开敞式掘进机掘进过程可直接观测到洞壁岩性变化，便于地质图描绘。故 当所掌握的水文、地质资料不很充分时，选用开敞式掘进机，可充分发挥出它 能运用新奥法理论及时进行支护的优势；永久性的衬砌一般待全线贯通后集中 进行，目前也有成熟的同步衬砌技术。
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
一．TBM适用条件
量、模注衬砌误差）（m）； h2—初期支护厚度（m）； h3—二次衬砌厚度（m）。
护盾式（双护盾、单护盾）掘进机刀盘直径计算公式如下： D= D0+2(δ+ h) 式中：D0—管片内径（m）； δ—管片厚度（m）； h—灌注豆砾石平均厚度（m）。
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
二、TBM直径确定
刀盘65t、主轴承70t 26/155 780方/h
1000mm/25m
罗宾斯(MB260) 主机650t，后配套 420 t 刀盘73t、主梁64t
31/161 1100方/h 1067mm/26m
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
二、TBM直径确定
掘进机法施工隧道基本内轮廓一般设计为 圆形，确定其直径大小的因素：
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
TBM类型 掘进性能
支护速度
掘进速度
衬砌方式 管片预制厂 设备费用 工程成本
其它
敞开式掘进机和双护盾掘进机对比表
敞开式掘进机
可根据不同地质，采用不同的掘进参 数，随时调整。
地质情况好时只需要进行锚网喷，支 护工作量小，速度快。 地质差时需要超前加固，支护工作量 大，速度慢。
施工方法 用电安装功率
TBM 工区（直径8m敞开式） 一般钻爆法（开挖断面8.5*9m）
6000~8000kw(含皮带输送）
1500~3000kw
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一、TBM适用条件
(3).用水条件
施工用水与一般钻爆作业的要求基本相同。
（4）交通条件
1） 由于TBM的组件多且重，因此对运输条件的要求较高。 由于考虑大件运输，除考虑长途运输的道路条件外，应充分考虑便 道的线性条件。
◇ 涌、漏水严重的地段，若围岩为软弱层、破碎带、水将恶 化围岩条件，甚至发生坍塌；隧道基底及侧壁承载力底等问题。
◇ 岩溶发育带，隧道区岩溶发育，及可能碰到大的岩溶洞穴、 充填溶洞或岩溶水。
以上这些条件主要与IBM的工作原理有关系。以水平单撑靴敞 开式掘进机工作原理介绍如下：
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
◆ 集装箱存放场地：TBM设备全重达1500t~2000t，需要约 80个集装箱存放场地、场内运输等，场地面积约3500㎡。
◆ 修理间及备件库：TBM施工中所使用设备维护、备件等， 须设置修理间和专用设备库，建筑面积约1000㎡，并设20t桥式 起重机一台。
◆ 预制车间、预制块（管片）堆放场：需要面积约2500㎡。
2）运输费用高：（高黎贡山隧道出口小TBM运输费用调查）
运输区间：重庆--云南保山市龙陵县； 运输方式:全程陆运 约1600Km 运输周期：前期准备周期约15天，总运输时间约25-35天 运输费用：TBM6.36米从重庆至云南省保山市龙陵县工地总费用约为 ￥5960000.00元 以上不含启运地及目的地的装卸车费用（沿途因大件超限需要拆除或处理的收费站 初步统计17座）。
本表是直径8m敞开式硬岩掘进机的一个基本尺寸表
不同型号 TBM(直径8m）
总重
海瑞克（单撑靴） 主机760t，后配套410t
最大部件重 刀盘68t、主驱动100t
主机/全长 m
22/104
TBM皮带机能力
600方/h
TBM皮带机规格
800mm/25m
维尔特（TB800E) 主机780t，后配套420 t
主要是接触网结构高度对TBM直径影响大，通过减少结构高度， 从而减小其TBM直径。一般可采用刚性悬挂，这与接触网专业协 调、比选。
4、净空面积要求
这与建设标准行车速度目标值有关系；
对于秦岭隧道8.8m直径TBM,在中天山隧道时研究过是否满足 160km/h的标准，为满足净空42 ㎡的要求，其衬砌内径7.7m（净空面积 42.49 ㎡ ）。但是衬砌支护厚度受限 制，利旧时对刀盘进行改造。
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二、TBM直径确定
5、受力特点
铁路隧道的敞开式TBM一般采用复合式衬砌。初期支护以锚喷网
钢架联合支护，二次衬砌采用模筑混凝土，根据不同的地质情况，可设计为混凝
土、钢筋混凝土、或钢纤维混凝土衬砌。其初期支护、二次衬砌的厚度 选择，也直接影响TBM直径。虽然TBM施工段围岩条件好，但是不 可避免有IV、V级围岩，尤其是IV级围岩。因此选择其支护时， 需要根据各级围岩的比例、岩性情况，兼顾II~V级围岩地段的结 构安全。因此对于单线隧道而言，一般考虑初期支护15~20cm， 二衬厚度30~35cm来确定TBM直径 ，其参数与IV级围岩的支护参 数接近。
标准
160km/h 及以下
200km/h 及以上
TBM型式 开敞式
施工误差 预留变形量 （cm） （cm）
10
8
喷混凝土厚度 （cm）
15
二衬厚度 （cm）
大家好！
铁路隧道全断面
敞开式掘进机法的设计体会
主讲人：杨昌宇
2020年8月 成都
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
一．TBM适用条件 二．TBM直径确定 三．TBM设备选型 四．TBM法隧道结构设计 五．TBM法隧道施工组织设计 六．TBM法隧道风险分析及对策
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
一．TBM适用条件
1、基本条件 ※ 隧道长度条件（经济性评价） ※ 隧道地质条件（设备适应性评价）
（1）隧道长度条件 TBM设备的原值高；折旧、工 程摊销； TBM的使用寿命：主机或主轴 承，工作时间1.5~2万小时； 一般要求隧道长度大于10km 以上；
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
一．TBM适用条件
一．TBM适用条件
铁路隧道全断面敞开式掘进机（TBM）技术
一．TBM适用条件
（3）不同类型的掘分为以下三种类型，并分别适应于不同的地质。
1）开敞式掘进机：
常用于硬岩；在开敞式掘进机上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备， 以适应地质的变化；当采取有效支护手段后，也可应用于软弱岩隧道。
。 必须
高 高 如不采用管片支护，支护速度同敞 开式。
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一．TBM适用条件
2、其它条件 ☆ 场地条件 ☆ 电力条件 ☆ 用水条件 ☆ 道路运输条件
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一、TBM适用条件
（1）场地条件
◆ 主机拼装场地：主机一般长20~30m，总长度100~180m , 洞外一般需要50m×60m（长×宽）,后配套70~120m左右。
§ 隧道建筑限界 § 施工误差 § 接触网悬挂方式 § 净空面积要求 § 受力特点 § 轨下道床形式 § 附属构筑物设置等
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掘进机施工隧道断面布置示意图
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二、TBM直径确定
开敞式掘进机刀盘直径的计算公式如下： D=d+（h1+h2+h3）×2 式中：D—刀盘直径（m）； d—工程要求的成洞洞径（m）； h1—预留变形量（考虑掘进误差、围岩可能发生的变形
但是对于护盾式TBM（适合软岩），宜采用管片衬砌，但是在 深埋段隧道防排水的处理是个问题。
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二、TBM直径确定
6、轨下道床形式
无碴道床与有碴道床。目前一般 采用无碴道床。
7、附属构筑物
对于正线隧道TBM而言，包括沟槽 布置、救援通道设置等，甚至包含洞 室设置，尤其是避车台的设置等。
1、隧道的建筑限界
满足隧道建筑限界为基本要求， 右图为隧限-2A的建筑限界要求。 我国最早秦岭隧道采用的直径 8.8mTBM，就是采用的这个限界确 定的。其内径7.6m。
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二、TBM直径确定
2、施工误差
隧道施工误差应考虑蛇行误差、贯通误差、不均匀沉降、收敛变形及 结构变形等因素。根据开挖断面大小，地质条件、掘进机操作性能、线路 曲线及坡度等因素进行确定，一般可取10～30cm。
敞开式TBM宜采用复合衬砌： 设计时一般把蛇形误差（是由于TBM掘 进工作原理确定的）、贯通误差、不均匀沉 降、衬砌施工误差等归为施工误差，单线隧 道一般取值10cm； 收敛变形等按照单线复合式衬砌的预留 变形量确定。（一般取5cm）
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二、TBM直径确定
3、接触网悬挂方式
开敞式掘进机虽然适用于岩石整体较完整，有较好的自稳性的硬岩但当遇 有局部不稳定的围岩时，由掘进机所附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝网、 喷混凝土、架圈梁等方法加固，以保持洞壁稳定；当遇到局部地段软弱围岩及 破碎带，则掘进机可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结隧道前方上部周 边围岩，待围岩达到能自稳后，然后再进行安全掘进；
除以上场地以外，还需要与钻爆发施工相同的其他场地，其 临时占地60~80亩，洞外场地开阔时可适当放大。
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一、TBM适用条件
（2）施工电力条件
TBM掘进需要的功率大，据调查在大伙房水电引水洞工程中直径 8m的敞开式TBM总功率4000KW，其中主机刀盘驱动2800KW;重庆轨道交 通工程直径6.3m的敞开式TBM总功率3270kw,刀盘驱动2310KW。掘进机 供电10kv或20kv供电，加上洞内外动力设备、生产生活设备，远远大 于一般钻爆法的需要。其与一般用电功率的比较见下表：