双护盾式TBM既可以用于硬岩掘进，也可以用于软岩掘 进。双护盾式TBM主要由切削刀盘、前护盾与刀盘支撑、后 护盾与支撑和推进装置、后配套系统等部分组成。
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
盘形滚刀 皮带输送机 刀盘布置
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
盘形滚刀 皮带输送机 刀盘布置
CMC公司及中国水利水电四 局组成的万龙联营体承包。
1993年开始掘进至今，创造 最高月进尺1821.5m的掘进 记录。
3、我国主要TBM工程及技术应用
3.1TBM应用典例 云南那邦水电站TBM工
程，直径4.5m，长约10km。
采用开敞式TBM施工。
（4） 云南那邦
水电站 TBM工程
具有TBM施工作业面狭小 、特殊夹泥地质，环保要 求高、雨水多、通风难度 大等特点。
世界上可借鉴的大直径、长距离TBM施工 隧道的典例不多，同时存在技术保密和封 锁。我国工程市场份额巨大。
研究建立我国自主的TBM施工技术体系并 实现国产化意义重大。
2、TBM在长大隧道的地位与作用
21世纪是人类开发地下空间的世纪, 加速发展我国全断面隧道掘进机的研 发及产业化势在必行。
国务院国发[2006]8号文件《国务院关于 加快振兴装备制造业的若干意见》将“满足铁路、 水利工程，城市轨道建设项目的需要，加快全断 面岩石掘进机等大型施工机械的研制，掌握关键 设备制造技术”列入16项重大技术装备之一。
护盾式TBM主要进行以软弱围岩为主的长 大隧道施工，根据地质条件可分别选取单护 盾和双护盾TBM。
全断面（隧道）岩石掘进机 Hard Rock Tunnel Boring Machine-----TBM
开敞式掘进机
全断面岩石掘进机图
类型：单支撑开敞式硬岩TBM
类型：双支撑开敞式硬岩TBM
类型：双护盾TBM
由若干平台车组成， 有供水、供电、通风、 支护、出碴等作业所 需设备、设施和作业 空间。
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
TBM主轴承 TBM控制室 有轨运输系统
翻渣机
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
TBM主轴承 TBM控制室 有轨运输系统
翻渣机
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
该机由美国Robbins制造生 产的188－227型TBM。
所遇到的地层岩性单轴抗 压强度26~133.7MPa。
该隧洞历经13个月，于19 92年1月掘进贯通。
最高日进尺65.5m； 最高月进尺1300m。
3、我国主要TBM工程及技术应用
3.1TBM应用典例
（3） 山西引黄
工程
TBM破岩石渣
掌子面滚刀破岩切槽轨迹
皮带机出渣
洞外转渣场
安装管片
2、TBM在长大隧道的地位与作用
随着我国铁路、公路、引水、国防等重大 基础建设发展，所遇到的影响整体重大工程顺 利完成的长大隧道越来越多，而且施工技术难 度和复杂性越来越大。尤其是铁路工程建设。
预计未来二十年我国平均每年600km 的隧道需要开挖，而超过7km的长大隧道 约占三分之一。
石家庄铁道学院 大型结构健康诊断与控制研究所
全断面岩石掘进机（TBM） 与施工技术
杜彦良
石家庄铁道学院
主要内容
TBM主要类型与结构特点 TBM在长大隧道的地位与作用 我国主要TBM工程及技术应用 TBM产业化与在制造前景展望
1、全断面掘进机的类型和结构特点
1.1 全断面隧道掘进机的分类
全断面隧道掘进机: 全断面岩石掘进机（TBM） 、盾构机。
辅助施工设备：
主机出碴皮带机、钢拱架安装器、洞底石碴清理皮 带机、超前钻机、锚杆钻机、通风和除尘系统、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、材料吊装与转运系统、紧 急手动混凝土喷射系统等.
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
开敞式TBM
主机
后配套系统
液压动力装置、电气装置、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、喷射混 凝土系统、锚杆作业系统、供水系统等。
全断面岩石掘进机（TBM）由主机和 后配套系统组成，按照结构形式可分为 开敞式TBM和护盾式TBM两大类型。
1、全断面掘进机的类型和结构特点
1.1 全断面隧道掘进机的分类
开敞式TBM主要进行以硬岩为主的长大隧道施 工。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），另一种为单支撑主大梁式TBM。
开敞式TBM刀盘的推力和扭矩通过机架或主梁 传递到支撑系统，支撑系统（撑靴和支撑液压缸） 径向作用于洞壁上承受推力和扭矩。
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
开敞式TBM
TBM的掘进工作主要由刀盘装置、刀盘驱动系统、推进系统 和支撑系统完成，它们决定了TBM的掘进效率。
推进系统主要由液压推进油缸等构成。应根据岩石情况、开 挖直径、刀具直径和刀具数，提供足够的推力，以便在较硬岩石 情况下获得一定的切深。一般根据刀具的总推力、刀盘护盾摩擦 阻力、后配套系统的牵引阻力等来确定所需推力。
（5） 锦屏Ⅱ级
电站
锦屏Ⅱ级电站项目，除辅助 工程以外，主体隧洞为直径 约12.4m、长4×16km 的长 大隧洞。
采用TBM施工，该工程埋深 大、高压涌水量大、岩爆大， 给TBM施工带来新的挑战。
是一个令国际工程界瞩目的 世界级规模和技术难度的项 目。该工程正在掘进中。
3、我国主要TBM工程及技术应用
日本东京湾使用的盾构
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
开敞式TBM
主机
后配套系统
开挖部分： 刀盘与刀
盘轴承以及刀 盘驱动装置
开挖反力支撑 部分： 支撑系统（撑 靴）
推进部分： 机架和推进油缸
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
开敞式TBM
主机
后配套系统
还有排碴装置、 液压系统、电气 和操纵系统
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
TBM工作原理
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主机 上的皮带机上，再运到后配套系统处，经过 后配套系统上的转碴皮带机，传递给隧道出 碴运输系统运出洞外。
TBM掘进循环
双支撑开敞式TBM换步原理
破岩机理
图 10 刀圈破岩
（8） 西康铁路 秦岭隧道
工程由铁道部从Wirth公司 引进两台直径8.8m，敞开 式TBM自主施工。
该隧道全长18.46km。 岩石为坚硬的混合片麻岩
和混合花岗岩。 抗压强度105~325MPa。 属于国际上TBM工程中
十分罕见的极硬岩石条件。
3、我国主要TBM工程及技术应用
目前该工程即将完成试掘
进阶段。
3、我国主要TBM工程及技术应用
3.1TBM应用典例
（4） 云南那邦
水电站 TBM工程
我院课题组长驻施工现场，为 该工程从工程投标设备招标、合同 谈判TBM设计监制、现场组装步进、 维护诊断、施工进行了全程、全方 位的技术支持。
3、我国主要TBM工程及技术应用
3.1TBM应用典例
2、TBM在长大隧道的地位与作用
长大隧道工程的主要特点:
断面大、距离长，面临岩石坚硬、软弱破碎、 断层、涌水、高寒缺氧等各种复杂地质条件。
对开挖速度、环保、安全、质量和效益的要求 越来越高。
传统钻爆法难以面对这一艰巨挑战。
2、TBM在长大隧道的地位与作用
全断面岩石掘进机（TBM）是国际上长大 隧道先进施工设备和技术的选择。
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
盘形滚刀 皮带输送机 刀盘布置
1.2 开敞式TBM主要结构组成与工作原理
TBM工作原理
TBM主机前部装有若干把盘形滚刀的刀盘，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。
始试掘进，2009年4月已全线
贯通。
3、我国主要TBM工程及技术应用
通过秦岭隧道、磨20沟02岭年隧这两道台和T桃BM花分铺别隧转道移 成功（的5）TBM自主施工，至我西国安南真京正铁开路始磨建沟立岭起隧道了 自磨己沟独岭立隧的TBM施工队和伍桃和花铺专隧家道队施伍工，。并创造 性并道在地铺和隧国积桃道产累花化起研我究国中独取立得掌长顺创重握距利造要的离贯了进T软通开B弱的敞展M围 施式。施岩 工T工B， 典M技保 例穿术证 。越体安70全系%，
3、我国主要TBM工程及技术应用
3.1TBM在我国重大 工程中的应用典例
（1） 广西天生 桥水电站 引水隧洞
1985年从美国引进了Robbins公司直径为10.8m掘进机， 开挖引水隧洞总长度约10km， 掘进机遇到的岩石地层系石灰 岩，抗压强度150MPa，施工 时最高月进尺150m。这是中国 第一条采用大断面岩石掘进机 施工的隧道。
3.1TBM应用典例
（6） 兰渝铁路
西秦岭 隧道
兰渝线铁路西秦岭隧道由两 座相距40m的单线隧道组成， 长2×28.24km。
出口段采用钻爆法施工，其 余约2×16km采用两台直径 10.2m全断面开敞式TBM开 挖，这将是我国采用TBM最 长的铁路隧道。
该工程2008年8月开工； 预计竣工日期2013年8月； 目前TBM正在制造组装中。
支撑系统的支撑油缸应能抵抗刀盘传递过来的推力和扭矩， 支撑靴有足够的强度和面积，并且要核算与洞壁的接地比压值的 大小。