3隧道掘进机TBM施工详解

TBM类型及工作原理介绍TBM是一种集掘进、出碴、导向、支护和通风防尘等多功能为一体的大型高效隧道施工机械。

TBM的分类网络图详见图1。

以下就敞开式掘进机与护盾式掘进机进行详细比较分析。

1、敞开式掘进机（1）敞开式掘进介绍敞开式TBM主要适应于硬岩，能利用自身支撑机构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭矩的全断面岩石掘进机。

在施工对应较完整、有一定自稳性的围岩时，能充分发挥出优势，特别是在硬岩、中硬岩掘进中，强大的支撑系统为机、钢筋网安装机、超前钻、管棚钻机、喷混凝土机及注浆机等。

图3 敞开式掘进机图如遇有局部破碎带及松软夹层岩石，则掘进机可由所附带的超前钻及注浆设备，预先固结周边岩石，然后再开挖。

敞开式掘进机适合洞径在φ2～9m之间，最优选择φ3～8m。

（2）敞开式全面断面岩石掘进机工作原理1）盘形滚刀破岩机理在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形掘进机工作原理见图5。

掘进机支撑板撑紧洞壁以承受刀盘掘进时传来的反作用、反扭矩；刀盘旋转，推进液压缸推压刀盘，一组盘形滚刀切入岩石，在岩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，这样连续掘进成洞。

图5 掘进机（Jarva27）结构示意图1－盘形滚刀；2－刀盘；3－扩刀孔；4－出碴皮带机；5－超前钻机；6－电动机；7－行星齿轮减速器；8－末级传动；9－推进液压缸；10－后下支承；12－操纵室；13－外机架；14－内机架；15－锚杆钻机；16－铲斗3）掘进机工作循环支撑式掘进机的工作循环，如图6。

①掘进行程图支撑板撑紧洞壁→前、后下支撑回缩→刀盘旋转→推进油缸推进刀盘。

②换步行程前、后下支撑落地→刀盘停止旋转→支撑板回缩→推进油缸拉回支撑及外机架。

③准备下一次掘进行程。

（3）几种典型机型国外生产全断面岩石掘进机的公司主要有罗宾斯、佳伐、德马克、维尔特等。

图6 掘进机工作循环图7 罗宾斯机型1－刀盘部件；2－顶护盾；3－刀盘支承壳体；4－刀盘回转转传动机构；5－超前钻机；6－推进液压缸；7－水平支撑；8－出碴皮带机；9－后下支承；10－锚杆钻机；11－仰供块安装机图8 罗宾斯机型照片图9 佳伐机型1－刀盘部件；2－刀盘支承壳体；3－刀盘轴承；4－机架；5－推进液压缸；皮带机；7－刀盘回转传动机构；8－后下支承；9—钢架梁；10－前X形支撑；11－支撑板；12－传动轴图10 德马克机型1－刀具；2－刀盘；3－前下支承；4－前支撑系统；5－刀盘回转传动机构；6－推进液压缸；后支撑系统；8－出碴皮带机；9－后下支承图11 维尔特机型1－刀盘部件；2－出碴皮带机；3－主轴承；4－顶护盾；5、10－锚杆钻机；6、16－推进液压缸；7－内机架；8－刀盘回转传动机构；9－超前钻；10－圈梁运输系统；12－仰供安装机；13－单轨吊机；14－可翻转清碴斗；15－后下支承；17－水泵；18－外机架；19－X形支撑系统；20－皮带机与可翻转清碴斗；21－圈梁安装机；22－前下支承；23－铲斗；24－刮板；25－割刀图12维尔特机掘进机照片图13维尔特TB880E掘进机刀盘1－刀盘；2－铲斗刮刀；3－人孔；4－中心刀；5－正刀；6－割刀；7－边刀几种敞开式掘进机型特征详见表1。

隧道掘进机(TBM)施工技术开挖机制开挖岩层所使用的刀具，不是用于开挖软弱土层的锯齿形刀具，而是所谓的滚刀(回转式刀具)。

滚刀以一定的间距安设在刀盘上，掘进时,滚刀向岩层挤压，把岩层压碎，进行开挖。

滚刀滚刀是由回转的刀体和装备有刀具的刀头环构成。

刀头环具有能够更换的结构。

最新的刀头环采用了算盘状的刀圈，材质也改为银铭铝合金钢系。

掘进性能与刀具的性能密切相关。

在高速施工的条件下，开发长寿命,大型化的刀具是极为必要的。

滚刀的构造刀盘构造TBM与在软土中掘进的盾构不同，是以围岩的自稳为前提的。

有各种各样的构造。

但其最主要的是刀盘和支撑靴。

刀头轮廓反力支承靴部TBM推进时所需的反力（推进力、刀盘转矩）。

为提供充分的反力和不损伤隧道壁面，应该加大其接触面积，以减小接地压力。

通常，接地压力取为3.0~5.0MPa o如把上述支承靴称为主支承靴，则还有所谓的以控制震动，控制方向等为目的的各种辅助支承靴。

盾构形TBM支承靴在盾构型TBM中z设有提供推进反力的主支承靴（尾部）和掌子面支承靴（前部）。

主支承靴一般是水平的在左右设置一对,但对大口径的TBM,有时在周边上要设置4〜5个支撑靴。

敞开式TBM支承靴有单支承靴方式和双支承靴方式两种。

单支承靴：是在主梁上左右设一对支承靴。

该支撑靴对应推进时主梁的方位变化。

双支承靴：是前后各有一对支承靴。

前面的支承靴有4个（X形）、2个（I形）、3个（T形）的布置形式。

方向修正：不管支撑靴是何种方式，都应在设置支承靴前进行，但对于单支承靴方式，开挖过程中也能改变方向。

而双支承靴方式，在开挖进程中不能改变方向，受地质变化的影响小，直进性能好。

敞开式TBM支撑靴构造推进部主要使用推进千斤顶，推进按下述动作反复进行。

(1)扩张支撑靴，固定机体在隧道壁上；(2)回转刀盘，开动千斤顶前进；(3)推进一个行程后，缩回支撑靴，把支撑靴移置到前方，返回(1)的状态。

排土方式皮带运输机使用较多、运量大，可实现高速化，有涌水时，排土困难。

tbm的工作原理
TBM（隧道推进机）的工作原理是通过推进主轴、负轮和盾尾等装置，利用推力将盾构机向前推进，同时在推进过程中，盾尾不断向后排出废弃的土层。

TBM的工作过程分为四个步骤：掘进、装土、支护和排土。

首先，掘进是指盾构机利用推进主轴和负轮的旋转，在推动下逐渐向前推进。

掘进过程中，盾尾通过排土装置将废弃的土层排出。

其次，装土是指盾构机在掘进过程中，将挖掘到的土层通过输送系统送到盾构机内部的装土舱，然后通过翻斗机或螺旋输送机将土层排出到地面，并进行处理或运输。

第三，支护是指在掘进过程中，为了保证隧道结构的稳定，盾构机后方设置支护结构，如衬砌管片，以防止隧道坍塌。

最后，排土是指盾构机在掘进过程中，通过盾尾排土装置将废弃的土层排出，保持隧道内部的通畅。

总之，TBM的工作原理是通过推进装置推动盾构机前进，同时将挖掘的土层装土舱内，通过排土装置将废弃的土层排出，同时进行支护工作，最终完成隧道的掘进。

隧道全断面岩石掘进机（TBM）法施工安全技术与风险控制一、风险分析（1）在吊装作业前，钢丝绳死弯、吊钩连接松动以及限位器发生失灵状况且未及时检测维修，可能造成吊装作业中钢丝绳断裂、吊钩脱落等后果，从而造成起重伤害。

（2）机械设备运行和维护中，作业人员若防护不当，可能导致作业人员被运行中的机械绞、碰、切、割、戳，从而造成机械伤害；或在维护中被工具击伤造成机械伤害。

（3）通过软弱围岩、岩爆、小岩溶、膨胀岩、高瓦斯等特殊地段时，若施工指挥人员指挥不当、施工方案不完善或者工作人员操作不当，遇软弱围岩、膨胀岩等，可能发生围岩坍塌、透水、冒顶片帮等事故；遇高瓦斯等特殊地段，可能发生中毒和窒息、瓦斯爆炸等事故。

（4）施工过程中，机械的刀具、刀盘、主轴承等重要部件失效失灵，可能因刀具、刀盘碎裂而飞出伤人，主轴承断裂而造成机械伤害。

（5）施工运输指挥不当，信号和制动失灵，货车汽车超速、超载及机械故障等，可能会导致货车侧翻、机械损伤甚至导致车祸发生，造成车辆伤害。

（6）未配备消防器材或消防器材失效，可能导致在意外火情发生时无法及时处理，从而酿成火灾、人体被灼烫等事故。

（7）TBM作业人员未经过专业培训、考核合格并取得相应操作证后就上岗，因不具备专业技术可能导致掘进机在工作过程中出现操作失误，引起不必要的机械伤害。

（8）遇到软弱围岩地段时，未专门制定施工方案或施工方案未经专家审核合格就开始施工掘进，可能因施工方案的不足而导致施工过程中出现围岩压力不足而使隧道坍塌。

（9）TBM掘进时，针对不同地段的不同地质条件选择的掘进参数或掘进模式不合理，可能导致在掘进过程中机械运转不良，从而出现故障，或者掘进后隧道质量不能满足设计预期。

（10）TBM及后配套设备的保养和检修工作在机器停止操作前就进行的，可能导致检修工作人员在检修作业中被机械绞、碾、碰、割、戳、切伤或致死，造成机械伤害。

（11）隧道在贯通过程中，洞内外若联络不畅，可能导致在隧道贯通前后因无法互相获知准确位置消息与指挥信息而在贯通瞬间造成机械碰撞、围岩崩塌等事故，可能对工作人员造成机械伤害。

TBM掘进机施工技术的详细介绍(2007-04-06 18:33:23)转载1.TBM掘进机施工环节TBM是英文“Tunnel Boring Machine”的缩写，中文意思是隧洞掘进机。

它具有快速、安全、高效的显著特点。

掘进机在我国甘肃引大入秦和山西万家寨引黄入晋等隧洞工程中相继应用，获得了很大效益。

掘进机虽然技术先进，但是，只有完全掌握这项技术，对隧洞施工全过程中的每一个环节进行严格把关，才能真正保证掘进机隧洞施工质量。

1.1地质勘察地质条件是影响掘进机隧洞施工质量的重要因素，也是掘进机选型的重要依据。

地质勘察成果资料要求全面、真实、准确。

1.2掘进机选型根据支护形式分为三种机型，分别适用于不同的地质条件。

①敞开式，常用于纯质岩。

②双护盾，常用于混合地层。

③单护盾，常用于劣质地层及地下水位较高的地层。

根据刀盘直径大小分为13种机械：2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m、11m、12m、13m、14m。

在掘进机上安装一些特殊设备，可以避免和消除地质条件变化对隧洞施工质量的影响。

如采用超前探钻、环形管片安装器、岩石锚固装置及易爆气体检测装置等。

1.3掘进机工作人员掘进机工作人员的素质和技术水平直接影响着隧洞施工质量，只有高素质和高水平的工作人员才能保证高质量的隧洞施工。

1.4掘进机检修和维护加强掘进机检修和维护，保证掘进机良好运行。

这对保证施工质量和延长掘进机寿命非常重要。

①边刀即位于刀盘周边的刀具，隧洞洞径由边刀尺寸决定。

在掘进过程中刀具磨损特别是边刀磨损非常严重，因此加强刀具磨损检查和更换新刀具对于保证洞径非常重要。

为了延长刀具使用寿命，磨损的边刀也可以用作面刀即位于刀盘面部的刀具再次使用，一般边刀最大允许磨损量约等于面刀最大允许磨损量的1/2。

当边刀达到其磨损极限时，应更换新刀具。

②主轴承，即与刀盘连接并驱动刀盘旋转的大型轴承，掘进机总进尺主要由主轴承使用寿命决定。

在掘进机检修期间，损坏的主轴承由于受到隧洞狭小空间的限制，难以拆除和更新安装，因此根据隧洞长度选用主轴承型号，加强对主轴承维护。

TBM掘进机步进一、工艺概述TBM步进，就是TBM不掘进的移动前进过程中的施工。

掘进机步进的方式大致有两种，一种是通过油缸支撑在支座、马凳、管片等，使掘进机前移；另一种是通过掘进机的步进机构在地面直接向前移动。

不同条件下的步进有不同的方式，基本上分三种情况：第一种情况：当TBM在组装场地组装完成后，需要步进进洞施工，这时是在步进架的支撑状态下，走一步支一步的前进。

场地空出后，铺设道碴、枕木，每走12.5m接一次长轨。

第二种情况：当TBM进洞后（即是进了预备洞）形成了铺设钢筋混凝土仰拱支撑块的步进，在仰拱块上接轨的方式，这种步进也是在步行架的帮助下进行的。

第三种情况：当TBM步进通过区间已施工完成洞室或敞开段。

TBM步进施工的主要工作有仰拱块铺设、仰拱块底部注浆、风管、供水管路、10KV电缆、施工轨道延伸等工作。

二、作业内容作业内容：施工准备、TBM步进三、质量标准及验收方法保证TBM步进到达步进段时混凝土强度满足28天设计强度要求，需提供混凝土强度报告证明；TBM步进通过地面的平整度要求、平整度+5mm。

预埋件安装质量和TBM通过轮廓范围内的断面净空限界要求；保证洞室初期支护质量（结构稳定性和喷射混凝土施工质量），确保在TBM施工过程中导坑内排水畅通，不发生因结构失稳或剥落掉块和积水等而影响TBM掘进或步进进度和施工安全。

四、工艺流程图TBM步进至始发断面一般步骤为：步进前现场材料、机具准备→TBM在预备洞外步进施工→铺设道岔TBM轨线、运输轨线延伸→暗挖隧道段步进（摆放仰拱块、楔形块回填、砂浆轨道铺设、管线延伸）→TBM上始发台→拆除步进机架，将支撑卡住岩壁→TBM始发定位→TBM始发。

五、工序步骤及质量控制说明1、术语和符号步进掘进机利用支撑机构换步到开挖面过程。

步进小车安装于刀盘及护盾下部，在机器平底步进时使用，通过竖向、横向辅助油缸的作用，实现护盾在其上部滑移。

步进机架安装于机器撑靴下部，在机器步进时使用。