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TBM施工主要关键技术
（1）TBM选型及系统集成设计 TBM系统结构庞大复杂，各种高技术系统
集成，是价值数亿元的大型成套工厂化作业 系统，属于典型的非标定制产品，其机型、 系统设备配置和主要技术参数均需要承包商 与制造商根据具体的工程设计、地质条件和 施工工艺共同研究确定。TBM及其后配套系统 的选型及集成设计是否合理是工程能否顺利 完成的首要问题。
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敞开式TBM
• 敞开式TBM则只设有较短的刀盘护盾， 在其主机和后配套上安装有支护设备， 随着TBM的向前掘进，一般可以同时进 行安装锚杆、挂网和喷射混凝土等支护 作业。敞开式TBM刀盘推力和扭矩通过 机架或主梁传递到支撑系统，支撑系统 径向作用于岩壁上承受推力和扭矩。
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系统构成
• 刀盘 • 刀盘护盾 • 刀盘支承和主轴承 • 刀盘驱动 • 主梁 • 推进系统 • 支撑系统 • 液压系统 • 电气系统
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TBM施工主要关键技术
（4）TBM在软弱围岩和不良地质地段施工技术 软弱围岩条件下容易出现掌子面不稳定、
围岩坍塌、刀盘被卡、支撑系统撑不住、刀 盘下沉、掘进方向难以控制等技术问题。另 外断层、涌水、岩爆等不良地质地段也对TBM 施工带来很大技术难题。因此，TBM在软弱围 岩下的掘进技术和不良地质地段的施工技术 是TBM工程能否安全贯通的关键。
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TBM的工作原理
• 主机前部是装有若干滚刀的刀盘，由刀盘驱 动系统驱动刀盘旋转，并由TBM推进系统给 刀盘提供推进力，在推进力的作用下滚刀切 入掌子面岩石，不同部位的滚刀在掌子面上 留下不同半径的同心圆切槽轨迹，在滚刀的 挤压下，相邻切槽的岩石在剪切力作用下从 岩体上剥落下来形成石碴，石碴则随着刀盘 的旋转由刀盘上的铲碴斗自动拾起，经刀盘 内的溜碴槽输送到装在主机上的皮带机上， 再运到后配套系统处经隧道出碴运输系统运 出洞外。
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主机辅助设备
• 此外，TBM主机上的辅助设备主要有： 主机出渣皮带机、钢拱架安装器、洞底 石渣清理皮带机、超前钻机、锚杆钻机、 通风设施和除尘系统、通讯系统、数据 采集记录系统、激光导向系统、安全控 制系统、甲烷监测器、支护材料转运系 统、紧急手动混凝土喷射系统等。
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TBM后配套系统
• 后配套系统由钢结构件主机连接桥和若干平 台车组成，其上有供水、供电、通风、支护、 出渣等作业所需设备、设施和作业空间。包 括：液压动力装置、电气开关装置、变压器、 主断路开关、电缆卷筒、应急发电机、除尘 器、通风管道、控制室、拌浆装置、材料转 运吊机、皮带输送机系统、集装箱式修理间、 人员休息室及厕所、喷混系统、锚杆系统、 供水系统等。
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TBM施工主要关键技术
（2）TBM施工组织管理技术 TBM施工时，掘进、出碴、支护、进料运输
等工序平行连续作业，系统性强，要求各环 节紧密配合，以TBM掘进作业为中心，其他配 套设施和系统要尽可能满足TBM掘进的需要， 与钻爆法施工在组织管理上具有完全不同的 技术特点，这给TBM施工组织管理技术提出了 挑战。TBM掘进平均机时利用率是衡量TBM施 工组织管理技术水平的主要指标，目前国际 水平在40%左右。
Key Block
Cutting face side Machine side
Floating Seal
Cutter Ring Bearing
Shaft
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TBM刀具
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TBM与盾构
• 隧道（洞）掘进机一般分为盾构和岩石 掘进机两种，盾构主要应用于软土地层 的开挖，岩石掘进机主要用于硬质地层 的开挖，两种掘进机在破岩机理上不同。 本文介绍的是适于硬岩开挖的全断面岩 石掘进机（英文Full Face Tunnel Boring Machine，简称TBM）。
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双护盾TBM
• 双护盾TBM的主机在护盾的保护下进行掘进 作业，主机后部一般装有衬砌管片安装器， 随着TBM的向前掘进，双护盾TBM可同时进 行管片安装作业，后配套系统则完全在已经 完成管片衬砌的隧道内作业；当无法实现径 向支撑而需要辅助推进油缸提供所需推进力 时，推力作用于管片衬砌上，掘进作业与管 片安装作业此时不能同时进行，相当于“单 护盾模式”的作业方式，相应掘进效率较低。
全断面岩石掘进机TBM
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秦岭隧道TBM
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TBM 步入 出发 洞
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Komatsu Hard Rock TBM
Disc Cutter (Back Loading Type)
Cutter Ring Cutter Hub
Retainer
Cutter head Bulkhead
Cutter caபைடு நூலகம்ing Bolt
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图 10 刀圈破岩
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破岩轨迹
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图 12 石碴
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TBM类型
• TBM由主机和后配套系统组成，一般又分为 敞开式TBM和护盾式TBM两大类型，护盾式 TBM又有双护盾TBM和单护盾TBM之分；敞 开式TBM目前主要有两种结构形式，即前后 共有两组“X”支撑的凯氏TBM（含有内凯机 架Inner Kelly和外凯机架Outer Kelly），另一 种为单支撑主梁式TBM。软弱围岩所占比例 较大的隧道一般选用护盾式TBM，而岩石稳 定性好软弱围岩较少的隧道一般选用敞开式 TBM，此外，还要根据工程设计及工程造价 进行综合分析确定。
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TBM施工主要关键技术
（5）TBM状态监测与故障诊断和维护技术 TBM是机、电、液、光一体化的大型复杂隧
道施工作业系统，且作业环境恶劣，作业空 间狭窄。由于TBM和后配套系统庞大复杂以及 实际地质条件的复杂性，在国际TBM工程施工 中发生重大事故的情况多有报道，造成了巨 大的经济损失和社会影响。如何建立先进可 靠的TBM监测诊断和维护技术，保证TBM处于 安全完好掘进状态和提高机时利用率是需要 解决的关键技术问题。
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TBM施工主要关键技术
（3）TBM掘进参数匹配技术 TBM施工中隧道地质条件不断变化，而不同
岩石条件下选取的掘进参数对TBM施工的安全、 掘进速度、掘进效益影响很大，只有根据不 同的围岩条件进行刀盘转速、刀盘推力、刀 盘扭矩、推进速度、撑靴压力、推进行程等 主要参数的合理匹配，才能使TBM能够安全、 快速和高效掘进。