TBM 施 工 概 述

TBM 施 工 概 述

一、敞开式 TBM

开敞式 TBM，也称支撑式TBM 或撑靴式TBM。开敞式TBM 主要适用于岩石整体较完整，有较好自稳性的中硬岩地层。在开敞式TBM   上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质 的变化；当采取有效支护手段后，开敞式 TBM   也可应用于软岩隧道。开敞式 TBM   只需要有顶护盾 就可以进行安全施工，如遇有局部不稳定的围岩，由 TBM   所附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝 网、喷混凝土、架圈梁等方法加固，以保持洞壁稳定；当遇到局部地段特软围岩及破碎带，则 TBM 可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结前方上部周边一圈岩石，待围岩强度达到能自稳后， 然后再进行安全掘进。采用开敞式 TBM   施工，掘进过程可直接观测到洞壁岩性变化，便于地质图 描绘。采用开敞式 TBM   施工时，永久性的衬砌待全线贯通后集中进行。开敞式 TBM   支撑机构撑紧 洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭矩；刀盘旋转，推进液压缸推压刀盘，盘形滚刀切入岩石， 在岩石面上作同心圆轨迹滚动破岩，岩碴靠自重掉入洞底，由铲斗铲起岩碴靠岩碴自重经溜槽落 入皮带机出碴，连续掘进成洞。开敞式 TBM   主要用在岩石整体性较好、有一定自稳性的围岩的隧 洞，特别是在硬岩、中硬岩掘进中，强大的支撑系统为 刀盘提供了足够的 推力。使用开敞式 TBM   施工，可以直接 观测到被开挖的岩 面，从而能方便地对 已开挖的隧道进行 地质描述。由于开挖 开敞式 TBM   刀盘附近有足够的空间用来安装一些临时、初期支护的设备如圈梁安装器、锚杆钻机、 超前钻机、喷射混凝土设备等。如遇有局部不稳定的围岩，可以在 TBM刀盘后进行临时支护，如 打锚杆、喷混凝土、加钢筋 网、圈梁，以保持洞壁稳定； 或钻超前孔并进行灌浆以固结前方围岩然后再掘进。因此，开敞式 T BM   运用及时有 效的支护措施，能够胜任软弱围岩和不确定地质隧道的掘进功能。在实际应用中， TB M   常会遇到复杂地质情况如断层、破碎带、局部软岩或者溶洞等，仅采用这些临 时支护可能难以稳定围岩。 在较软的破碎岩层中由于洞 壁围岩的抗压强度低于 TBM   支撑板的最小接地比压，以致 TBM   无法支撑而不得不停止掘进。

二、单护盾 TBM。

常用软岩，单护盾 TBM推进时，要利用管片作为支撑，其作业原理类似于盾构，与双护盾TBM相比，掘进与安装管片两者不能同时进行，施工速度较慢。单护盾TBM与盾构的区别有两 点：一是单护盾TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或采用泥浆泵以通过管道出碴；二是单护盾 TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土仓压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。

三、双护盾 TBM

双护盾 TBM又称伸缩护盾式TBM，装备有两节盾构壳体，具有防止开挖面坍塌，又能曲线开挖，

且能套筒式伸缩而并进作业的功能。双护盾 TBM按照硬岩掘进机配上一个软岩盾构功能进行设计，既可用于硬岩，又可用于软岩，其地质适应性非常广泛，尤其能安全地穿过断层破碎地带。双护盾TBM按照隧道管片拼装作业与开挖掘进作业并进而连续开挖的概念进行设计，按快速施工的设计要求，掘进机的管片安装机具有管片储运和管片拼装双作业功能。

双护盾 TBM与开敞式TBM不同的是双护盾TBM具有全圆的护盾，与单护盾TBM不同的是双护盾 TBM在地质良好时可以掘进与安装管片同时进行，且在任何循环模式下都是在开敞状态下掘进。伸缩护盾形式是双护盾TBM的独有的结构特点，是实现软硬岩作业转换的关键。

四、 TBM的主要特点

1、其主要施工的特点有：

1.1 快速

TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。

1.2 优质

TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破振动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。

1.3 高效益

TBM施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会效益；同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。TBM施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。

1.4 安全

用 TBM施工，改善了作业人员的洞内劳动条件，减轻了体力劳动量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少。

1.5 环保

TBM施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小；施工沉降小，有利于地面建筑物的保护；掘进速度快，工期比较容易得到保证；TBM施工减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境；如果使用双护盾TBM还可以减少隧道内水的流失，有利于环境保护和减少水土流失。

1.6 自动化、信息化程度高

TBM采用了计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，具有自动化程度高的优点。TBM具有施工数据采集功能，TBM姿态管理功能，施工数据管理功能，施工数据实时远传功能，实现信息化施工。

2、TBM施工的缺点

TBM的地质针对性较强，不同的地质条件、不同的隧道断面，需要设计成满足不同施工要求 TBM，需要配置适应不同要求的辅助设备。

2.1 地质适应性较差

TBM对隧道的地层最为敏感，不同类型的TBM适用的地层也不同，一般的软岩、硬岩、断层破碎带，可采用不同类型的TBM辅以必要的预加固和支护设备进行掘进，但对于大型的岩溶暗河发育的隧道、高地应力隧道、软岩大变形隧道、可能发生较大规模突水涌泥的隧道等特殊不良地质隧道，则不适合采用TBM施工。在这些情况下，采用钻爆法更能发挥其机动灵活的优越性。

一般情况下，以 II、Ⅲ级围岩为主的隧道较适合采用敞开式TBM施工，Ⅲ、Ⅳ级围岩为主隧道较适合采用双护盾TBM施工，对于V级围岩为主和地下水位较高的城市浅埋隧道或越江隧道则较适合采用盾构法施工。

2.2 不适宜中短距离隧道的施工

由于 TBM体积庞大，运输移动较困难，施工准备和辅助施工的配套系统较复杂，加工制造工期长，对于短隧道和中长隧道很难发挥其优越性。国外的实践表明，当隧道长度与直径之比大于 600时，采用TBM施工是比较经济的。对于一般的单线铁路隧道，开挖直径通常在9m左右，按此计算，大于5.4km的隧道就可以考虑采用TBM施工。但根据我国的国情，我国是一个劳动力过剩的国家，钻爆法施工一直是我国的强项，采用钻爆法已成功修建了5000多公里的铁路隧道，且钻爆法施工的进度仍在逐年加快。一般认为，小于10km的隧道难以发挥TBM的优越性，而钻爆法则具有相对经济的优势；对于大于10km的特长隧道，从科学发展观和生态环境的保护方面考虑，则宜优先采用TBM法施工。另外，对于穿越江河、城市建筑物密集或地下水位较高隧道，考虑到施工安 全和沉降控制等因素，不论隧道长短，则宜优先考虑采用盾构法施工。

2.3断面适应性较差

断面直径过小时，后配套系统不易布置，施工较困难；而断面过大时，又会带来电能不足、运输困难、造价昂贵等种种问题。一般地，较适宜采用 TBM施工的隧道断面直径在3m～l2m；对直径在12m～15m的隧道应根据围岩情况和掘进长度、外界条件等因素综台比较；对于直径大于15m的隧道，则不宜采用TBM施工。另一方面，变断面隧道也不能采用TBM施工。

2.4运输困难，对施工场地有特殊要求

TBM属大型专业设备，全套设备重达几千吨，最大部件重量达上百吨，拼装长度最长达200 多米。洞外配套设施多，主要有混凝土拌和系统、管片预制厂，修理车间、各种配件、材料库、供水、供电、供风系统，运碴和翻碴系统，装卸调运系统，进场场区道路，TBM组装场地等。这些对隧道的施工场地和运输方案等都提出了很高的要求，可能有些隧道虽然长度和地质条件较适合TBM施工，但运输道路难以满足要求，或者现场不具备布置TBM施工场地的条件。

2.5 设备购置及使用成本大

TBM施工需要高负荷的电力保证、需要高素质的技术人员和管理队伍、前期购买设备的费用较高，这些都直接影响到TBM施工的适用性。