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双护盾TBM培训教材 2007.08.11 双护盾TBM的历史及适用范围 美国罗宾斯是世界上护盾式硬岩掘进机开发的先驱，于1972年与意大利SELI公司合作推出第一台双护盾TBM，至今已在世界范围内生产了60多台。德国维尔特公司于上世纪80年代开始研制护盾式掘进机，至今已经生产10台以上，德国的海瑞克公司于上世纪90年代中期开始生产双护盾掘进机，至今已经生产约15台以上。国内已经使用的双护盾掘进机大约10台以上，目前正在采购阶段的约有4台。上述双护盾掘进机的直径范围从2.91m到11.74m。 双护盾TBM是居支撑式掘进机和单护盾掘进机之后的一种后开发机型。在以良好围岩为主的地层中，适于用支撑式掘进机施工【】，在以软弱破碎围岩为主的地层中（尚能自稳），适于用单护盾掘进机施工【】。在软硬相间、良好和破碎围岩相间、各自均有一定比例的地层中，宜采用双护盾TBM【】。当不能自稳的地层占隧道的主要比例时，上述三种敞开式的硬岩掘进机均不宜采用，如果一定选用掘进机则只能选择闭胸式的盾构机。 上述三种敞开式的硬岩掘进机虽然都具备通过不能自稳地层的辅助手段，但这些手段实施时获得的进度甚至低于钻爆法施工，只能用于隧道开挖里程内比例极少的不良地层。 以上是以工程地质围岩级别的角度来说明双护盾掘进机对地质条件的适应性，一般来说，在一条隧道穿越的地层中，有断层破碎带但数量少里程短，除此外的围岩良好则宜选用支撑式掘进机；如果断层破碎带的数量多且里程长，则宜选用单护盾掘进机；如果断层破碎带的数量虽不多或较多，但其余的围岩也不是太好，例如Ⅳ级围岩比例较大，则宜选用双护盾掘进机。 因此，双护盾掘进机适用性介于支撑式和单护盾式之间。三种机型各有特点，谁也不能完全替代谁。但如果不介意采购成本，则双护盾可以覆盖支撑式和单护盾式更多的空间。 但有几种特殊地层如采用双护盾则风险较大： （1）特别富水地层：双护盾主机结构复杂长度长，当开挖面水量较大时，主机内部排水不畅，内部水位较高；管片不能输送和安装（特别是混水时）【例：锦屏电站引水隧道】 （2）存在较大地质构造应力地层：当在破碎地层中开挖时，部分岩屑会落到双护盾壳上甚至局部坍塌到盾壳上，此时双护盾可依靠自身推力通过。但在地壳运动较剧烈存在较大地质构造应力地层中，开挖后地层收敛非常厉害从而卡住盾壳。虽然可以在收敛前快速通过，但设备不可能不发生故障而滞留；也可以增加扩挖量通过，但设备扩挖量的增加毕竟有限，因此 仍然存在风险。但在这种地层中，支撑式和单盾式掘进机也非常困难和存在风险。 （3）大埋深软弱塑变【】地层：当由于岩层重力达到一定程度时双护盾的情况和风险与（2）类似。而在大埋深干燥和质地坚硬的岩层中，高地应力引起的岩爆对双护盾有一定的卡盾威胁，但对支撑式掘进机的操作工人威胁更大。 目前存在争议的地方是：双护盾被认为在软弱塑变围岩、存在较大地质构造应力的地层中盾壳容易卡住，这的确是个事实。国内云南掌鸠河引水隧道采用的双护盾TBM最终被卡，不得不采用钻爆法开挖接应完成了工程。国内台湾的坪林隧道采用双护盾TBM施工，其中先行导坑在12.9公里的掘进长度中被困13次之多，最长一次花费了3年半的时间才脱困，工程用了13年的时间才得以完工。但上述事实似乎未能阻止双护盾TBM在其他工程上的使用，究其原因，存在双护盾TBM关于地质情况针对性设计是否足够的问题，另外，施工经验、设备使用和修复能力也能导致不同的结果。事实上，在非常恶劣的地层中，反而倾向于采用护盾式掘进机，虽然敞开式TBM为人工提供了实施辅助工法的空间和作业面，但此时敞开式TBM的靴板已经不能提供推进所需的支反力，而护盾式掘进机可以借助于管片获得支反力。由此而论，护盾式掘进机更能适于恶劣地层。但是，双护盾TBM足够的可变的扩挖能力是必需的，以应付软弱塑变围岩的收敛，此时不存在经济性问题，因为即使采用敞开式TBM，也必须有足够的扩挖量使收敛完成后仍有足够的界限空间。 双护盾TBM的基本结构原理与配置 （1）基本结构（详见图纸说明） （2）掘进模式（详见图纸说明） （3）基本配置（详见图纸说明） 双护盾TBM的技术特点 （1）刀盘偏心 （2）刀盘提升 （3）边刀加高长期扩挖及补充刀 （4）扭矩传递方式 （5）伸缩盾 （6）豆砾石填充 （7）回填注浆 （8）管片类型 双护盾TBM的主要参数（与敞开式TBM比较） 详见参数比较表 * * 1 2 3 *