隧道工程第九章-隧道掘進機(TBM)施工課件

9隧道工程SUIDAOGONGCHENG『第九章▎隧道掘進機（TBM）施工『9.1▎概述『9.2▎敞開式掘進機基本構造『9.3▎掘進『9.4▎襯砌施工『9.5▎不良地質(zhì)地段施工『9.6▎掘進機導坑超前擴挖法9隧道工程上海地鐵隧道運用盾構機進行施工上海地鐵隧道運用盾構機進行施工『9.1▎概述隧道掘進機法：不采用爆破方法，而是采用專門的大型掘進機開挖隧道的方法。有的適用于軟弱不穩(wěn)定地層，稱為（機械化）盾構，目前盾構在我國的交通隧道施工中，一般還只用于城市地鐵施工。有的適用于堅硬巖石地層，習慣上所說的隧道掘進機就是指這類巖石掘進機(TunnelBoringMachine)，簡稱TBM。掘進機包括：1.機械盾構：適用于軟弱不穩(wěn)定地層；2.巖石掘進機：適用于堅硬巖石地層?！?.1▎概述隧道掘進機法：不采用爆破方法，而是采用專一、TBM發(fā)展歷史簡介隧道掘進機(TunnelBoringMachine

)是一種用機械破碎巖石、出碴與支護實行連續(xù)作業(yè)的綜合設備，它是由盾構技術發(fā)展而來的。1818年英國布魯諾(Brunel)受蛀蟲鉆孔啟示，最早提出盾構雛形與施工方法。1846年意大利人Maus發(fā)明隧道掘進機(盾構)。1851年美國人查理士·威爾遜研制出TBM試用于花崗巖掘進未獲成功。1881年波蒙特開發(fā)出壓縮空氣式TBM，成功用于英吉利海峽隧道直徑2.1m的勘探導坑。美國羅賓斯(Robbins)公司1952年研制出第一臺軟巖TBM，1956年又成功研制中硬巖TBM。一、TBM發(fā)展歷史簡介二、國外主要制造商德國威爾特(Wirth)公司德國德馬克(Dcmag)公司美國羅賓斯(Robbins)公司美國賈瓦(Jarva)公司德國海瑞克(Herrenknecht)公司加拿大拉瓦特(Lovat)公司日本三菱重工(Mitsubishi

Heavy

Industries)

第三章隧道掘進機(TBM)施工

二、國外主要制造商第三章隧道掘進機(TBM)施工美國ROBBINS公司1951年成立，專長生產(chǎn)硬巖TBM。直徑范圍2~11.87M。生產(chǎn)了400多臺開敞式硬巖TBM，掘進長度2500KM；生產(chǎn)了35臺雙護盾TBM，掘進長度359KM。德國WIRTH公司1955年成立，專長生產(chǎn)硬巖TBM。生產(chǎn)了120臺硬巖TBM，掘進長度達600KM。加拿大拉羅威特LOVAT公司1992年成立，專長生產(chǎn)盾構TBM。共生產(chǎn)了200臺盾構TBM，掘進長度1000KM。日本主要盾構TBM生產(chǎn)廠家日本川琦重工、小松、日立施工機械、三菱重工等公司專長生產(chǎn)各種盾構TBM。美國ROBBINS公司加拿大拉羅威特LOVAT公司德國海瑞克HERRENKNECTHTAG公司1977年成立，專長生產(chǎn)盾構TBM。1985年研制出能在地下水位下工作的大直徑TBM。1988年制造出直徑大于10M的混合盾構TBM。德國海瑞克HERRENKNECTHTAG公司三、掘進機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

TBM施工法始于二十世紀三十年代，限于機械技術水平，其應用實例甚少。五六十年代隨著機械工業(yè)與掘進機技術水平的不斷提高發(fā)展較快。迄今為止，世界上采用TBM施工的隧道超過1000座，總長度超過4000km，以逐步成為長大隧道修建的主要施工方法之一。國外典型應用——英吉利海峽隧道

由2條外徑8.6m單線鐵路隧道與1條外徑5.6m輔助隧道組成。全長48.5km，海底段長37.5km，隧道最深處在海平面下100m，全部采用TBM施工。英國側6臺，岸邊段3臺海底段3臺(單向推進21.2km)。法國側5臺，岸邊段2臺海底段3臺。最深處需承受10atm水壓力，平均月進尺1000m/月。 隧道建成標志著TBM施工技術的最高水平，也是融合英、美、法、德等國TBM施工技術于一體的最高成就。三、掘進機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 TBM施工法始于

國內(nèi)應用國內(nèi)TBM研發(fā)制造始于二十世紀六十年代中期，共生產(chǎn)10余臺直徑2.5~5.8m的TBM，先后用于下列水電與煤礦井巷工程。國產(chǎn)機型月均進尺20~300m，累計總掘進長度12km。云南西洱河水電站引水隧道引灤入津新王莊隧道陡河電站的引水隧道引大入秦總干渠38號隧道北京落坡嶺水電工程貴州貓?zhí)铀娬疽淼栏＝堥T灘引水隧道江西萍鄉(xiāng)、山西懷仁、山西古交、云南羊場煤礦國內(nèi)應用

國內(nèi)應用(續(xù))甘肅引大入秦水磨溝輸水隧道[Φ5.54m；11649m；Robbins雙護盾TBM；最高月進尺1300.8m/月]引黃入晉總干6、7、8號與南干4、5、6、7號隧道[Robbins雙護盾TBM，總長122km，最高月進尺1637m/月，日掘進113m/日]遼寧大伙房引水工程[全長85.32km，3臺Φ8.0m開敞式]新疆大阪輸水隧道工程[全長30.68km，德國海瑞克雙護盾TBM]青海引大濟湟總干渠工程[德國Wirth雙護盾TBM，Φ5.93m，全長19.94km]西康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道[掘進5.621km，Φ8.8m開敞式TBM]西安南京鐵路桃花鋪1號隧道[掘進7.23km,機型同上]西安南京鐵路磨溝嶺隧道[掘進6.11km,機型同上]南疆鐵路吐庫二線中天山隧道[機型同上]蘭渝鐵路西秦嶺隧道[Φ10.23mRobbins開敞式TBM]重慶地鐵一號線[2臺Φ6.36m開敞式TBM]國內(nèi)應用(續(xù))（一）國內(nèi)TBM應用1、開敞式硬巖TBM1997年西安－安康鐵路秦嶺Ⅰ線隧道，隧洞全長18.452公里TBM：兩臺德國WIRTH的TB880E型開敞式硬巖掘進機直徑：8.8m地質(zhì)：混合花崗巖和混合片麻巖，單軸抗壓強度98~325Mpa，隧洞最大埋深達1600米。工期：1998年1月18日開工，1999年8月29日貫通。最好進尺：日40.5米，月528.1米。2000年西安－南京鐵路磨溝嶺隧道，6.112KMTBM：WIRTH，TB880ETBM（一）國內(nèi)TBM應用2、雙護盾TBM應用1988年引大入秦總干30#A和38#隧洞，總長：16.6KMTBM：一臺美國ROBBINS1811256型雙護TBM直徑：5.54m地質(zhì)：砂礫巖，泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、灰?guī)r、板巖，抗壓強度：26133Mpa.工期：1991年1月開工，1992年

8月貫通。最好進尺：日75.2米，月1408米1992年1月引大入秦30A隧洞2、雙護盾TBM應用1988年1992年1月引大入秦30A1993年萬家寨引黃總干6#、7#、8#隧洞，總長21.5KMTBM：一臺ROBBINS205277型雙護盾TBM直徑：6.125m地質(zhì)：灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r工期：1994年7月17日開工，1997年9月6日貫通。最好進尺：日65.6米，月1084米1996年1月10日引黃工程總干8#洞貫通1993年1996年1月10日引黃工程總干8#洞貫通2000年萬家寨引黃工程聯(lián)接段V標7#隧洞，長13.52KMTBM：ROBBINS雙護盾155274型TBM一臺直徑：4.82m地質(zhì)：石灰?guī)r工期：2000年12月2日開工，2001年9月27日貫通。最好進尺：日113.21米，月1637.52米2001年9月29日V標7#隧洞貫通2002年昆明市掌鳩合引水供水工程I標上，公山隧洞，康樂隧洞總長21.56KMTBM：ROBBINS雙護TBM一臺直徑：3.655m，地質(zhì)：泥巖、泥質(zhì)板巖2000年2001年9月29日V標7#隧洞貫通2002年3、盾構機應用1985年以后，我國從日本、法國、德國相繼引進了約16臺盾構（EPB和泥水盾構），并與法國的FCB公司合作生產(chǎn)了7臺EPB，同時還研制了3臺EPB。主要工程：上海地鐵I、II、III號線；廣州地鐵I、II、III號線；北京地鐵V號線；南京地鐵I號線首臺國產(chǎn)地鐵盾構機先行號3、盾構機應用1985年以后，我國從日本、法國、德國相繼引進（二）國外TBM發(fā)展世界最大的TBM－直徑14.2米混合盾構（二）國外TBM發(fā)展世界最大的TBM－直徑14.2米混合盾構微型TBM微型TBM雙圓或三圓TBM雙圓或三圓TBM母子盾構TBM橢圓型斷面TBM母子盾構TBM橢圓型斷面TBM矩形斷面TBM矩形斷面TBM四、掘進機的施工特點：優(yōu)點：1.與鉆爆法相比，掘進機法可適用于較差地質(zhì)條件；2.掘進速度快，機械化程度高；3.顯著改善施工環(huán)境、勞動條件好；4.圍巖擾動小。最大優(yōu)點是快速，施工速度為常規(guī)鉆爆法的3～10倍。缺點：1.一次投資大，主機重量大，運輸不方便，安裝工作量大；2.短隧道使用不經(jīng)濟；3.對地質(zhì)條件的適用性差。四、掘進機的施工特點：五、掘進機的類型山嶺隧道掘進機分全斷面掘進機、臂式掘進機。開敞式TBM：配置鋼拱架安裝器與噴錨等輔助設備。常用于硬巖，采取有效支護手段后也可應用于軟巖隧道。

雙護盾TBM：適用于各種地質(zhì)，既能適應軟巖，也能適應硬巖或軟硬巖交互地層。單護盾TBM：常用于劣質(zhì)地層。單護盾TBM推進時利用管片作支撐，其原理類似于盾構。與雙護盾TBM相比，掘進與安裝管片不能同時進行。微型TBM：Φ0.25~3.00m中型TBM：Φ3.0~8.0m巨型TBM：大于Φ8.0m五、掘進機的類型山嶺隧道掘進機分全斷面掘進機、臂式掘進機。開

全斷面掘進機分類：1.開敞式：適用于硬巖隧道。2.護盾式：既能用于軟巖、又能用于硬巖。（1）單護盾（2）雙護盾（1）單水平撐靴（2）雙水平撐靴（1）單護盾（2）雙護盾（1）單水平撐靴（2）雙水平撐靴（一）開敞式掘進機適用：硬巖隧道1.基本構造組成：掘進刀盤、主機架、撐靴（即千斤頂）、出渣輸送機等。單撐靴式和雙撐靴式。全斷面掘進機『9.2▎盾構機構造（一）開敞式掘進機全斷面掘進機『9.2▎盾構機構造全斷面掘進機全斷面掘進機（1）單水平撐靴掘進機特點：在機身的水平方向每側只設置了一個水平撐靴，故稱為單撐靴式?；緲嬙欤孩僦髁汉途蜻M刀盤支架是掘進機的構架，為所用其它構件提供安裝支點；②掘進刀盤的四周安裝了刀盤護盾，利用可調(diào)試頂盾、側盾和下支撐保持一種保持一種浮動支撐，從而保證了切削刀盤的穩(wěn)定；③主梁上安裝推力千斤頂和支撐系統(tǒng)。由于每側只采用了一個水平撐靴，因此它在掘進過程中，方向調(diào)整是隨時進行的，掘進的軌跡是曲線。（1）單水平撐靴掘進機（2）雙水平撐靴掘進機特點：在機身的前后每側有兩個水平撐靴，故稱為雙撐靴式?；緲嬙欤孩僦鳈C架的后端與后下支撐連接，推進千斤頂推動主機架及掘進刀盤前進；②在掘進中有兩對水平撐靴撐緊洞避，因此掘進方向一經(jīng)定位，只能沿著直線掘進，只有在重新定位后，才能調(diào)整方向，所以掘進機軌跡是折線。（2）雙水平撐靴掘進機水平撐靴的方式：

X型撐靴、T型撐靴等掘進機雙水平撐靴型式水平撐靴的方式：掘進機雙水平撐靴型式2.切削刀盤（掘進刀盤）主要組成：（1）刀盤～用于安裝滾刀（2）滾刀～用于擠壓破碎巖石（3）出渣～用刀盤上的鏟斗、鏟齒和刮渣器將石渣送進刀盤正面上的進渣口，經(jīng)刀盤內(nèi)部的導引板將石渣通過漏斗傳送到皮帶輸送機上運走。3.支撐和推進系統(tǒng)（1）支撐系統(tǒng)～即撐靴（2）推進系統(tǒng)～推進千斤頂4.刀盤驅動系統(tǒng)和刀具（1）刀盤的驅動方式①電動；②液壓（2）刀具（滾刀）易損件。頻繁更換刀具，會導致費用增加，且占有掘進機的工作時間。5后部配套設備掘進機刀盤示意圖2.切削刀盤（掘進刀盤）掘進機刀盤示意圖隧道工程第九章-隧道掘進機(TBM)施工ppt課件隧道工程第九章-隧道掘進機(TBM)施工ppt課件隧道工程第九章-隧道掘進機(TBM)施工ppt課件護盾式掘進機（二）護盾式掘進機護盾式掘進機（二）護盾式掘進機護盾式掘進機護盾式掘進機加拿大羅威特盾構機加拿大羅威特盾構機分單護盾掘進機、雙護盾掘進機。1.單護盾掘進機適用：軟巖隧道特點：設置單護盾，圖中紅線，向前掘進和安裝管片不能同時進行，因而降低了施工進度，無撐靴。分單護盾掘進機、雙護盾掘進機。單護盾作用：保護掘進機和操作人員的安全。單護盾掘進機工作方式：當向前掘進時，需要推進千斤頂緊緊的頂住護盾尾部已安裝的管片，因此管片的安裝必須停止。當掘進了一個千斤頂沖程的距離之后，千斤頂縮回，讓出管片環(huán)節(jié)的拼裝空間，進行又一輪管片的安裝?？梢娖渲饕秉c是向前掘進和安裝管片不能同時進行，因而降低了施工進度。單護盾作用：保護掘進機和操作人員的安全。單護盾TBM照片單護盾TBM照片2.雙護盾掘進機適用：既適用于軟巖，又適用于硬巖，地質(zhì)條件適用性好。特點：設置兩個護盾，圖中紅線、黃線，同時還設置撐靴，前護盾作用：保護掘進機和操作人員的安全；尾護盾作用：在軟巖中施工時，保護人工拼裝襯砌安全。兩護盾之間有搭接長度，供伸縮。2.雙護盾掘進機雙護盾掘進機工作方式：①在硬巖中施工時利用水平撐靴，支撐洞壁傳遞反力；②在軟巖中施工，利用尾部的推力千斤頂頂推安裝好的襯砌管片向前推進；③襯砌管片安裝與掘進推進可同時進行，從而實現(xiàn)了開挖與管片安裝的平行作業(yè)。雙護盾掘進機工作方式：雙護盾TBM照片雙護盾TBM照片雙護盾TBM吊裝照片雙護盾TBM吊裝照片二、臂式掘進機又稱為部分斷面掘進機。特點：切削頭雖小，但可以上下左右自由運動；在隧道斷面大致相同的情況下，臂式掘進機的基本投資費用僅約為全斷面掘進機的15％。適用：任意形狀的斷面，對地質(zhì)條件要求較低，機身運輸和安裝方便，中短隧道施工更適用。二、臂式掘進機（煤礦隧道挖掘）掘進機（煤礦隧道挖掘）掘進機斗輪掘進機（多用于煤礦業(yè)）斗輪掘進機（多用于煤礦業(yè)）帶懸臂掘進機帶懸臂掘進機一、破巖方式與機理『9.3▎掘進TBM破巖方式主要有：擠壓式與切削式擠壓式 主要是通過水平推進油缸使刀盤上的滾刀強行壓入巖體，并在刀盤旋轉推進過程中聯(lián)合擠壓與剪切作用破碎巖體。 滾刀類型：圓盤型、楔齒形、球齒型切削式 主要利用巖石抗彎、抗剪強度低(僅為抗壓強度的5~10%)的特點，靠銑削(即剪切)與彎斷破碎巖體。 在兩種破巖方式總的破巖體積中，大部分并不是由刀具直接切割下來的，而是由后進刀具剪切破碎的，先形成破碎溝或切削槽是先決條件一、破巖方式與機理『9.3▎掘進TBM破巖方式主要有：圓盤型滾刀破巖原理圓盤型滾刀(圖a)工作壓力50~200kN，巖體表面在刀圈刀尖強集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(見圖b)。隨著滾刀滾動，在巖面上形成一條條的破碎溝，破碎溝之間巖石AO1O2B受滾刀側刃擠壓力的作用而剪切破碎。當切入深度h較大時，剪裂面為O1O2(圖c)。圓盤型滾刀破巖原理

在掘進時切削刀盤上的滾刀沿巖石開挖面滾動，切削刀盤均勻地對每個滾刀施加壓力，形成對巖面的滾動擠壓，切削刀盤每轉動一圈，就會貫入巖面一定深度，在滾刀刀刃與巖石接觸處，巖石被擠壓成粉末，從這個區(qū)域開始，裂縫向相鄰的切割槽擴展，形成片狀石碴，從而實現(xiàn)破巖，參見下圖。在掘進時切削刀盤上的滾刀沿巖石開挖面滾動，切隧道工程第九章-隧道掘進機(TBM)施工ppt課件

不同的巖石需要不同的滾刀壓入巖石的最低壓強值，才能達到較理想的貫入深度。

滾刀的刀間距要合適，刀間距太大，開挖不出片狀石碴，使開挖效率降低。刀間距太小，則會使石碴塊太小，浪費設備的功率。

掘進機施工還應注意巖石的磨蝕性和巖體的裂隙程度，當巖體節(jié)理裂隙面間距越大時，切割也就會越困難。關于裂隙度與滾刀的磨損規(guī)律，我國還缺乏研究成果，有待于進一步總結。下表是通用于世界的裂隙分級標準。5102080～40160裂隙面間距(cm)ⅣⅢⅡⅠ0～Ⅰ裂隙分級裂隙分級參考表不同的巖石需要不同的滾刀壓入巖石的最低壓強值

楔齒型與球齒型滾刀破巖原理最初由楔齒尖端在滾刀轉動情況下產(chǎn)生切向張力破壞巖石的表面，切人深度為λ。然后由齒尖的楔入力繼續(xù)引起剪切破壞，楔入深度為h。由于各齒環(huán)的齒節(jié)是不同的，因此加大了楔齒的破巖效果。球齒型滾刀的破巖原理與楔齒型滾刀相同，適用于硬巖掘進。楔齒型與球齒型滾刀破巖原理

削刀破巖原理削刀在擠壓力Pv和切割力PH作用下，首先在刀尖處形成切碎區(qū)2，隨著刀具的回轉運動形成剪力破碎區(qū)3。削刀繼續(xù)回轉即在巖壁上留下環(huán)狀切削槽，兩槽之間的巖石在削刀側向擠壓力R的作用下而剪切破壞。削刀破巖原理一、單護盾TBM與盾構的區(qū)別 前者采用皮帶機出碴而盾構則采用螺旋輸送機或泥漿泵通過管道出碴；前者不具備平衡掌子面的功能，而盾構則采用土壓力或泥水壓力平衡開挖面水土壓力。二、TBM選用 ①整條隧道地質(zhì)情況均差時采用單護盾TBM； ②良好地質(zhì)條件中則采用開敞式TBM； ③雙護盾TBM常用于復雜地層的長隧道開挖，一般適用于中厚埋深、中高強度、地質(zhì)穩(wěn)定性基本良好的隧道，對各種不良地質(zhì)與巖石強度變化有較好適應性?！?.3▎掘進一、單護盾TBM與盾構的區(qū)別『9.3▎掘進三、掘進機法施工流程（一）TBM施工主要流程

施工準備→全斷面開挖與出渣→外層管片式襯砌或初期支護→TBM前推→管片外灌漿或二次襯砌（二）Robbins開敞式TBM循環(huán)作業(yè)流程STEP1:作業(yè)開始。主支撐前位撐緊洞壁，后支撐腿提起。刀盤轉動，推進油缸伸出，TBM前部前移一個作業(yè)行程STEP2:準備換步。刀盤停轉，后支撐腿抵住仰拱承重STEP3:主支撐回縮。推進油缸回縮將自由態(tài)主支撐前拉回位STEP4:主支撐回位后伸出支撐鞋抵緊巖壁，后支撐提起，TBM定位找正，坡道上必要時先定坡度。STEP5:返回第一步，TBM準備下一循環(huán)掘進。三、掘進機法施工流程（一）TBM施工主要流程隧道工程第九章-隧道掘進機(TBM)施工ppt課件（三）TBM基本構造

TBM由破巖機構、推進機構、巖碴裝運機構、導向調(diào)向機構及吸塵、通風裝置等幾部分組成。破巖機構 滾刀或削刀在強大軸推力的作用下旋轉，切削與剪切破碎巖石。推進機構

主支撐鞋頂撐洞壁以支承和推進機身。副支撐鞋控制振動與方向。（三）TBM基本構造出碴機構 破巖形成的片狀石碴，由安裝在刀盤上的鏟碴斗鏟起，鏟斗旋轉到頂部卸入集料斗，經(jīng)皮帶機裝車運出洞外。導向及調(diào)向機構 導向機構是用來指示和校核掘進機推進的方向，使其保證符合設計的軸線和坡度的要求。通風及吸塵裝置

掘進機工作時將產(chǎn)生大量的熱量與粉塵。故對通風、降塵要求較高。一般在刀盤頭部安裝有吸塵設備和噴水裝置，掘進時連續(xù)噴水降塵。機房內(nèi)專設通風降溫設備。出碴機構四、掘進機法施工技術要求（一）基本原則

TBM掘進斷面大可達10m以上，小僅為1.8m。由于TBM與輔助施工技術日臻完善以及現(xiàn)代高科技成果(液壓新技術、電子技術與材料科學技術等)的應用大大提高了TBM對各種困難條件的適應性，因此簡單從開挖可能性來考慮TBM的適用范圍是不全面的。

判定依據(jù)隧道圍巖的抗壓強度、裂縫狀態(tài)、涌水狀態(tài)等巖性條件機械構造、TBM直徑等機械條件；隧道斷面、長度、位置狀況、地址條件等。TBM工法選用流程

(參見下頁流程圖)四、掘進機法施工技術要求（一）基本原則

初步調(diào)查地質(zhì)構造分析地表調(diào)查彈性波速度阻抗試驗鉆孔調(diào)查開挖直徑刀具直徑與數(shù)量馬達刀具轉速后續(xù)設備等循環(huán)、支護輔助工法、臨時設計

與鉆爆法比較

線路決定

地質(zhì)調(diào)查

當?shù)貤l件TBM規(guī)格決定施工計劃經(jīng)濟分析實施計劃變更線路其他方法NoYesTBM工法研究流程框圖初步調(diào)查地質(zhì)構造分析開挖直徑循環(huán)、（二）工程地質(zhì)條件

主要調(diào)查影響TBM使用的地質(zhì)條件。影響TBM選用的地質(zhì)因素隧道地壓。是否存在塑性地壓？ 指標：圍巖強度比(軟巖)；圍巖抗剪強度比(似砂土軟巖)

圍巖強度比斷層破碎帶、軟弱泥巖以及蛇紋巖等膨脹性巖層掘進困難涌水狀態(tài)。涌水范圍、大小與壓力會造成工作面崩塌與承載力低下，應慎用。α＜2擠出性——膨脹性圍巖2＜α＜4輕微擠出性——地壓大的圍巖4＜α＜10地壓大——有地壓的圍巖α＞10幾乎無地壓的圍巖（二）工程地質(zhì)條件α＜2擠出性——膨脹性圍巖2＜α＜4影響TBM效率的地質(zhì)因素巖石強度。開挖難易一般用抗壓強度來判定。刀具消耗應考慮巖石中石英粒范圍、大小與抗拉強度等判斷。巖層裂隙。巖層節(jié)理、層理、片理對開挖效率影響極大。裂隙適度發(fā)育的巖層，即使抗壓強度大也能進行較為有效的開挖。巖石硬度。一般地，對于q＜100MPa的巖層，其石英含量較多、粒徑較大，刀具磨耗很大。破碎帶等惡劣條件。在破碎帶、風化帶等難于自穩(wěn)的困難條件下進行機械開挖，均需采取輔助施工方法配合施工。特別是在有涌水的條件下更為困難，拱頂崩塌、機體下沉、支承反力降低等問題時有發(fā)生。影響TBM效率的地質(zhì)因素TBM適用范圍一般只適用于圓形斷面隧道，只有銑削滾筒式掘進機可在軟巖中掘進非圓形斷面隧道。開挖隧道直徑1.8~12m之間，以直徑3~6m最為成熟。一次性連續(xù)開挖長度不宜短于1km，也不宜長于10km，以3~8km最佳。適用于中硬巖層，巖石單軸抗壓強度介于20~250MPa，尤以50~100MPa最佳。地質(zhì)條件對TBM掘進效率影響很大。在良好巖層中月進尺可達500~600m，而在破碎巖層中只有100m左右，在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停機處理。選用TBM開挖隧道應盡量避開復雜不良巖層。TBM適用范圍（三）機械條件TBM不僅受地質(zhì)條件約束，還受到開挖直徑、開挖機構的約束。在硬巖中開挖大直徑隧道很是困難。日本實例的最大直徑僅為5m左右。目前TBM多數(shù)是單軸回轉式。若開挖直徑越大，刀頭內(nèi)周與外周的周差速越大，將對刀頭產(chǎn)生不良影響。隨著開挖直徑的增大，需要增大推力，支撐靴也要增大，將導致運輸困難與承載力問題。（三）機械條件（四）開挖長度TBM進場需經(jīng)歷運輸、組裝等過程。根據(jù)其直徑與型式、運輸途徑、組裝基地狀況等不同，需準備1~2個月。TBM后續(xù)設備長100~200m，為正規(guī)地進行掘進也需先筑一段長200m左右的隧道。隧道長度小于1000m時，其運行成本急劇增大。達3000m左右時的成本大致是一定的。國外在斷面10~30m2、長1000km以上的隧道開挖，優(yōu)先考慮采用TBM施工。最佳開挖長度為3km以上，短隧道慎用。（四）開挖長度（五）工程所在地的道路設施TBM的運輸與組裝要求注意工程所在地的基礎設施條件。搬運計劃應考慮道路寬度、高度與重量等限制，根據(jù)組裝條件充分調(diào)查運輸時的分割方法(即最小分割尺寸與重量)。TBM一般在工廠試組裝、試運輸后分割。分割重量約為35t，斷面3.5×3.5m左右。TBM施工電耗較高，約為同規(guī)模其他工法施工的雙車道隧道的1.5倍，規(guī)劃時應充分考慮。（六）TBM選用應考慮的條件工程規(guī)模：隧道形狀、長度、直徑、埋深、走向；地質(zhì)情況：巖石類型與強度、節(jié)理分布與發(fā)育程度、斷層、暗河、溶洞、地下水分布、已有地表建筑、河流等基礎設施：交通運輸能力、水電來源、進出洞口場地施工進度與企業(yè)能力(制造維修、經(jīng)濟、施工管理與習慣)（五）工程所在地的道路設施五、TBM施工管理措施

TBM工廠化施工是一項管理系統(tǒng)工程。施工與設備管理水平的提高是高效率與高效益的保證。在一般地質(zhì)條件下，國外掘進機凈掘進時間在40～50％左右。提高設備完好率，強調(diào)預防性維修。選擇合理掘進系數(shù)，定時檢查、更換與調(diào)換刀具。配件儲備與供應。定崗定責，標準化作業(yè)。地質(zhì)超前預報?？刂茰y量與施工測量精度。電力專供。洞口平縱面條件、作業(yè)場地、大型臨時工程等施工準備。五、TBM施工管理措施泥水加壓平衡盾構機泥水加壓平衡盾構機土壓平衡盾構機土壓平衡盾構機土壓平衡掘進工作原理示意圖土壓平衡掘進工作原理示意圖主要支護型式：管片式襯砌、復合式襯砌管片式襯砌因安裝速度快、能立即受力，特別適合掘進機開挖速度快的特點，故都可以采用。護盾式TBM一般采用圓形全周管片式襯砌。該類襯砌適合于軟弱圍巖。管片間應安裝止水條，并在管片外圓與洞壁間隙間壓入豆石與注漿。復合式襯砌主要用于開敞式掘進機，其初期支護有加固圍巖的特點，且造價比管片低。一般隨開挖先施作臨時支護，再進行二次模注混凝土襯砌。亦可采用二次噴射混凝土作為永久襯砌，加鋼筋網(wǎng)或鋼纖維?！?.4▎襯砌施工

不同型式的掘進機，要求采用不同的支護型式。