工程机械第四讲第四节概要.ppt

一. TBM概述 TBM ( Tunnel Boring Machine)隧道掘进机，是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械，相对于目前常用的方法，TBM集钻、掘进、支护于一体，使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态。在国际上，现已广泛应用于水利水电、矿山开采、交通、市政、国防等工程中。隧道掘进机械，基本上有两种:一种是臂架式钻进机械，在隧道内部进行钻孔机械，或是小型的小段面直接钻研机械;另一种就是全断面隧道掘进机(TBM)。 一段时间以来，把TBM分为两大类 ： (1) 在 岩 石中开挖隧道的TBM:通常用这类TBM在稳定 性良好、中~厚埋深、中~高强度的岩层中掘进长大隧道。这 类掘进机所面临的基本问题是如何破岩，保持掘进的高效率 和工程顺利。 (2) 在 松 软地层中掘进隧道的TBM:通常用这类TBM在 具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖 有限长度的隧道。这类掘进机所面临的基本问题是空洞、开 挖掌子面的稳定、市区地表沉降等。 对于全断面隧道掘进机，目前在国内有两种提法，其一 是岩石掘进机(TBM)，其二是盾构机。TBM就是适合硬岩掘 进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘 进机。这种说法有些言不符实，因为现在许多硬岩TBM也采 用盾构技术，而TBM本来就是隧道掘进机的意思。 硬岩 TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4^-10倍，最佳日进尺可达150m;具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。特别是高效快速可使工程提前完工，提前创造价值，对我国的现代化建设有很重要的意义。 而软岩 TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。 TBM 的 发 展经历了一个漫长的过程，早在130多年前，世界上第一台岩石掘进机就诞生了，但是直到二十世纪50年代，才得到迅速发展。特别是上个世纪90年代初，总长为50.5k m的英法海峡隧道的成功建成通车，创造了隧道掘进机技术的一个里程碑。到目前为止，世界范围内使用的TBM已超过450多台。 1952年掘进美国南达科他州工程的隧洞。 (1) 1985 年，在广西隆林天生桥水电站的水工隧道修建 过程中，引进了美国罗宾斯公司二手TBM，直径为10.8m 。 这是中国第一条采用大断面的岩石掘进机施工的隧道，该 TBM也是当时世界上最大的全断面岩石掘进机: (2) 1991 年，30A隧道(水磨沟隧道)是甘肃省引大( 大通河)入秦(秦王川)大型跨流域灌溉工程中一条次长的无 压输水隧道，长度11.65 km。1 991年，由意大利CMC公司和 中国华水水电工程公司组成联合企业，采用美国罗宾斯制造 厂生产的188-227型双护盾TBM施工，掘进机直径5.53 m,隧 道混凝土衬砌直径4.8m ，为预制的装配式结构; (3) 1993 年，山西万家寨引黄入晋工程南千线，4号洞、5 号洞、6号洞、7号洞88km隧道采用5台直径4.88 m的Robbins 双护盾TBM施工，由意大利英波基洛公司和CMC公司及中国 水利水电四局组成的万龙联营体中标，总工期48个月。其中总 干线的6号洞、7号洞、8号洞全长约22km，于1993年3月由意 大利的CMC公司中标承建，使用一台当时世界上最先进的隧 洞施工机械即全断面双护盾隧道掘进机(TBM)施工:开挖直径6.125m:成洞直径5.46 m，于1994年7月至1997年9月历时 三年两个月贯通。山西省万家寨引黄入晋工程总计采用6台 TBM进行无压引水隧洞的施工，其掘进总长度为125.5k m; (4) 1998年，秦岭隧道采用了德国Wirth公司的两台 TB880-E开式TBM，开挖断面直径为8. 8m。从隧道两端相向进 行施工，由中铁隧道局承担，成功掘进了全长为18.46 km的秦 岭隧道。1998年1月19日开工至1999年8月22日贯通，历时18个月: 二、TBM的结构与工作原理 三、TBM与常规法施工方案的选择分析 TBM施工技术的特点： 同时性、连续性和集中性 优点： 1、开挖作业能连续进行，因此施工速度快，工期短 2、没有像爆破那样大的冲击，对围岩的损伤小，几乎不产生松弛、掉块，崩塌的