地下工程施工：TBM法施工.ppt

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TBM施工技术掘进机掘进机（TBM）施工技术施工技术TBM施工技术岩石隧道掘进机（岩石隧道掘进机（TBM）法概述）法概述一、基本概念一、基本概念岩石隧道掘进机岩石隧道掘进机（TunnelBoringMachineTunnelBoringMachine）简称）简称TBMTBM。

是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一种施工方法。

通常是利用回转刀盘又借助道的一种施工方法。

通常是利用回转刀盘又借助推进装置的作用力从而使刀盘上的滚刀切割推进装置的作用力从而使刀盘上的滚刀切割（或破或破碎碎）岩面，以达到破岩开挖隧道岩面，以达到破岩开挖隧道（洞洞）的目的。

的目的。

掘进机构造掘进机构造：

是由切削破碎装置、行走推进装置、：

是由切削破碎装置、行走推进装置、出碴运输装置、驱动装置、机器方位调整机构、出碴运输装置、驱动装置、机器方位调整机构、机架和机尾，以及液压、电气、润滑、除尘系统机架和机尾，以及液压、电气、润滑、除尘系统等组成。

等组成。

TBM施工技术岩石隧道掘进机（岩石隧道掘进机（TBM）法概述）法概述二、岩石隧道掘进机的分类二、岩石隧道掘进机的分类按岩石的破碎方式分类按岩石的破碎方式分类：

分为挤压破碎与切削破碎两分为挤压破碎与切削破碎两种，前者是将较大的推力给予刀具，通过刀具的楔子种，前者是将较大的推力给予刀具，通过刀具的楔子作用将岩石挤压破碎；后者是利用旋转扭矩在刀具的作用将岩石挤压破碎；后者是利用旋转扭矩在刀具的切线方向及垂直方向上进行切削。

切线方向及垂直方向上进行切削。

按刀具旋转方式分类按刀具旋转方式分类：

分为单轴旋转式与多轴旋转式分为单轴旋转式与多轴旋转式两种。

两种。

按切削方式分类按切削方式分类：

分为全断面切削方式和部分断面切分为全断面切削方式和部分断面切削方式两类。

部分断面切削方式是挖掘煤炭用的机械削方式两类。

部分断面切削方式是挖掘煤炭用的机械在隧道挖掘施工上的应用，全断面切削方式开挖的断在隧道挖掘施工上的应用，全断面切削方式开挖的断面一般是圆形的。

面一般是圆形的。

按开挖地层分类按开挖地层分类：

土质隧道掘进机（盾构）和岩石隧土质隧道掘进机（盾构）和岩石隧道掘进机（道掘进机（TBM）TBM施工技术岩石隧道掘进机（岩石隧道掘进机（TBM）法概述）法概述三、三、TBMTBM法的优缺点法的优缺点11、TBMTBM法的优点法的优点掘进效率高掘进效率高：

连续作业，能保证破岩、出碴、支护一连续作业，能保证破岩、出碴、支护一条龙作业。

特别在稳定的围岩中长距离施工时，尤其条龙作业。

特别在稳定的围岩中长距离施工时，尤其明显。

明显。

开挖施工质量好开挖施工质量好：

超挖量少，内壁光滑，不存在凹凸超挖量少，内壁光滑，不存在凹凸现象，减少支护工程量，降低工程费用。

现象，减少支护工程量，降低工程费用。

对岩石的扰动小对岩石的扰动小：

改善开挖面的施工条件。

周围岩层改善开挖面的施工条件。

周围岩层稳定性较好，保证了施工人员的健康和安全。

稳定性较好，保证了施工人员的健康和安全。

施工安全施工安全：

TBM可在防护棚内进行刀具的更换，密闭可在防护棚内进行刀具的更换，密闭式操纵室和高性能的集尘机的采用，使安全性和作业式操纵室和高性能的集尘机的采用，使安全性和作业环境有了较大的改善。

环境有了较大的改善。

TBM施工技术岩石隧道掘进机（岩石隧道掘进机（TBM）法概述）法概述22、TBMTBM法的缺点法的缺点适应性较差：

适应性较差：

对多变的地质条件对多变的地质条件（断层、破碎断层、破碎带、挤压带、涌水及坚硬岩石等带、挤压带、涌水及坚硬岩石等）的适应性较的适应性较差。

近年来采用了盾构差。

近年来采用了盾构外壳保护型的掘进机，外壳保护型的掘进机，施工既可以在软弱和多变的地层中掘进又能在施工既可以在软弱和多变的地层中掘进又能在中硬岩层中开挖施工。

中硬岩层中开挖施工。

经济性问题：

经济性问题：

掘进机结构复杂，对材料、零部掘进机结构复杂，对材料、零部件的耐久性要求高。

制造的价格较高。

难用于件的耐久性要求高。

制造的价格较高。

难用于短隧道。

短隧道。

开挖不同断面问题开挖不同断面问题：

施工途中不能改变开挖直施工途中不能改变开挖直径。

断面的大小、形状变更难，在应用上受到径。

断面的大小、形状变更难，在应用上受到一定的制约。

一定的制约。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能一、一、TBMTBM工法的基本构成工法的基本构成大体上可分为以下大体上可分为以下开挖部、反力支撑部、开挖部、反力支撑部、推进部和排土部推进部和排土部几个部分。

几个部分。

11、开挖部、开挖部

（1）开挖机制）开挖机制开挖岩层所使用的刀具，不是用于开挖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，而是所谓的软弱土层的锯齿形刀具，而是所谓的滚滚刀刀（回转式刀具）。

滚刀以一定的间距（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。

压，把岩层压碎，进行开挖。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能（22）滚刀）滚刀滚刀是由回转的刀体和装备有刀具的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，构。

最新的刀头环采用了算盘状的刀圈，材质也改为镍铬钼合金钢系。

材质也改为镍铬钼合金钢系。

掘进性能与刀具的性能密切相关。

在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。

化的刀具是极为必要的。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能滚刀的构造滚刀的构造刀头开挖方法的差异刀头开挖方法的差异TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能（33）刀盘构造）刀盘构造TBMTBM与在软土中掘进与在软土中掘进的盾构不同，是以围的盾构不同，是以围岩的自稳为前提的。

岩的自稳为前提的。

有各种各样的构造。

有各种各样的构造。

但其最主要的是刀盘但其最主要的是刀盘和支撑靴。

和支撑靴。

11）球面和平面刀盘）球面和平面刀盘如图示如图示刀头轮廓刀头轮廓TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能

（2）周边支持型和中央主轴型刀盘）周边支持型和中央主轴型刀盘周边支持型刀盘：

周边支持型刀盘：

是由圆筒状的筒体和主机架构是由圆筒状的筒体和主机架构成，采用大口径轴承。

后背部设有开口很大的成，采用大口径轴承。

后背部设有开口很大的周边支持结构。

开挖石碴由设在刀盘前面和外周边支持结构。

开挖石碴由设在刀盘前面和外周面的缝隙处理。

施工时，通过把主机架作为周面的缝隙处理。

施工时，通过把主机架作为料斗提升，将石碴送到排土装置中。

料斗提升，将石碴送到排土装置中。

中央主轴型刀盘：

中央主轴型刀盘：

是一个圆板构造体，在其中心是一个圆板构造体，在其中心处设主轴，用小口径的轴承来支持。

滚刀配置处设主轴，用小口径的轴承来支持。

滚刀配置在圆板上。

出碴是利用设在刀盘外周部的刮板在圆板上。

出碴是利用设在刀盘外周部的刮板从下部收集，而后用外周部的料斗由上部送到从下部收集，而后用外周部的料斗由上部送到排土装置中。

排土装置中。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能22、反力支承靴部、反力支承靴部TBMTBM推进时所需的反力（推进力、刀盘转推进时所需的反力（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，接地压力取为地压力。

通常，接地压力取为3.03.05.05.0MPaMPa。

如把上述支承靴称为主支承靴，则。

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。

目的的各种辅助支承靴。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能（11）盾构形）盾构形TBMTBM支承靴支承靴在盾构型在盾构型TBM中，设中，设有提供推进反力的主有提供推进反力的主支承靴支承靴（尾部尾部）和掌子和掌子面支承靴面支承靴（前部前部）。

主。

主支承靴一般是水平的支承靴一般是水平的在左右设置一对，但在左右设置一对，但对大口径的对大口径的TBM，有，有时在周边上要设置时在周边上要设置45个支撑靴。

个支撑靴。

盾构型支撑靴构造盾构型支撑靴构造TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能（22）敞开式）敞开式TBMTBM支承靴支承靴有单支承靴方式和双支承靴方式两种。

有单支承靴方式和双支承靴方式两种。

单支承靴：

单支承靴：

是在主梁上左右设一对支承靴。

该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。

支撑靴对应推进时主梁的方位变化。

双支承靴：

双支承靴：

是前后各有一对支承靴。

前面的支是前后各有一对支承靴。

前面的支承靴有承靴有4个个（X形形）、2个（个（I形）、形）、3个个（T形形）的布的布置形式。

置形式。

方向修正：

方向修正：

不管支撑靴是何种方式，都应在设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，挖进程中不能改变方向，受地质变化的影响小，直进性能好。

直进性能好。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能敞开式敞开式TBM支撑靴构造支撑靴构造TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能常用的各类支承靴的构造特点常用的各类支承靴的构造特点11）单支承靴敞开式）单支承靴敞开式TBMTBM方式方式TBM的刀盘是周边支持型的。

驱动马达设在刀的刀盘是周边支持型的。

驱动马达设在刀盘的后面。

为减小伸缩千斤顶时对支承靴产生盘的后面。

为减小伸缩千斤顶时对支承靴产生的弯矩，可把主梁和支承靴座相连接。

的弯矩，可把主梁和支承靴座相连接。

22）双支承靴梁型）双支承靴梁型TBMTBM方式方式TBM的刀盘通常是平面型的。

多把驱动装置设的刀盘通常是平面型的。

多把驱动装置设在最后端。

用主梁内的驱动装置驱动。

千斤顶在最后端。

用主梁内的驱动装置驱动。

千斤顶与支承靴的主梁连接。

皮带运输机设置在主梁与支承靴的主梁连接。

皮带运输机设置在主梁上部。

上部。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能33）盾构型）盾构型TBMTBM开放型盾构型开放型盾构型TBMTBM的刀盘都是穹型的（呈的刀盘都是穹型的（呈拱形）。

分前后筒体间可伸缩的拱形）。

分前后筒体间可伸缩的22筒式结筒式结构和前中筒间及中后筒间用可活动铰结构和前中筒间及中后筒间用可活动铰结合的筒式结构两种。

合的筒式结构两种。

44）斜井用）斜井用TBMTBM斜井使用的斜井使用的TBMTBM基本上与在水平坑道中使基本上与在水平坑道中使用的用的TBMTBM一样。

一样。

TBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能55）导坑和扩挖型）导坑和扩挖型TBMTBM开挖大口径隧道的方法，首先是用导坑开挖大口径隧道的方法，首先是用导坑TBMTBM开开挖小断面的导坑，以此为前导，用扩挖型挖小断面的导坑，以此为前导，用扩挖型TBMTBM扩挖隧道。

组成如下图。

扩挖隧道。

组成如下图。

扩挖扩挖TBMTBM施工技术掘进机（掘进机（TBM）的基本构成和性能）的基本构成和性能33、推进部、推进部主要使用推进千斤顶，推进按下述动作主要使用推进千斤顶，推进按下述动作反复进行。

反复进行。

（1）扩张支撑靴，固定机体在隧道壁上；）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；）回转刀盘，开动千斤顶前进；（3