隧道工程第九章-隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工課件

9隧道工程SUIDAOGONGCHENG『第九章▎隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）施工『9.1▎概述『9.2▎敞開式掘進(jìn)機(jī)基本構(gòu)造『9.3▎掘進(jìn)『9.4▎襯砌施工『9.5▎不良地質(zhì)地段施工『9.6▎掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)坑超前擴(kuò)挖法9隧道工程上海地鐵隧道運(yùn)用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工上海地鐵隧道運(yùn)用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工『9.1▎概述隧道掘進(jìn)機(jī)法：不采用爆破方法，而是采用專門的大型掘進(jìn)機(jī)開挖隧道的方法。有的適用于軟弱不穩(wěn)定地層，稱為（機(jī)械化）盾構(gòu)，目前盾構(gòu)在我國(guó)的交通隧道施工中，一般還只用于城市地鐵施工。有的適用于堅(jiān)硬巖石地層，習(xí)慣上所說的隧道掘進(jìn)機(jī)就是指這類巖石掘進(jìn)機(jī)(TunnelBoringMachine)，簡(jiǎn)稱TBM。掘進(jìn)機(jī)包括：1.機(jī)械盾構(gòu)：適用于軟弱不穩(wěn)定地層；2.巖石掘進(jìn)機(jī)：適用于堅(jiān)硬巖石地層?！?.1▎概述隧道掘進(jìn)機(jī)法：不采用爆破方法，而是采用專一、TBM發(fā)展歷史簡(jiǎn)介隧道掘進(jìn)機(jī)(TunnelBoringMachine

)是一種用機(jī)械破碎巖石、出碴與支護(hù)實(shí)行連續(xù)作業(yè)的綜合設(shè)備，它是由盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。1818年英國(guó)布魯諾(Brunel)受蛀蟲鉆孔啟示，最早提出盾構(gòu)雛形與施工方法。1846年意大利人Maus發(fā)明隧道掘進(jìn)機(jī)(盾構(gòu))。1851年美國(guó)人查理士·威爾遜研制出TBM試用于花崗巖掘進(jìn)未獲成功。1881年波蒙特開發(fā)出壓縮空氣式TBM，成功用于英吉利海峽隧道直徑2.1m的勘探導(dǎo)坑。美國(guó)羅賓斯(Robbins)公司1952年研制出第一臺(tái)軟巖TBM，1956年又成功研制中硬巖TBM。一、TBM發(fā)展歷史簡(jiǎn)介二、國(guó)外主要制造商德國(guó)威爾特(Wirth)公司德國(guó)德馬克(Dcmag)公司美國(guó)羅賓斯(Robbins)公司美國(guó)賈瓦(Jarva)公司德國(guó)海瑞克(Herrenknecht)公司加拿大拉瓦特(Lovat)公司日本三菱重工(Mitsubishi

Heavy

Industries)

第三章隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工

二、國(guó)外主要制造商第三章隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工美國(guó)ROBBINS公司1951年成立，專長(zhǎng)生產(chǎn)硬巖TBM。直徑范圍2~11.87M。生產(chǎn)了400多臺(tái)開敞式硬巖TBM，掘進(jìn)長(zhǎng)度2500KM；生產(chǎn)了35臺(tái)雙護(hù)盾TBM，掘進(jìn)長(zhǎng)度359KM。德國(guó)WIRTH公司1955年成立，專長(zhǎng)生產(chǎn)硬巖TBM。生產(chǎn)了120臺(tái)硬巖TBM，掘進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)600KM。加拿大拉羅威特LOVAT公司1992年成立，專長(zhǎng)生產(chǎn)盾構(gòu)TBM。共生產(chǎn)了200臺(tái)盾構(gòu)TBM，掘進(jìn)長(zhǎng)度1000KM。日本主要盾構(gòu)TBM生產(chǎn)廠家日本川琦重工、小松、日立施工機(jī)械、三菱重工等公司專長(zhǎng)生產(chǎn)各種盾構(gòu)TBM。美國(guó)ROBBINS公司加拿大拉羅威特LOVAT公司德國(guó)海瑞克HERRENKNECTHTAG公司1977年成立，專長(zhǎng)生產(chǎn)盾構(gòu)TBM。1985年研制出能在地下水位下工作的大直徑TBM。1988年制造出直徑大于10M的混合盾構(gòu)TBM。德國(guó)海瑞克HERRENKNECTHTAG公司三、掘進(jìn)機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

TBM施工法始于二十世紀(jì)三十年代，限于機(jī)械技術(shù)水平，其應(yīng)用實(shí)例甚少。五六十年代隨著機(jī)械工業(yè)與掘進(jìn)機(jī)技術(shù)水平的不斷提高發(fā)展較快。迄今為止，世界上采用TBM施工的隧道超過1000座，總長(zhǎng)度超過4000km，以逐步成為長(zhǎng)大隧道修建的主要施工方法之一。國(guó)外典型應(yīng)用——英吉利海峽隧道

由2條外徑8.6m單線鐵路隧道與1條外徑5.6m輔助隧道組成。全長(zhǎng)48.5km，海底段長(zhǎng)37.5km，隧道最深處在海平面下100m，全部采用TBM施工。英國(guó)側(cè)6臺(tái)，岸邊段3臺(tái)海底段3臺(tái)(單向推進(jìn)21.2km)。法國(guó)側(cè)5臺(tái)，岸邊段2臺(tái)海底段3臺(tái)。最深處需承受10atm水壓力，平均月進(jìn)尺1000m/月。 隧道建成標(biāo)志著TBM施工技術(shù)的最高水平，也是融合英、美、法、德等國(guó)TBM施工技術(shù)于一體的最高成就。三、掘進(jìn)機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 TBM施工法始于

國(guó)內(nèi)應(yīng)用國(guó)內(nèi)TBM研發(fā)制造始于二十世紀(jì)六十年代中期，共生產(chǎn)10余臺(tái)直徑2.5~5.8m的TBM，先后用于下列水電與煤礦井巷工程。國(guó)產(chǎn)機(jī)型月均進(jìn)尺20~300m，累計(jì)總掘進(jìn)長(zhǎng)度12km。云南西洱河水電站引水隧道引灤入津新王莊隧道陡河電站的引水隧道引大入秦總干渠38號(hào)隧道北京落坡嶺水電工程貴州貓?zhí)铀娬疽淼栏＝堥T灘引水隧道江西萍鄉(xiāng)、山西懷仁、山西古交、云南羊場(chǎng)煤礦國(guó)內(nèi)應(yīng)用

國(guó)內(nèi)應(yīng)用(續(xù))甘肅引大入秦水磨溝輸水隧道[Φ5.54m；11649m；Robbins雙護(hù)盾TBM；最高月進(jìn)尺1300.8m/月]引黃入晉總干6、7、8號(hào)與南干4、5、6、7號(hào)隧道[Robbins雙護(hù)盾TBM，總長(zhǎng)122km，最高月進(jìn)尺1637m/月，日掘進(jìn)113m/日]遼寧大伙房引水工程[全長(zhǎng)85.32km，3臺(tái)Φ8.0m開敞式]新疆大阪輸水隧道工程[全長(zhǎng)30.68km，德國(guó)海瑞克雙護(hù)盾TBM]青海引大濟(jì)湟總干渠工程[德國(guó)Wirth雙護(hù)盾TBM，Φ5.93m，全長(zhǎng)19.94km]西康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道[掘進(jìn)5.621km，Φ8.8m開敞式TBM]西安南京鐵路桃花鋪1號(hào)隧道[掘進(jìn)7.23km,機(jī)型同上]西安南京鐵路磨溝嶺隧道[掘進(jìn)6.11km,機(jī)型同上]南疆鐵路吐庫(kù)二線中天山隧道[機(jī)型同上]蘭渝鐵路西秦嶺隧道[Φ10.23mRobbins開敞式TBM]重慶地鐵一號(hào)線[2臺(tái)Φ6.36m開敞式TBM]國(guó)內(nèi)應(yīng)用(續(xù))（一）國(guó)內(nèi)TBM應(yīng)用1、開敞式硬巖TBM1997年西安－安康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道，隧洞全長(zhǎng)18.452公里TBM：兩臺(tái)德國(guó)WIRTH的TB880E型開敞式硬巖掘進(jìn)機(jī)直徑：8.8m地質(zhì)：混合花崗巖和混合片麻巖，單軸抗壓強(qiáng)度98~325Mpa，隧洞最大埋深達(dá)1600米。工期：1998年1月18日開工，1999年8月29日貫通。最好進(jìn)尺：日40.5米，月528.1米。2000年西安－南京鐵路磨溝嶺隧道，6.112KMTBM：WIRTH，TB880ETBM（一）國(guó)內(nèi)TBM應(yīng)用2、雙護(hù)盾TBM應(yīng)用1988年引大入秦總干30#A和38#隧洞，總長(zhǎng)：16.6KMTBM：一臺(tái)美國(guó)ROBBINS1811256型雙護(hù)TBM直徑：5.54m地質(zhì)：砂礫巖，泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、灰?guī)r、板巖，抗壓強(qiáng)度：26133Mpa.工期：1991年1月開工，1992年

8月貫通。最好進(jìn)尺：日75.2米，月1408米1992年1月引大入秦30A隧洞2、雙護(hù)盾TBM應(yīng)用1988年1992年1月引大入秦30A1993年萬(wàn)家寨引黃總干6#、7#、8#隧洞，總長(zhǎng)21.5KMTBM：一臺(tái)ROBBINS205277型雙護(hù)盾TBM直徑：6.125m地質(zhì)：灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r工期：1994年7月17日開工，1997年9月6日貫通。最好進(jìn)尺：日65.6米，月1084米1996年1月10日引黃工程總干8#洞貫通1993年1996年1月10日引黃工程總干8#洞貫通2000年萬(wàn)家寨引黃工程聯(lián)接段V標(biāo)7#隧洞，長(zhǎng)13.52KMTBM：ROBBINS雙護(hù)盾155274型TBM一臺(tái)直徑：4.82m地質(zhì)：石灰?guī)r工期：2000年12月2日開工，2001年9月27日貫通。最好進(jìn)尺：日113.21米，月1637.52米2001年9月29日V標(biāo)7#隧洞貫通2002年昆明市掌鳩合引水供水工程I標(biāo)上，公山隧洞，康樂隧洞總長(zhǎng)21.56KMTBM：ROBBINS雙護(hù)TBM一臺(tái)直徑：3.655m，地質(zhì)：泥巖、泥質(zhì)板巖2000年2001年9月29日V標(biāo)7#隧洞貫通2002年3、盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用1985年以后，我國(guó)從日本、法國(guó)、德國(guó)相繼引進(jìn)了約16臺(tái)盾構(gòu)（EPB和泥水盾構(gòu)），并與法國(guó)的FCB公司合作生產(chǎn)了7臺(tái)EPB，同時(shí)還研制了3臺(tái)EPB。主要工程：上海地鐵I、II、III號(hào)線；廣州地鐵I、II、III號(hào)線；北京地鐵V號(hào)線；南京地鐵I號(hào)線首臺(tái)國(guó)產(chǎn)地鐵盾構(gòu)機(jī)先行號(hào)3、盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用1985年以后，我國(guó)從日本、法國(guó)、德國(guó)相繼引進(jìn)（二）國(guó)外TBM發(fā)展世界最大的TBM－直徑14.2米混合盾構(gòu)（二）國(guó)外TBM發(fā)展世界最大的TBM－直徑14.2米混合盾構(gòu)微型TBM微型TBM雙圓或三圓TBM雙圓或三圓TBM母子盾構(gòu)TBM橢圓型斷面TBM母子盾構(gòu)TBM橢圓型斷面TBM矩形斷面TBM矩形斷面TBM四、掘進(jìn)機(jī)的施工特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.與鉆爆法相比，掘進(jìn)機(jī)法可適用于較差地質(zhì)條件；2.掘進(jìn)速度快，機(jī)械化程度高；3.顯著改善施工環(huán)境、勞動(dòng)條件好；4.圍巖擾動(dòng)小。最大優(yōu)點(diǎn)是快速，施工速度為常規(guī)鉆爆法的3～10倍。缺點(diǎn)：1.一次投資大，主機(jī)重量大，運(yùn)輸不方便，安裝工作量大；2.短隧道使用不經(jīng)濟(jì)；3.對(duì)地質(zhì)條件的適用性差。四、掘進(jìn)機(jī)的施工特點(diǎn)：五、掘進(jìn)機(jī)的類型山嶺隧道掘進(jìn)機(jī)分全斷面掘進(jìn)機(jī)、臂式掘進(jìn)機(jī)。開敞式TBM：配置鋼拱架安裝器與噴錨等輔助設(shè)備。常用于硬巖，采取有效支護(hù)手段后也可應(yīng)用于軟巖隧道。

雙護(hù)盾TBM：適用于各種地質(zhì)，既能適應(yīng)軟巖，也能適應(yīng)硬巖或軟硬巖交互地層。單護(hù)盾TBM：常用于劣質(zhì)地層。單護(hù)盾TBM推進(jìn)時(shí)利用管片作支撐，其原理類似于盾構(gòu)。與雙護(hù)盾TBM相比，掘進(jìn)與安裝管片不能同時(shí)進(jìn)行。微型TBM：Φ0.25~3.00m中型TBM：Φ3.0~8.0m巨型TBM：大于Φ8.0m五、掘進(jìn)機(jī)的類型山嶺隧道掘進(jìn)機(jī)分全斷面掘進(jìn)機(jī)、臂式掘進(jìn)機(jī)。開

全斷面掘進(jìn)機(jī)分類：1.開敞式：適用于硬巖隧道。2.護(hù)盾式：既能用于軟巖、又能用于硬巖。（1）單護(hù)盾（2）雙護(hù)盾（1）單水平撐靴（2）雙水平撐靴（1）單護(hù)盾（2）雙護(hù)盾（1）單水平撐靴（2）雙水平撐靴（一）開敞式掘進(jìn)機(jī)適用：硬巖隧道1.基本構(gòu)造組成：掘進(jìn)刀盤、主機(jī)架、撐靴（即千斤頂）、出渣輸送機(jī)等。單撐靴式和雙撐靴式。全斷面掘進(jìn)機(jī)『9.2▎盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造（一）開敞式掘進(jìn)機(jī)全斷面掘進(jìn)機(jī)『9.2▎盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造全斷面掘進(jìn)機(jī)全斷面掘進(jìn)機(jī)（1）單水平撐靴掘進(jìn)機(jī)特點(diǎn)：在機(jī)身的水平方向每側(cè)只設(shè)置了一個(gè)水平撐靴，故稱為單撐靴式。基本構(gòu)造：①主梁和掘進(jìn)刀盤支架是掘進(jìn)機(jī)的構(gòu)架，為所用其它構(gòu)件提供安裝支點(diǎn)；②掘進(jìn)刀盤的四周安裝了刀盤護(hù)盾，利用可調(diào)試頂盾、側(cè)盾和下支撐保持一種保持一種浮動(dòng)支撐，從而保證了切削刀盤的穩(wěn)定；③主梁上安裝推力千斤頂和支撐系統(tǒng)。由于每側(cè)只采用了一個(gè)水平撐靴，因此它在掘進(jìn)過程中，方向調(diào)整是隨時(shí)進(jìn)行的，掘進(jìn)的軌跡是曲線。（1）單水平撐靴掘進(jìn)機(jī)（2）雙水平撐靴掘進(jìn)機(jī)特點(diǎn)：在機(jī)身的前后每側(cè)有兩個(gè)水平撐靴，故稱為雙撐靴式?；緲?gòu)造：①主機(jī)架的后端與后下支撐連接，推進(jìn)千斤頂推動(dòng)主機(jī)架及掘進(jìn)刀盤前進(jìn)；②在掘進(jìn)中有兩對(duì)水平撐靴撐緊洞避，因此掘進(jìn)方向一經(jīng)定位，只能沿著直線掘進(jìn)，只有在重新定位后，才能調(diào)整方向，所以掘進(jìn)機(jī)軌跡是折線。（2）雙水平撐靴掘進(jìn)機(jī)水平撐靴的方式：

X型撐靴、T型撐靴等掘進(jìn)機(jī)雙水平撐靴型式水平撐靴的方式：掘進(jìn)機(jī)雙水平撐靴型式2.切削刀盤（掘進(jìn)刀盤）主要組成：（1）刀盤～用于安裝滾刀（2）滾刀～用于擠壓破碎巖石（3）出渣～用刀盤上的鏟斗、鏟齒和刮渣器將石渣送進(jìn)刀盤正面上的進(jìn)渣口，經(jīng)刀盤內(nèi)部的導(dǎo)引板將石渣通過漏斗傳送到皮帶輸送機(jī)上運(yùn)走。3.支撐和推進(jìn)系統(tǒng)（1）支撐系統(tǒng)～即撐靴（2）推進(jìn)系統(tǒng)～推進(jìn)千斤頂4.刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和刀具（1）刀盤的驅(qū)動(dòng)方式①電動(dòng)；②液壓（2）刀具（滾刀）易損件。頻繁更換刀具，會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用增加，且占有掘進(jìn)機(jī)的工作時(shí)間。5后部配套設(shè)備掘進(jìn)機(jī)刀盤示意圖2.切削刀盤（掘進(jìn)刀盤）掘進(jìn)機(jī)刀盤示意圖隧道工程第九章-隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工ppt課件隧道工程第九章-隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工ppt課件隧道工程第九章-隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工ppt課件護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)（二）護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)（二）護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)加拿大羅威特盾構(gòu)機(jī)加拿大羅威特盾構(gòu)機(jī)分單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)、雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)。1.單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)適用：軟巖隧道特點(diǎn)：設(shè)置單護(hù)盾，圖中紅線，向前掘進(jìn)和安裝管片不能同時(shí)進(jìn)行，因而降低了施工進(jìn)度，無(wú)撐靴。分單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)、雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)。單護(hù)盾作用：保護(hù)掘進(jìn)機(jī)和操作人員的安全。單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)工作方式：當(dāng)向前掘進(jìn)時(shí)，需要推進(jìn)千斤頂緊緊的頂住護(hù)盾尾部已安裝的管片，因此管片的安裝必須停止。當(dāng)掘進(jìn)了一個(gè)千斤頂沖程的距離之后，千斤頂縮回，讓出管片環(huán)節(jié)的拼裝空間，進(jìn)行又一輪管片的安裝?？梢娖渲饕秉c(diǎn)是向前掘進(jìn)和安裝管片不能同時(shí)進(jìn)行，因而降低了施工進(jìn)度。單護(hù)盾作用：保護(hù)掘進(jìn)機(jī)和操作人員的安全。單護(hù)盾TBM照片單護(hù)盾TBM照片2.雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)適用：既適用于軟巖，又適用于硬巖，地質(zhì)條件適用性好。特點(diǎn)：設(shè)置兩個(gè)護(hù)盾，圖中紅線、黃線，同時(shí)還設(shè)置撐靴，前護(hù)盾作用：保護(hù)掘進(jìn)機(jī)和操作人員的安全；尾護(hù)盾作用：在軟巖中施工時(shí)，保護(hù)人工拼裝襯砌安全。兩護(hù)盾之間有搭接長(zhǎng)度，供伸縮。2.雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)工作方式：①在硬巖中施工時(shí)利用水平撐靴，支撐洞壁傳遞反力；②在軟巖中施工，利用尾部的推力千斤頂頂推安裝好的襯砌管片向前推進(jìn)；③襯砌管片安裝與掘進(jìn)推進(jìn)可同時(shí)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了開挖與管片安裝的平行作業(yè)。雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)工作方式：雙護(hù)盾TBM照片雙護(hù)盾TBM照片雙護(hù)盾TBM吊裝照片雙護(hù)盾TBM吊裝照片二、臂式掘進(jìn)機(jī)又稱為部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)。特點(diǎn)：切削頭雖小，但可以上下左右自由運(yùn)動(dòng)；在隧道斷面大致相同的情況下，臂式掘進(jìn)機(jī)的基本投資費(fèi)用僅約為全斷面掘進(jìn)機(jī)的15％。適用：任意形狀的斷面，對(duì)地質(zhì)條件要求較低，機(jī)身運(yùn)輸和安裝方便，中短隧道施工更適用。二、臂式掘進(jìn)機(jī)（煤礦隧道挖掘）掘進(jìn)機(jī)（煤礦隧道挖掘）掘進(jìn)機(jī)斗輪掘進(jìn)機(jī)（多用于煤礦業(yè)）斗輪掘進(jìn)機(jī)（多用于煤礦業(yè)）帶懸臂掘進(jìn)機(jī)帶懸臂掘進(jìn)機(jī)一、破巖方式與機(jī)理『9.3▎掘進(jìn)TBM破巖方式主要有：擠壓式與切削式擠壓式 主要是通過水平推進(jìn)油缸使刀盤上的滾刀強(qiáng)行壓入巖體，并在刀盤旋轉(zhuǎn)推進(jìn)過程中聯(lián)合擠壓與剪切作用破碎巖體。 滾刀類型：圓盤型、楔齒形、球齒型切削式 主要利用巖石抗彎、抗剪強(qiáng)度低(僅為抗壓強(qiáng)度的5~10%)的特點(diǎn)，靠銑削(即剪切)與彎斷破碎巖體。 在兩種破巖方式總的破巖體積中，大部分并不是由刀具直接切割下來(lái)的，而是由后進(jìn)刀具剪切破碎的，先形成破碎溝或切削槽是先決條件一、破巖方式與機(jī)理『9.3▎掘進(jìn)TBM破巖方式主要有：圓盤型滾刀破巖原理圓盤型滾刀(圖a)工作壓力50~200kN，巖體表面在刀圈刀尖強(qiáng)集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(見圖b)。隨著滾刀滾動(dòng)，在巖面上形成一條條的破碎溝，破碎溝之間巖石AO1O2B受滾刀側(cè)刃擠壓力的作用而剪切破碎。當(dāng)切入深度h較大時(shí)，剪裂面為O1O2(圖c)。圓盤型滾刀破巖原理

在掘進(jìn)時(shí)切削刀盤上的滾刀沿巖石開挖面滾動(dòng)，切削刀盤均勻地對(duì)每個(gè)滾刀施加壓力，形成對(duì)巖面的滾動(dòng)擠壓，切削刀盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，就會(huì)貫入巖面一定深度，在滾刀刀刃與巖石接觸處，巖石被擠壓成粉末，從這個(gè)區(qū)域開始，裂縫向相鄰的切割槽擴(kuò)展，形成片狀石碴，從而實(shí)現(xiàn)破巖，參見下圖。在掘進(jìn)時(shí)切削刀盤上的滾刀沿巖石開挖面滾動(dòng)，切隧道工程第九章-隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工ppt課件

不同的巖石需要不同的滾刀壓入巖石的最低壓強(qiáng)值，才能達(dá)到較理想的貫入深度。

滾刀的刀間距要合適，刀間距太大，開挖不出片狀石碴，使開挖效率降低。刀間距太小，則會(huì)使石碴塊太小，浪費(fèi)設(shè)備的功率。

掘進(jìn)機(jī)施工還應(yīng)注意巖石的磨蝕性和巖體的裂隙程度，當(dāng)巖體節(jié)理裂隙面間距越大時(shí)，切割也就會(huì)越困難。關(guān)于裂隙度與滾刀的磨損規(guī)律，我國(guó)還缺乏研究成果，有待于進(jìn)一步總結(jié)。下表是通用于世界的裂隙分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。5102080～40160裂隙面間距(cm)ⅣⅢⅡⅠ0～Ⅰ裂隙分級(jí)裂隙分級(jí)參考表不同的巖石需要不同的滾刀壓入巖石的最低壓強(qiáng)值

楔齒型與球齒型滾刀破巖原理最初由楔齒尖端在滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)情況下產(chǎn)生切向張力破壞巖石的表面，切人深度為λ。然后由齒尖的楔入力繼續(xù)引起剪切破壞，楔入深度為h。由于各齒環(huán)的齒節(jié)是不同的，因此加大了楔齒的破巖效果。球齒型滾刀的破巖原理與楔齒型滾刀相同，適用于硬巖掘進(jìn)。楔齒型與球齒型滾刀破巖原理

削刀破巖原理削刀在擠壓力Pv和切割力PH作用下，首先在刀尖處形成切碎區(qū)2，隨著刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成剪力破碎區(qū)3。削刀繼續(xù)回轉(zhuǎn)即在巖壁上留下環(huán)狀切削槽，兩槽之間的巖石在削刀側(cè)向擠壓力R的作用下而剪切破壞。削刀破巖原理一、單護(hù)盾TBM與盾構(gòu)的區(qū)別 前者采用皮帶機(jī)出碴而盾構(gòu)則采用螺旋輸送機(jī)或泥漿泵通過管道出碴；前者不具備平衡掌子面的功能，而盾構(gòu)則采用土壓力或泥水壓力平衡開挖面水土壓力。二、TBM選用 ①整條隧道地質(zhì)情況均差時(shí)采用單護(hù)盾TBM； ②良好地質(zhì)條件中則采用開敞式TBM； ③雙護(hù)盾TBM常用于復(fù)雜地層的長(zhǎng)隧道開挖，一般適用于中厚埋深、中高強(qiáng)度、地質(zhì)穩(wěn)定性基本良好的隧道，對(duì)各種不良地質(zhì)與巖石強(qiáng)度變化有較好適應(yīng)性?！?.3▎掘進(jìn)一、單護(hù)盾TBM與盾構(gòu)的區(qū)別『9.3▎掘進(jìn)三、掘進(jìn)機(jī)法施工流程（一）TBM施工主要流程

施工準(zhǔn)備→全斷面開挖與出渣→外層管片式襯砌或初期支護(hù)→TBM前推→管片外灌漿或二次襯砌（二）Robbins開敞式TBM循環(huán)作業(yè)流程STEP1:作業(yè)開始。主支撐前位撐緊洞壁，后支撐腿提起。刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，推進(jìn)油缸伸出，TBM前部前移一個(gè)作業(yè)行程STEP2:準(zhǔn)備換步。刀盤停轉(zhuǎn)，后支撐腿抵住仰拱承重STEP3:主支撐回縮。推進(jìn)油缸回縮將自由態(tài)主支撐前拉回位STEP4:主支撐回位后伸出支撐鞋抵緊巖壁，后支撐提起，TBM定位找正，坡道上必要時(shí)先定坡度。STEP5:返回第一步，TBM準(zhǔn)備下一循環(huán)掘進(jìn)。三、掘進(jìn)機(jī)法施工流程（一）TBM施工主要流程隧道工程第九章-隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工ppt課件（三）TBM基本構(gòu)造

TBM由破巖機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、巖碴裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向調(diào)向機(jī)構(gòu)及吸塵、通風(fēng)裝置等幾部分組成。破巖機(jī)構(gòu) 滾刀或削刀在強(qiáng)大軸推力的作用下旋轉(zhuǎn)，切削與剪切破碎巖石。推進(jìn)機(jī)構(gòu)

主支撐鞋頂撐洞壁以支承和推進(jìn)機(jī)身。副支撐鞋控制振動(dòng)與方向。（三）TBM基本構(gòu)造出碴機(jī)構(gòu) 破巖形成的片狀石碴，由安裝在刀盤上的鏟碴斗鏟起，鏟斗旋轉(zhuǎn)到頂部卸入集料斗，經(jīng)皮帶機(jī)裝車運(yùn)出洞外。導(dǎo)向及調(diào)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是用來(lái)指示和校核掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)的方向，使其保證符合設(shè)計(jì)的軸線和坡度的要求。通風(fēng)及吸塵裝置

掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)將產(chǎn)生大量的熱量與粉塵。故對(duì)通風(fēng)、降塵要求較高。一般在刀盤頭部安裝有吸塵設(shè)備和噴水裝置，掘進(jìn)時(shí)連續(xù)噴水降塵。機(jī)房?jī)?nèi)專設(shè)通風(fēng)降溫設(shè)備。出碴機(jī)構(gòu)四、掘進(jìn)機(jī)法施工技術(shù)要求（一）基本原則

TBM掘進(jìn)斷面大可達(dá)10m以上，小僅為1.8m。由于TBM與輔助施工技術(shù)日臻完善以及現(xiàn)代高科技成果(液壓新技術(shù)、電子技術(shù)與材料科學(xué)技術(shù)等)的應(yīng)用大大提高了TBM對(duì)各種困難條件的適應(yīng)性，因此簡(jiǎn)單從開挖可能性來(lái)考慮TBM的適用范圍是不全面的。

判定依據(jù)隧道圍巖的抗壓強(qiáng)度、裂縫狀態(tài)、涌水狀態(tài)等巖性條件機(jī)械構(gòu)造、TBM直徑等機(jī)械條件；隧道斷面、長(zhǎng)度、位置狀況、地址條件等。TBM工法選用流程

(參見下頁(yè)流程圖)四、掘進(jìn)機(jī)法施工技術(shù)要求（一）基本原則

初步調(diào)查地質(zhì)構(gòu)造分析地表調(diào)查彈性波速度阻抗試驗(yàn)鉆孔調(diào)查開挖直徑刀具直徑與數(shù)量馬達(dá)刀具轉(zhuǎn)速后續(xù)設(shè)備等循環(huán)、支護(hù)輔助工法、臨時(shí)設(shè)計(jì)

與鉆爆法比較

線路決定

地質(zhì)調(diào)查

當(dāng)?shù)貤l件TBM規(guī)格決定施工計(jì)劃經(jīng)濟(jì)分析實(shí)施計(jì)劃變更線路其他方法NoYesTBM工法研究流程框圖初步調(diào)查地質(zhì)構(gòu)造分析開挖直徑循環(huán)、（二）工程地質(zhì)條件

主要調(diào)查影響TBM使用的地質(zhì)條件。影響TBM選用的地質(zhì)因素隧道地壓。是否存在塑性地壓？ 指標(biāo)：圍巖強(qiáng)度比(軟巖)；圍巖抗剪強(qiáng)度比(似砂土軟巖)

圍巖強(qiáng)度比斷層破碎帶、軟弱泥巖以及蛇紋巖等膨脹性巖層掘進(jìn)困難涌水狀態(tài)。涌水范圍、大小與壓力會(huì)造成工作面崩塌與承載力低下，應(yīng)慎用。α＜2擠出性——膨脹性圍巖2＜α＜4輕微擠出性——地壓大的圍巖4＜α＜10地壓大——有地壓的圍巖α＞10幾乎無(wú)地壓的圍巖（二）工程地質(zhì)條件α＜2擠出性——膨脹性圍巖2＜α＜4影響TBM效率的地質(zhì)因素巖石強(qiáng)度。開挖難易一般用抗壓強(qiáng)度來(lái)判定。刀具消耗應(yīng)考慮巖石中石英粒范圍、大小與抗拉強(qiáng)度等判斷。巖層裂隙。巖層節(jié)理、層理、片理對(duì)開挖效率影響極大。裂隙適度發(fā)育的巖層，即使抗壓強(qiáng)度大也能進(jìn)行較為有效的開挖。巖石硬度。一般地，對(duì)于q＜100MPa的巖層，其石英含量較多、粒徑較大，刀具磨耗很大。破碎帶等惡劣條件。在破碎帶、風(fēng)化帶等難于自穩(wěn)的困難條件下進(jìn)行機(jī)械開挖，均需采取輔助施工方法配合施工。特別是在有涌水的條件下更為困難，拱頂崩塌、機(jī)體下沉、支承反力降低等問題時(shí)有發(fā)生。影響TBM效率的地質(zhì)因素TBM適用范圍一般只適用于圓形斷面隧道，只有銑削滾筒式掘進(jìn)機(jī)可在軟巖中掘進(jìn)非圓形斷面隧道。開挖隧道直徑1.8~12m之間，以直徑3~6m最為成熟。一次性連續(xù)開挖長(zhǎng)度不宜短于1km，也不宜長(zhǎng)于10km，以3~8km最佳。適用于中硬巖層，巖石單軸抗壓強(qiáng)度介于20~250MPa，尤以50~100MPa最佳。地質(zhì)條件對(duì)TBM掘進(jìn)效率影響很大。在良好巖層中月進(jìn)尺可達(dá)500~600m，而在破碎巖層中只有100m左右，在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停機(jī)處理。選用TBM開挖隧道應(yīng)盡量避開復(fù)雜不良巖層。TBM適用范圍（三）機(jī)械條件TBM不僅受地質(zhì)條件約束，還受到開挖直徑、開挖機(jī)構(gòu)的約束。在硬巖中開挖大直徑隧道很是困難。日本實(shí)例的最大直徑僅為5m左右。目前TBM多數(shù)是單軸回轉(zhuǎn)式。若開挖直徑越大，刀頭內(nèi)周與外周的周差速越大，將對(duì)刀頭產(chǎn)生不良影響。隨著開挖直徑的增大，需要增大推力，支撐靴也要增大，將導(dǎo)致運(yùn)輸困難與承載力問題。（三）機(jī)械條件（四）開挖長(zhǎng)度TBM進(jìn)場(chǎng)需經(jīng)歷運(yùn)輸、組裝等過程。根據(jù)其直徑與型式、運(yùn)輸途徑、組裝基地狀況等不同，需準(zhǔn)備1~2個(gè)月。TBM后續(xù)設(shè)備長(zhǎng)100~200m，為正規(guī)地進(jìn)行掘進(jìn)也需先筑一段長(zhǎng)200m左右的隧道。隧道長(zhǎng)度小于1000m時(shí)，其運(yùn)行成本急劇增大。達(dá)3000m左右時(shí)的成本大致是一定的。國(guó)外在斷面10~30m2、長(zhǎng)1000km以上的隧道開挖，優(yōu)先考慮采用TBM施工。最佳開挖長(zhǎng)度為3km以上，短隧道慎用。（四）開挖長(zhǎng)度（五）工程所在地的道路設(shè)施TBM的運(yùn)輸與組裝要求注意工程所在地的基礎(chǔ)設(shè)施條件。搬運(yùn)計(jì)劃應(yīng)考慮道路寬度、高度與重量等限制，根據(jù)組裝條件充分調(diào)查運(yùn)輸時(shí)的分割方法(即最小分割尺寸與重量)。TBM一般在工廠試組裝、試運(yùn)輸后分割。分割重量約為35t，斷面3.5×3.5m左右。TBM施工電耗較高，約為同規(guī)模其他工法施工的雙車道隧道的1.5倍，規(guī)劃時(shí)應(yīng)充分考慮。（六）TBM選用應(yīng)考慮的條件工程規(guī)模：隧道形狀、長(zhǎng)度、直徑、埋深、走向；地質(zhì)情況：巖石類型與強(qiáng)度、節(jié)理分布與發(fā)育程度、斷層、暗河、溶洞、地下水分布、已有地表建筑、河流等基礎(chǔ)設(shè)施：交通運(yùn)輸能力、水電來(lái)源、進(jìn)出洞口場(chǎng)地施工進(jìn)度與企業(yè)能力(制造維修、經(jīng)濟(jì)、施工管理與習(xí)慣)（五）工程所在地的道路設(shè)施五、TBM施工管理措施

TBM工廠化施工是一項(xiàng)管理系統(tǒng)工程。施工與設(shè)備管理水平的提高是高效率與高效益的保證。在一般地質(zhì)條件下，國(guó)外掘進(jìn)機(jī)凈掘進(jìn)時(shí)間在40～50％左右。提高設(shè)備完好率，強(qiáng)調(diào)預(yù)防性維修。選擇合理掘進(jìn)系數(shù)，定時(shí)檢查、更換與調(diào)換刀具。配件儲(chǔ)備與供應(yīng)。定崗定責(zé)，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)?？刂茰y(cè)量與施工測(cè)量精度。電力專供。洞口平縱面條件、作業(yè)場(chǎng)地、大型臨時(shí)工程等施工準(zhǔn)備。五、TBM施工管理措施泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓平衡掘進(jìn)工作原理示意圖土壓平衡掘進(jìn)工作原理示意圖主要支護(hù)型式：管片式襯砌、復(fù)合式襯砌管片式襯砌因安裝速度快、能立即受力，特別適合掘進(jìn)機(jī)開挖速度快的特點(diǎn)，故都可以采用。護(hù)盾式TBM一般采用圓形全周管片式襯砌。該類襯砌適合于軟弱圍巖。管片間應(yīng)安裝止水條，并在管片外圓與洞壁間隙間壓入豆石與注漿。復(fù)合式襯砌主要用于開敞式掘進(jìn)機(jī)，其初期支護(hù)有加固圍巖的特點(diǎn)，且造價(jià)比管片低。一般隨開挖先施作臨時(shí)支護(hù)，再進(jìn)行二次模注混凝土襯砌。亦可采用二次噴射混凝土作為永久襯砌，加鋼筋網(wǎng)或鋼纖維?！?.4▎襯砌施工

不同型式的掘進(jìn)機(jī)，要求采用不同的支護(hù)型式。