隧道工程(第7章-1TBM)

1、隧道工程 第7章 隧道工程其他施工方法邵 鵬 中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院2022年3月5日星期六主要內(nèi)容主要內(nèi)容 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 盾構(gòu)法施工方法 頂管法施工方法 沉管法施工方法 明挖法施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 隧道掘進(jìn)機(jī) (Tunnel Boring Machine，簡稱TBM)是集破巖裝巖、轉(zhuǎn)載、支護(hù)于一體的大型綜合性隧道掘進(jìn)機(jī)械。1. 概述 1846年-TBM由意大利人Maus發(fā)明。 1851年-美國人威爾遜開發(fā)了一臺TBM，在花崗巖中試用未獲成功。 1881年-TBM成功應(yīng)用于英吉利海峽隧道2.1m直徑的勘探導(dǎo)坑掘進(jìn)。 1952年-美國羅賓斯公司

2、研制了第一臺現(xiàn)代意義的軟巖TBM。 1956年-美國羅賓斯公司又成功研制了中硬巖TBM，進(jìn)入快速發(fā)展期。 英法海底隧道-單洞長約50km，使用11臺TBM。 瑞士費(fèi)爾艾那隧道-長19km，其中9.5km采用TBM施工。 瑞士阿爾卑斯山圣哥達(dá)隧道-長達(dá)57km。 美國芝加哥TARP排水隧道-超過40km，全部采用TBM施工。發(fā)展應(yīng)用7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 開挖直徑1.8m-11.87m。 可在抗壓強(qiáng)度360MPa巖體中掘進(jìn)80-100m2大斷面隧道，350-400m/月。 可開挖45傾角的斜井。 滾刀的最大直徑483mm，承載力達(dá)312KN；壽命達(dá)300-500m。

3、單臺TBM最大總進(jìn)尺超過40km?，F(xiàn)狀7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 TBM制造 主要制造商7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 開挖直徑1.8m-11.87m。 可在抗壓強(qiáng)度360MPa巖體中掘進(jìn)80-100m2大斷面隧道，350-400m/月。 可開挖45傾角的斜井。 滾刀的最大直徑483mm，承載力達(dá)312KN；壽命達(dá)300-500m。 單臺TBM最大總進(jìn)尺超過40km。7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法1）TBM施工特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)快速：約為鉆爆法的4-6倍；優(yōu)質(zhì)：洞壁光滑，超挖量少；高效：施工速度快，縮短工期；安全：無爆破作業(yè)；環(huán)保：塵、

4、氣、噪少，地表破壞少；自動化、信息化程度高。地質(zhì)適應(yīng)性差；不適宜中短距離隧道的施工；斷面適應(yīng)性差；運(yùn)輸困難，對施工場地有特殊要求；設(shè)備購置及使用成本高。7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法2）TBM掘進(jìn)機(jī)類型TBM開敞式護(hù)盾式單撐靴式雙撐靴式單護(hù)盾式雙護(hù)盾式開敞式依靠支撐靴提供設(shè)備推力和扭矩的支撐反力，圍巖暴露于機(jī)械四周。護(hù)盾式利用千斤頂作用于盾尾管片提供推進(jìn)力，護(hù)盾范圍內(nèi)的圍巖不暴露。兩類TBM的區(qū)別7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 開敞式TBM組成：刀盤、主機(jī)架、撐靴、出渣運(yùn)送機(jī)。適用：硬巖掘進(jìn)。7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1

5、 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 基本型式：單撐靴式、雙撐靴式。7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 護(hù)盾式TBM適用：軟巖掘進(jìn)。型式：單護(hù)盾式、雙護(hù)盾式。掘進(jìn)與安裝管片不能同時進(jìn)行7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法掘進(jìn)與安裝管片可以同時進(jìn)行7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法2. 掘進(jìn)7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法（1）TBM

6、掘進(jìn)施工 1）破巖機(jī)理滾刀破巖削刀破巖7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法圓盤形滾刀破巖50-200KN7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法球齒形滾刀破巖7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法擠壓力Pv剪切力PH切碎區(qū)切碎區(qū)剪力破碎區(qū)剪力破碎區(qū)削刀破巖7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 2）施工工藝TBM組裝破巖出渣初期支護(hù)管片拼裝超前支護(hù)二次襯砌施工準(zhǔn)備掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)洞口出洞口正常掘進(jìn)通風(fēng)除塵7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 施工準(zhǔn)備 技術(shù)準(zhǔn)備 設(shè)備、設(shè)施準(zhǔn)備 材料準(zhǔn)備 作

7、業(yè)人員準(zhǔn)備 施工場地布置 預(yù)備洞、出發(fā)洞預(yù)備洞：自洞口用鉆爆法挖掘到圍巖條件較 好的洞段，用于TBM撐靴的撐緊。出發(fā)洞：由預(yù)備洞再向里按刀盤直徑掘出的 供TBM主機(jī)進(jìn)入的洞段。7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 TBM組裝7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 掘進(jìn)作業(yè)7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 初期支護(hù)7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)

8、施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 二次襯砌7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法支護(hù)類型的選擇支護(hù)類型的選擇7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 出渣7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法（2）不良地質(zhì)地段施工 7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法（3）采用TBM法的基本條件 影響是否選用TBM法的地質(zhì)因素隧道地壓7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 涌水狀態(tài) 軟弱圍巖和破碎帶中涌水涌水是造成掌子面坍塌和承載力低的主要原因。 在涌水地段，TBM的優(yōu)勢會喪失殆盡，慎用。 巖石強(qiáng)度 巖層裂隙 巖石硬度 風(fēng)化破碎帶7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 機(jī)械條件 開挖直徑越大，內(nèi)、外周刀具的周速差越大，對刀具產(chǎn)生不良影響。 隨開挖直徑增大，推力和撐靴作用力增大，會出現(xiàn)承載力問題。 不同的破巖方式對機(jī)械要求也有差別。7.17.1 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法開挖長度 根據(jù)TBM的直徑和形式、運(yùn)輸途徑、組裝基地等狀況，要準(zhǔn)備1-2個月。TBM后續(xù)設(shè)備長100m-200m，掘進(jìn)前要先修筑一段200m左右的隧道。對于短隧道不經(jīng)濟(jì)。 隧道長