气体、噪音土、气体、噪音 污染少，污染少，减少辅助洞室，减少辅助洞室，减少地表破坏；减少地表破坏；自动化、信息化程度高。自动化、信息化程度高。第9页/共4

11、0页2023/4/2511n n缺点：缺点：缺点：缺点：1、设备购置及使用成本大；、设备购置及使用成本大；2、施工途中不能改变开挖半径；、施工途中不能改变开挖半径；3、地质适应性较差、地质适应性较差;4、断面适应性较差、断面适应性较差;5、运输困难。、运输困难。第10页/共40页TBMTBM施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水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平，其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘平，其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘平

12、，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，世界进机技术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界进机技术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界进机技术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界上采用上采用上采用上采用TBMTBM施工的隧道超过施工的隧道超过施工的隧道超过施工的隧道超过10001000座，总长度超过座，总长度超过座，总长度超过座，总长度超过4000km4000km，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之一。一。一。一。1.1.

13、国外典型应用国外典型应用国外典型应用国外典型应用英吉利海峡隧道英吉利海峡隧道英吉利海峡隧道英吉利海峡隧道由由由由2 2条外径条外径条外径条外径8.6m8.6m单线铁路隧道与单线铁路隧道与单线铁路隧道与单线铁路隧道与1 1条外径条外径条外径条外径5.6m5.6m辅助隧道辅助隧道辅助隧道辅助隧道组成。全长组成。全长组成。全长组成。全长48.5km48.5km，海底段长，海底段长，海底段长，海底段长37.5km37.5km，隧道最深处在，隧道最深处在，隧道最深处在，隧道最深处在海平面下海平面下海平面下海平面下100m100m，全部采用，全部采用，全部采用，全部采用TBMTBM施工。英国侧施工。英国侧

14、施工。英国侧施工。英国侧6 6台，岸台，岸台，岸台，岸边段边段边段边段3 3台海底段台海底段台海底段台海底段3 3台台台台(单向推进单向推进单向推进单向推进21.2km)21.2km)。法国侧。法国侧。法国侧。法国侧5 5台，岸台，岸台，岸台，岸边段边段边段边段2 2台海底段台海底段台海底段台海底段3 3台。最深处需承受台。最深处需承受台。最深处需承受台。最深处需承受10atm10atm水压力，平均水压力，平均水压力，平均水压力，平均月进尺月进尺月进尺月进尺1000m/1000m/月。月。月。月。隧道建成标志着隧道建成标志着隧道建成标志着隧道建成标志着TBMTBM施工技术的最高水平，也是融合施

15、工技术的最高水平，也是融合施工技术的最高水平，也是融合施工技术的最高水平，也是融合英、美、法、德等国英、美、法、德等国英、美、法、德等国英、美、法、德等国TBMTBM施工技术于一体的最高成就。施工技术于一体的最高成就。施工技术于一体的最高成就。施工技术于一体的最高成就。国内外应用概况国内外应用概况第11页/共40页2.2.国内应用国内应用国内应用国内应用国内国内TBM研发制造始于二十研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生产世纪六十年代中期，共生产10余台直径余台直径2.55.8m的的TBM，先，先后用于下列水电与煤矿井巷工后用于下列水电与煤矿井巷工程。国产机型月均进尺程。国产机型月均进尺203

16、00m，累计总掘进长度，累计总掘进长度12km。uu云南西洱河水电站引水隧道云南西洱河水电站引水隧道云南西洱河水电站引水隧道云南西洱河水电站引水隧道uu引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道uu引大入秦总干渠引大入秦总干渠引大入秦总干渠引大入秦总干渠3838号隧道号隧道号隧道号隧道uu北京落坡岭水电工程北京落坡岭水电工程北京落坡岭水电工程北京落坡岭水电工程uu贵州猫跳河水电站引水隧道贵州猫跳河水电站引水隧道贵州猫跳河水电站引水隧道贵州猫跳河水电站引水隧道uu福建龙门滩引水隧道福建龙门滩引水

17、隧道福建龙门滩引水隧道福建龙门滩引水隧道uu江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿 第12页/共40页uu甘肃引大入秦水磨沟输水隧道甘肃引大入秦水磨沟输水隧道甘肃引大入秦水磨沟输水隧道甘肃引大入秦水磨沟输水隧道5.54m5.54m；11649m11649m；RobbinsRobbins双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBM；最高月进尺；最高月进尺；最高月进尺；最高月进尺1300.8m/1300.8m/月月月月 uu辽宁大伙房引水工程辽宁大伙房引水工程辽宁大伙房引水工程

18、辽宁大伙房引水工程 全长全长全长全长85.32km85.32km，3 3台台台台8.0m8.0m开开开开敞式敞式敞式敞式 uu新疆大阪输水隧道工程新疆大阪输水隧道工程新疆大阪输水隧道工程新疆大阪输水隧道工程 全长全长全长全长30.68km30.68km，德国海瑞，德国海瑞，德国海瑞，德国海瑞克双护盾克双护盾克双护盾克双护盾TBMTBMuu青海引大济湟总干渠工程青海引大济湟总干渠工程青海引大济湟总干渠工程青海引大济湟总干渠工程 德国德国德国德国WirthWirth双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBM，5.93m5.93m，全长，全长，全长，全长19.94km19.94kmuu西康铁路秦岭西康铁路

19、秦岭西康铁路秦岭西康铁路秦岭线隧道线隧道线隧道线隧道 掘进掘进掘进掘进5.621km5.621km，8.8m8.8m开敞开敞开敞开敞式式式式TBMTBMuu西安南京铁路桃花铺西安南京铁路桃花铺西安南京铁路桃花铺西安南京铁路桃花铺1 1号隧道号隧道号隧道号隧道 掘进掘进掘进掘进7.23km,7.23km,机型同机型同机型同机型同上上上上 uu西安南京铁路磨沟岭隧道西安南京铁路磨沟岭隧道西安南京铁路磨沟岭隧道西安南京铁路磨沟岭隧道 掘进掘进掘进掘进6.11km,6.11km,机型同上机型同上机型同上机型同上 uu南疆铁路吐库二线中天山隧道南疆铁路吐库二线中天山隧道南疆铁路吐库二线中天山隧道南疆铁路

20、吐库二线中天山隧道 机型同上机型同上机型同上机型同上 uu兰渝铁路西秦岭隧道兰渝铁路西秦岭隧道兰渝铁路西秦岭隧道兰渝铁路西秦岭隧道10.23mRobbins10.23mRobbins开敞式开敞式开敞式开敞式TBMTBMuu沈阳在建地铁九号线沈阳在建地铁九号线沈阳在建地铁九号线沈阳在建地铁九号线 中铁重工制造中铁重工制造中铁重工制造中铁重工制造 行健号行健号行健号行健号 第13页/共40页4.楔齿型与球齿型滚刀破岩原理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最初由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏最初由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏最初由楔齿尖端在

21、滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩石的表面，切人深度为岩石的表面，切人深度为岩石的表面，切人深度为岩石的表面，切人深度为。然后由齿尖的楔入力继续。然后由齿尖的楔入力继续。然后由齿尖的楔入力继续。然后由齿尖的楔入力继续引起剪切破坏，楔入深度为引起剪切破坏，楔入深度为引起剪切破坏，楔入深度为引起剪切破坏，楔入深度为h h。由于各齿环的齿节是。由于各齿环的齿节是。由于各齿环的齿节是。由于各齿环的齿节是不同的，因此加大了楔齿的破岩效果。球齿型滚刀的不同的，因此加大了楔齿的破岩效果。球齿型滚刀的不同的，因此加大了楔齿的破岩效果。球齿型滚刀的不同的，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

22、相同，适用于硬岩掘进。破岩原理与楔齿型滚刀相同，适用于硬岩掘进。破岩原理与楔齿型滚刀相同，适用于硬岩掘进。破岩原理与楔齿型滚刀相同，适用于硬岩掘进。第14页/共40页2023/4/2516 TBMTBM的结构类型，构造和工作原理的结构类型，构造和工作原理的结构类型，构造和工作原理的结构类型，构造和工作原理一、全断面一、全断面TBMTBM第15页/共40页 TBMTBM基本构造基本构造基本构造基本构造TBMTBM由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调由破岩机构、推进机构、岩碴装运机构、导向调向机构及吸尘、通风

23、装置等几部分组成。向机构及吸尘、通风装置等几部分组成。向机构及吸尘、通风装置等几部分组成。向机构及吸尘、通风装置等几部分组成。1.1.破岩机构破岩机构破岩机构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。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。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。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。2.2.推进机构推进机构推进机构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。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。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

24、向。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。第16页/共40页3.出碴机构出碴机构破岩形成的片状石碴，由安装在刀盘上的铲碴斗铲起，破岩形成的片状石碴，由安装在刀盘上的铲碴斗铲起，破岩形成的片状石碴，由安装在刀盘上的铲碴斗铲起，破岩形成的片状石碴，由安装在刀盘上的铲碴斗铲起，铲斗旋转到顶部卸入集料斗，经皮带机装车运出洞外。铲斗旋转到顶部卸入集料斗，经皮带机装车运出洞外。铲斗旋转到顶部卸入集料斗，经皮带机装车运出洞外。铲斗旋转到顶部卸入集料斗，经皮带机装车运出洞外。4.导向及调向机构导向及调向机构导向机构是用来指示和校核掘进机推进的方向，使其导向机构是用来指示和校核掘进机推进的方

25、向，使其导向机构是用来指示和校核掘进机推进的方向，使其导向机构是用来指示和校核掘进机推进的方向，使其保证符合设计的轴线和坡度的要求。保证符合设计的轴线和坡度的要求。保证符合设计的轴线和坡度的要求。保证符合设计的轴线和坡度的要求。5.通风及吸尘装置通风及吸尘装置掘进机工作时将产生大量的热量与粉尘。故对通风、掘进机工作时将产生大量的热量与粉尘。故对通风、掘进机工作时将产生大量的热量与粉尘。故对通风、掘进机工作时将产生大量的热量与粉尘。故对通风、降尘要求较高。一般在刀盘头部安装有吸尘设备和喷降尘要求较高。一般在刀盘头部安装有吸尘设备和喷降尘要求较高。一般在刀盘头部安装有吸尘设备和喷降尘要求较高。一般

26、在刀盘头部安装有吸尘设备和喷水装置，掘进时连续喷水降尘。机房内专设通风降温水装置，掘进时连续喷水降尘。机房内专设通风降温水装置，掘进时连续喷水降尘。机房内专设通风降温水装置，掘进时连续喷水降尘。机房内专设通风降温设备。设备。设备。设备。第17页/共40页 全断面全断面TBM分类分类uu开敞式开敞式TBM：配置钢拱架安装：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。常用于器与喷锚等辅助设备。常用于硬岩，采取有效支护手段后也硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧道。可应用于软岩隧道。uu双护盾双护盾TBM：适用于各种地质，：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地

27、层或软硬岩交互地层。uu单护盾单护盾TBM：常用于劣质地层。：常用于劣质地层。单护盾单护盾TBM推进时利用管片作推进时利用管片作支撑，其原理类似于盾构。与支撑，其原理类似于盾构。与双护盾双护盾TBM相比，掘进与安装相比，掘进与安装管片不能同时进行。管片不能同时进行。uu微型微型微型微型TBMTBM：0.253.00m0.253.00muu中型中型中型中型TBMTBM：3.08.0m3.08.0muu巨型巨型巨型巨型TBMTBM：大于大于大于大于8.0m8.0m第18页/共40页Single Shield TBM 护盾；护盾；液压推进油缸；液压推进油缸；管片；管片；刀盘；刀盘；装渣斗；装渣斗；皮

28、带输送机皮带输送机第19页/共40页Double Shield TBM 可伸缩护盾；可伸缩护盾；刀盘；刀盘；活动支撑鞋；活动支撑鞋；辅助推进油缸；辅助推进油缸；管片管片第20页/共40页Gripper TBM支撑鞋；支撑鞋；钢支架举升器；钢支架举升器；锚杆安装机构；锚杆安装机构；钢筋网举升器钢筋网举升器第21页/共40页2023/4/2523自由断面自由断面TBMTBM第22页/共40页2023/4/2524自由断面自由断面自由断面自由断面TBMTBM的优缺点的优缺点的优缺点的优缺点优点优点：开挖断面形状自由；开挖断面形状自由；易于适应地质条件易于适应地质条件的变化；的变化；开挖速度快；开挖速

29、度快；围岩松弛少；围岩松弛少；噪声、振动少；噪声、振动少；轻量、小型、机动轻量、小型、机动性好；性好；人员少，安全性高；人员少，安全性高；机械购置费用低。机械购置费用低。第23页/共40页2023/4/2525n n缺点缺点：地质条件的适用范围小；地质条件的适用范围小；地质条件的适用范围小；地质条件的适用范围小；发生粉尘；发生粉尘；发生粉尘；发生粉尘；有涌水时易于泥化；有涌水时易于泥化；有涌水时易于泥化；有涌水时易于泥化；第24页/共40页1TBM施工主要流程施工主要流程施工准备施工准备施工准备施工准备全断面开挖与出渣全断面开挖与出渣全断面开挖与出渣全断面开挖与出渣外层管片式衬砌或初外层管片式

30、衬砌或初外层管片式衬砌或初外层管片式衬砌或初期支护期支护期支护期支护TBMTBM前推前推前推前推管片外灌浆或二次衬砌管片外灌浆或二次衬砌管片外灌浆或二次衬砌管片外灌浆或二次衬砌2Robbins开敞式开敞式TBM循环作业循环作业流程流程STEP 1:STEP 1:作业开始。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀作业开始。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀作业开始。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀作业开始。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀盘转动，推进油缸伸出，盘转动，推进油缸伸出，盘转动，推进油缸伸出，盘转动，推进油缸伸出，TBMTBM前部前移一个作业行程前部前移一个作业行程前部前移一个作

31、业行程前部前移一个作业行程STEP 2:STEP 2:准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重STEP 3:STEP 3:主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位STEP 4:STEP 4:主支撑回位后伸出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，主支撑回位后伸出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，主支撑回位后伸出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，主支撑回位后伸

32、出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，TBMTBM定位找正，坡道上必要时先定坡度。定位找正，坡道上必要时先定坡度。定位找正，坡道上必要时先定坡度。定位找正，坡道上必要时先定坡度。STEP 5:STEP 5:返回第一步，返回第一步，返回第一步，返回第一步，TBMTBM准备下一循环掘进。准备下一循环掘进。准备下一循环掘进。准备下一循环掘进。TBM法隧道的施工法隧道的施工流程、技术要点和辅流程、技术要点和辅助工法助工法第25页/共40页 掘进机法施工技术掘进机法施工技术要求要求1基本原则基本原则TBMTBM掘进断面大可达掘进断面大可达掘进断面大可达掘进断面大可达10m10m以上，小仅为以上，小仅为以上，小仅

33、为以上，小仅为1.8m1.8m。由于。由于。由于。由于TBMTBM与辅助施工技术日臻完善以及现代高科技成果与辅助施工技术日臻完善以及现代高科技成果与辅助施工技术日臻完善以及现代高科技成果与辅助施工技术日臻完善以及现代高科技成果(液液液液压新技术、电子技术与材料科学技术等压新技术、电子技术与材料科学技术等压新技术、电子技术与材料科学技术等压新技术、电子技术与材料科学技术等)的应用大大提的应用大大提的应用大大提的应用大大提高了高了高了高了TBMTBM对各种困难条件的适应性，因此简单从开挖对各种困难条件的适应性，因此简单从开挖对各种困难条件的适应性，因此简单从开挖对各种困难条件的适应性，因此简单从开

34、挖可能性来考虑可能性来考虑可能性来考虑可能性来考虑TBMTBM的适用范围是不全面的。的适用范围是不全面的。的适用范围是不全面的。的适用范围是不全面的。1.1.判定依据判定依据判定依据判定依据隧道围岩的抗压强度、裂缝状态、涌水状态等岩性条隧道围岩的抗压强度、裂缝状态、涌水状态等岩性条隧道围岩的抗压强度、裂缝状态、涌水状态等岩性条隧道围岩的抗压强度、裂缝状态、涌水状态等岩性条件件件件机械构造、机械构造、机械构造、机械构造、TBMTBM直径等机械条件；直径等机械条件；直径等机械条件；直径等机械条件；隧道断面、长度、位置状况、地址条件等。隧道断面、长度、位置状况、地址条件等。隧道断面、长度、位置状况、

35、地址条件等。隧道断面、长度、位置状况、地址条件等。2.2.TBMTBM工法选用流程工法选用流程工法选用流程工法选用流程(参见下页流程图参见下页流程图参见下页流程图参见下页流程图)第26页/共40页 初步调查初步调查 地质构造分析地质构造分析 地表调查地表调查弹性波速度弹性波速度阻抗试验阻抗试验钻孔调查钻孔调查开挖直径开挖直径刀具直径与数量刀具直径与数量马达刀具转速马达刀具转速后续设备等后续设备等循环、支护辅助循环、支护辅助工法、临时设计工法、临时设计 与钻爆法比较与钻爆法比较 线路决定线路决定 地质调查地质调查 当地条件当地条件 TBM规格决定规格决定 施工计划施工计划 经济分析经济分析 实施

36、计划实施计划 变更线路变更线路 其他方法其他方法 NoYesTBM工工法法研研究究流流程程框框图图第27页/共40页 二、工程地质条件二、工程地质条件主要调查影响主要调查影响主要调查影响主要调查影响TBMTBM使用的地质条件。使用的地质条件。使用的地质条件。使用的地质条件。1.1.影响影响影响影响TBMTBM选用的地质因素选用的地质因素选用的地质因素选用的地质因素隧道地压。是否存在塑性地压？隧道地压。是否存在塑性地压？隧道地压。是否存在塑性地压？隧道地压。是否存在塑性地压？指标：围岩强度比指标：围岩强度比指标：围岩强度比指标：围岩强度比(软岩软岩软岩软岩)；围岩抗剪强度比；围岩抗剪强度比；围岩

37、抗剪强度比；围岩抗剪强度比(似砂土软似砂土软似砂土软似砂土软岩岩岩岩)围岩强度比围岩强度比围岩强度比围岩强度比断层破碎带、软弱泥岩以及蛇纹岩等膨胀性岩层掘进困难断层破碎带、软弱泥岩以及蛇纹岩等膨胀性岩层掘进困难断层破碎带、软弱泥岩以及蛇纹岩等膨胀性岩层掘进困难断层破碎带、软弱泥岩以及蛇纹岩等膨胀性岩层掘进困难涌水状态。涌水范围、大小与压力会造成工作面崩塌涌水状态。涌水范围、大小与压力会造成工作面崩塌涌水状态。涌水范围、大小与压力会造成工作面崩塌涌水状态。涌水范围、大小与压力会造成工作面崩塌与承载力低下，应慎用。与承载力低下，应慎用。与承载力低下，应慎用。与承载力低下，应慎用。2挤出性挤出性膨胀

38、性围岩膨胀性围岩2 4轻微挤出性轻微挤出性地压大的围岩地压大的围岩4 10地压大地压大有地压的围岩有地压的围岩10几乎无地压的围岩几乎无地压的围岩第28页/共40页2.2.影响影响影响影响TBMTBM效率的地质因素效率的地质因素效率的地质因素效率的地质因素岩石强度。开挖难易一般用抗压强度来判定。刀具消岩石强度。开挖难易一般用抗压强度来判定。刀具消岩石强度。开挖难易一般用抗压强度来判定。刀具消岩石强度。开挖难易一般用抗压强度来判定。刀具消耗应考虑岩石中石英粒范围、大小与抗拉强度等判断。耗应考虑岩石中石英粒范围、大小与抗拉强度等判断。耗应考虑岩石中石英粒范围、大小与抗拉强度等判断。耗应考虑岩石中石

39、英粒范围、大小与抗拉强度等判断。岩层裂隙。岩层节理、层理、片理对开挖效率影响极岩层裂隙。岩层节理、层理、片理对开挖效率影响极岩层裂隙。岩层节理、层理、片理对开挖效率影响极岩层裂隙。岩层节理、层理、片理对开挖效率影响极大。裂隙适度发育的岩层，即使抗压强度大也能进行大。裂隙适度发育的岩层，即使抗压强度大也能进行大。裂隙适度发育的岩层，即使抗压强度大也能进行大。裂隙适度发育的岩层，即使抗压强度大也能进行较为有效的开挖。较为有效的开挖。较为有效的开挖。较为有效的开挖。岩石硬度。一般地，对于岩石硬度。一般地，对于岩石硬度。一般地，对于岩石硬度。一般地，对于q q100MPa100MPa的岩层，其石英的岩

40、层，其石英的岩层，其石英的岩层，其石英含量较多、粒径较大，刀具磨耗很大。含量较多、粒径较大，刀具磨耗很大。含量较多、粒径较大，刀具磨耗很大。含量较多、粒径较大，刀具磨耗很大。破碎带等恶劣条件。在破碎带、风化带等难于自稳的破碎带等恶劣条件。在破碎带、风化带等难于自稳的破碎带等恶劣条件。在破碎带、风化带等难于自稳的破碎带等恶劣条件。在破碎带、风化带等难于自稳的困难条件下进行机械开挖，均需采取辅助施工方法配困难条件下进行机械开挖，均需采取辅助施工方法配困难条件下进行机械开挖，均需采取辅助施工方法配困难条件下进行机械开挖，均需采取辅助施工方法配合施工。特别是在有涌水的条件下更为困难，拱顶崩合施工。特别

41、是在有涌水的条件下更为困难，拱顶崩合施工。特别是在有涌水的条件下更为困难，拱顶崩合施工。特别是在有涌水的条件下更为困难，拱顶崩塌、机体下沉、支承反力降低等问题时有发生。塌、机体下沉、支承反力降低等问题时有发生。塌、机体下沉、支承反力降低等问题时有发生。塌、机体下沉、支承反力降低等问题时有发生。二、工程地质条件二、工程地质条件(续续)第29页/共40页3.3.TBMTBM适用范围适用范围适用范围适用范围一般只适用于圆形断面隧道，只有铣削滚筒式掘进机一般只适用于圆形断面隧道，只有铣削滚筒式掘进机一般只适用于圆形断面隧道，只有铣削滚筒式掘进机一般只适用于圆形断面隧道，只有铣削滚筒式掘进机可在软岩中掘

42、进非圆形断面隧道。可在软岩中掘进非圆形断面隧道。可在软岩中掘进非圆形断面隧道。可在软岩中掘进非圆形断面隧道。开挖隧道直径开挖隧道直径开挖隧道直径开挖隧道直径1.812m1.812m之间，以直径之间，以直径之间，以直径之间，以直径36m36m最为成熟。最为成熟。最为成熟。最为成熟。一次性连续开挖长度不宜短于一次性连续开挖长度不宜短于一次性连续开挖长度不宜短于一次性连续开挖长度不宜短于1km1km，也不宜长于，也不宜长于，也不宜长于，也不宜长于10km10km，以，以，以，以38km38km最佳。最佳。最佳。最佳。适用于中硬岩层，岩石单轴抗压强度介于适用于中硬岩层，岩石单轴抗压强度介于适用于中硬岩

43、层，岩石单轴抗压强度介于适用于中硬岩层，岩石单轴抗压强度介于20250MPa20250MPa，尤以，尤以，尤以，尤以50100MPa50100MPa最佳。最佳。最佳。最佳。地质条件对地质条件对地质条件对地质条件对TBMTBM掘进效率影响很大。在良好岩层中月掘进效率影响很大。在良好岩层中月掘进效率影响很大。在良好岩层中月掘进效率影响很大。在良好岩层中月进尺可达进尺可达进尺可达进尺可达500600m500600m，而在破碎岩层中只有，而在破碎岩层中只有，而在破碎岩层中只有，而在破碎岩层中只有100m100m左右，左右，左右，左右，在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停机处理。在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停

44、机处理。在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停机处理。在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停机处理。选用选用选用选用TBMTBM开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。二、工程地质条件二、工程地质条件(续续)第30页/共40页3机械条件机械条件uTBM不仅受地质条件约束，还不仅受地质条件约束，还受到开挖直径、开挖机构的约受到开挖直径、开挖机构的约束。束。u在硬岩中开挖大直径隧道很是在硬岩中开挖大直径隧道很是困难。日本实例的最大直径仅困难。日本实例的最大直径仅为为5m左右。左右。u目前目前TBM多数是单轴回转式。多数是单轴回

45、转式。若开挖直径越大，刀头内周与若开挖直径越大，刀头内周与外周的周差速越大，将对刀头外周的周差速越大，将对刀头产生种种不良影响。产生种种不良影响。u随着开挖直径的增大，需要增随着开挖直径的增大，需要增大推力，支撑靴也要增大，将大推力，支撑靴也要增大，将导致运输困难与承载力问题。导致运输困难与承载力问题。第31页/共40页4开挖长度开挖长度uTBM进场需经历运输、组装等进场需经历运输、组装等过程。根据其直径与型式、运过程。根据其直径与型式、运输途径、组装基地状况等不同，输途径、组装基地状况等不同，需准备需准备12个月。个月。uTBM后续设备长后续设备长100200m，为正规地进行掘进也需先筑一为

46、正规地进行掘进也需先筑一段长段长200m左右的隧道。左右的隧道。u隧道长度小于隧道长度小于1000m时，其运时，其运行成本急剧增大。达行成本急剧增大。达3000m左左右时的成本大致是一定的。右时的成本大致是一定的。u国外在断面国外在断面1030m2、长、长1000km以上的隧道开挖，优先以上的隧道开挖，优先考虑采用考虑采用TBM施工。施工。u最佳开挖长度为最佳开挖长度为3000km以上，以上，短隧道慎用。短隧道慎用。第32页/共40页 五五.工程所在地的道路设施工程所在地的道路设施uuTBMTBM的运输与组装要求注意工程所在地的基础设施条的运输与组装要求注意工程所在地的基础设施条的运输与组装要

47、求注意工程所在地的基础设施条的运输与组装要求注意工程所在地的基础设施条件。搬运计划应考虑道路宽度、高度与重量等限制，件。搬运计划应考虑道路宽度、高度与重量等限制，件。搬运计划应考虑道路宽度、高度与重量等限制，件。搬运计划应考虑道路宽度、高度与重量等限制，根据组装条件充分调查运输时的分割方法根据组装条件充分调查运输时的分割方法根据组装条件充分调查运输时的分割方法根据组装条件充分调查运输时的分割方法(即最小分割即最小分割即最小分割即最小分割尺寸与重量尺寸与重量尺寸与重量尺寸与重量)。uuTBMTBM一般在工厂试组装、试运输后分割。分割重量约一般在工厂试组装、试运输后分割。分割重量约一般在工厂试组装

48、、试运输后分割。分割重量约一般在工厂试组装、试运输后分割。分割重量约为为为为35t35t，断面，断面，断面，断面3.53.5m3.53.5m左右。左右。左右。左右。uuTBMTBM施工电耗较高，约为同规模其他工法施工的双车施工电耗较高，约为同规模其他工法施工的双车施工电耗较高，约为同规模其他工法施工的双车施工电耗较高，约为同规模其他工法施工的双车道隧道的道隧道的道隧道的道隧道的1.51.5倍，规划时应充分考虑。倍，规划时应充分考虑。倍，规划时应充分考虑。倍，规划时应充分考虑。6TBM选用应考虑的条件选用应考虑的条件工程规模：隧道形状、长度、直径、埋深、走向；工程规模：隧道形状、长度、直径、埋深

49、、走向；工程规模：隧道形状、长度、直径、埋深、走向；工程规模：隧道形状、长度、直径、埋深、走向；地质情况：岩石类型与强度、节理分布与发育程度、地质情况：岩石类型与强度、节理分布与发育程度、地质情况：岩石类型与强度、节理分布与发育程度、地质情况：岩石类型与强度、节理分布与发育程度、断层、暗河、溶洞、地下水分布、已有地表建筑、河断层、暗河、溶洞、地下水分布、已有地表建筑、河断层、暗河、溶洞、地下水分布、已有地表建筑、河断层、暗河、溶洞、地下水分布、已有地表建筑、河流等流等流等流等基础设施：交通运输能力、水电来源、进出洞口场地基础设施：交通运输能力、水电来源、进出洞口场地基础设施：交通运输能力、水电

50、来源、进出洞口场地基础设施：交通运输能力、水电来源、进出洞口场地施工进度与企业能力施工进度与企业能力施工进度与企业能力施工进度与企业能力(制造维修、经济、施工管理与习制造维修、经济、施工管理与习制造维修、经济、施工管理与习制造维修、经济、施工管理与习惯惯惯惯)第33页/共40页 掘进机法施工要点掘进机法施工要点1TBM施工管理措施施工管理措施TBMTBM工厂化施工是一项管理系统工程。施工与设备管工厂化施工是一项管理系统工程。施工与设备管工厂化施工是一项管理系统工程。施工与设备管工厂化施工是一项管理系统工程。施工与设备管理水平的提高是其高效率与高效益的保证。在一般地理水平的提高是其高效率与高效益