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1、会计学1隧道工程隧道工程(gngchng)隧道掘进机隧道掘进机TBM施施工工第一页，共95页。9.1 概述(i sh)隧道掘进机法：不采用爆破方法，而是采用专门的大型掘进机隧道掘进机法：不采用爆破方法，而是采用专门的大型掘进机开开挖挖隧隧道道的的方方法法。有有的的适适用用于于软软弱弱不不稳稳定定地地层层，称称为为（机机械械化化）盾盾构构，目目前前盾盾构构在在我我国国的的交交通通隧隧道道施施工工中中，一一般般还还只只用用于于城城市市地地铁铁(dti)(dti)施施工工。有有的的适适用用于于坚坚硬硬岩岩石石地地层层，习习惯惯上上所所说说的的隧隧道道掘掘进进机机就就是是指指这这类类岩岩石石掘掘进进机
2、机(Tunnel(Tunnel Boring Boring Machine)Machine)，简简称称TBMTBM。掘进机包括：掘进机包括：1.1.机械盾构：适用于软弱不稳定地层；机械盾构：适用于软弱不稳定地层；2.2.岩石掘进机：适用于坚硬岩石地层。岩石掘进机：适用于坚硬岩石地层。第2页/共95页第二页，共95页。一、一、一、一、TBMTBMTBMTBM发展历史简介发展历史简介发展历史简介发展历史简介隧道掘进隧道掘进隧道掘进隧道掘进(jujn)(jujn)(jujn)(jujn)机机机机(Tunnel Boring Machine)(Tunnel Boring Machine)(Tunnel
3、 Boring Machine)(Tunnel Boring Machine)是一种用机是一种用机是一种用机是一种用机械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构技术发展而来的。是由盾构技术发展而来的。是由盾构技术发展而来的。是由盾构技术发展而来的。1818181818181818年英国布鲁诺年英国布鲁诺年英国布鲁诺年英国布鲁诺(Brunel)(Brunel)(Brunel)(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构受蛀虫钻孔启示，最早提
4、出盾构受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构雏形与施工方法。雏形与施工方法。雏形与施工方法。雏形与施工方法。1846184618461846年意大利人年意大利人年意大利人年意大利人MausMausMausMaus发明隧道掘进发明隧道掘进发明隧道掘进发明隧道掘进(jujn)(jujn)(jujn)(jujn)机机机机(盾构盾构盾构盾构)。1851185118511851年美国人查理士年美国人查理士年美国人查理士年美国人查理士威尔逊研制出威尔逊研制出威尔逊研制出威尔逊研制出TBMTBMTBMTBM试用于花岗岩掘进试用于花岗岩掘进试用于花岗岩掘进试用于花岗岩掘进(jujn)(juj
5、n)(jujn)(jujn)未获成功。未获成功。未获成功。未获成功。1881188118811881年波蒙特开发出压缩空气式年波蒙特开发出压缩空气式年波蒙特开发出压缩空气式年波蒙特开发出压缩空气式TBMTBMTBMTBM，成功用于英吉利海峡，成功用于英吉利海峡，成功用于英吉利海峡，成功用于英吉利海峡隧道直径隧道直径隧道直径隧道直径2.1m2.1m2.1m2.1m的勘探导坑。的勘探导坑。的勘探导坑。的勘探导坑。美国罗宾斯美国罗宾斯美国罗宾斯美国罗宾斯(Robbins)(Robbins)(Robbins)(Robbins)公司公司公司公司1952195219521952年研制出第一台软岩年研制出第
6、一台软岩年研制出第一台软岩年研制出第一台软岩TBMTBMTBMTBM，1956195619561956年又成功研制中硬岩年又成功研制中硬岩年又成功研制中硬岩年又成功研制中硬岩TBMTBMTBMTBM。第3页/共95页第三页，共95页。二、国外主要制造商二、国外主要制造商二、国外主要制造商二、国外主要制造商德国威尔特德国威尔特德国威尔特德国威尔特(Wirth)(Wirth)(Wirth)(Wirth)公司公司公司公司德国德马克德国德马克德国德马克德国德马克(Dcmag)(Dcmag)(Dcmag)(Dcmag)公司公司公司公司美国美国美国美国(mi u)(mi u)(mi u)(mi u)罗宾斯
7、罗宾斯罗宾斯罗宾斯(Robbins)(Robbins)(Robbins)(Robbins)公司公司公司公司美国美国美国美国(mi u)(mi u)(mi u)(mi u)贾瓦贾瓦贾瓦贾瓦(Jarva)(Jarva)(Jarva)(Jarva)公司公司公司公司德国海瑞克德国海瑞克德国海瑞克德国海瑞克(Herrenknecht)(Herrenknecht)(Herrenknecht)(Herrenknecht)公司公司公司公司加拿大拉瓦特加拿大拉瓦特加拿大拉瓦特加拿大拉瓦特(Lovat)(Lovat)(Lovat)(Lovat)公司公司公司公司日本三菱重工日本三菱重工日本三菱重工日本三菱重工(Mi
8、tsubishi(Mitsubishi(Mitsubishi(Mitsubishi HeavyHeavyHeavyHeavy Industries)Industries)Industries)Industries)第三章 隧道掘进机(TBM)施工 第4页/共95页第四页，共95页。美国美国(miu)ROBBINS公司公司1951年成立，专长生产硬岩年成立，专长生产硬岩TBM。直径范围。直径范围211.87M。生产了。生产了400多台开敞式硬岩多台开敞式硬岩TBM，掘进长度，掘进长度2500KM；生产了；生产了35台双护盾台双护盾TBM，掘进长度，掘进长度359KM。德国德国WIRTH公司公司1
9、955年成立，专长生产硬岩年成立，专长生产硬岩TBM。生产了生产了120台硬岩台硬岩TBM，掘进长度达，掘进长度达600KM。加拿大拉罗威特加拿大拉罗威特LOVAT公司公司1992年成立，专长生产盾构年成立，专长生产盾构TBM。共生产了共生产了200台盾构台盾构TBM，掘进长度，掘进长度1000KM。日本主要盾构日本主要盾构TBM生产厂家生产厂家日本川琦重工、小松、日立施工日本川琦重工、小松、日立施工(shgng)机械、机械、三菱重工等公司三菱重工等公司专长生产各种盾构专长生产各种盾构TBM。第5页/共95页第五页，共95页。德国海瑞克德国海瑞克德国海瑞克德国海瑞克HERRENKNECTHT
10、AGHERRENKNECTHT AG公司公司公司公司19771977年成立年成立年成立年成立(chngl)(chngl)，专长生产盾构，专长生产盾构，专长生产盾构，专长生产盾构TBMTBM。19851985年研制出能在地下水位下工作的大直径年研制出能在地下水位下工作的大直径年研制出能在地下水位下工作的大直径年研制出能在地下水位下工作的大直径TBMTBM。19881988年制造出直径大于年制造出直径大于年制造出直径大于年制造出直径大于10M10M的混合盾构的混合盾构的混合盾构的混合盾构TBMTBM。第6页/共95页第六页，共95页。三、掘进机的国内外发展三、掘进机的国内外发展三、掘进机的国内外发
11、展三、掘进机的国内外发展(fzhn)(fzhn)(fzhn)(fzhn)现状现状现状现状TBM施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水平，施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水平，其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘进机技术水平其应用实例甚少。五六十年代随着机械工业与掘进机技术水平的不断提高发展较快。迄今为止，世界上采用的不断提高发展较快。迄今为止，世界上采用TBM施工的隧道施工的隧道超过超过1000座，总长度超过座，总长度超过4000km，以逐步成为长大隧道修建，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之一。的主要施工方法之一。国外典型应用国外典型应用英吉利海峡隧道英吉利海峡隧道由由
12、2条外径条外径8.6m单线铁路隧道与单线铁路隧道与1条外径条外径5.6m辅助隧道组辅助隧道组成。全长成。全长48.5km，海底段长，海底段长37.5km，隧道最深处在海平面下，隧道最深处在海平面下100m，全部采用，全部采用TBM施工。英国侧施工。英国侧6台，岸边段台，岸边段3台海底段台海底段3台台(单向推进单向推进(tujn)21.2km)。法国侧。法国侧5台，岸边段台，岸边段2台海底段台海底段3台。最深处需承受台。最深处需承受10atm水压力，平均月进尺水压力，平均月进尺1000m/月。月。隧道建成标志着隧道建成标志着TBM施工技术的最高水平，也是融合英、施工技术的最高水平，也是融合英、美
13、、法、德等国美、法、德等国TBM施工技术于一体的最高成就。施工技术于一体的最高成就。第7页/共95页第七页，共95页。国内应用国内应用国内应用国内应用 国内国内国内国内TBMTBM研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生产产产产1010余台直径余台直径余台直径余台直径2.55.8m2.55.8m的的的的TBMTBM，先后用于下列水电，先后用于下列水电，先后用于下列水电，先后用于下列水电与煤矿井巷工程。国产机型月均进尺与煤矿井巷工程。国产机型月均进尺与煤矿井巷工程。国产机型月均进尺与煤
14、矿井巷工程。国产机型月均进尺20300m20300m，累，累，累，累计总掘进长度计总掘进长度计总掘进长度计总掘进长度12km12km。云南西洱河水电站引水云南西洱河水电站引水云南西洱河水电站引水云南西洱河水电站引水(y(y nshunshu)隧道隧道隧道隧道引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水引滦入津新王庄隧道陡河电站的引水(y(y nshunshu)隧道隧道隧道隧道引大入秦总干渠引大入秦总干渠引大入秦总干渠引大入秦总干渠3838号隧道号隧道号隧道号隧道北京落坡岭水电工程北京落坡岭水电工程北京落坡岭水电工程北京落坡岭水电工程贵州猫跳河
15、水电站引水贵州猫跳河水电站引水贵州猫跳河水电站引水贵州猫跳河水电站引水(y(y nshunshu)隧道隧道隧道隧道福建龙门滩引水福建龙门滩引水福建龙门滩引水福建龙门滩引水(y(y nshunshu)隧道隧道隧道隧道江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿第8页/共95页第八页，共95页。国内应用国内应用国内应用国内应用(续续续续)甘肃引大入秦水磨沟输水隧道甘肃引大入秦水磨沟输水隧道甘肃引大入秦水磨沟输水隧道甘肃引大入秦水磨沟输水隧道5.54m5.54m；11649m1
16、1649m；RobbinsRobbins双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBM；最高月进尺；最高月进尺；最高月进尺；最高月进尺1300.8m/1300.8m/月月月月 引黄入晋总干引黄入晋总干引黄入晋总干引黄入晋总干6 6、7 7、8 8号与南干号与南干号与南干号与南干4 4、5 5、6 6、7 7号隧道号隧道号隧道号隧道RobbinsRobbins双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBM，总长，总长，总长，总长(zngzhng)122km(zngzhng)122km，最高月进尺最高月进尺最高月进尺最高月进尺1637m/1637m/月，日掘进月，日掘进月，日掘进月，日掘进113m/113m/日日日日
17、 辽宁大伙房引水工程辽宁大伙房引水工程辽宁大伙房引水工程辽宁大伙房引水工程 全长全长全长全长85.32km85.32km，3 3台台台台8.0m8.0m开敞式开敞式开敞式开敞式 新疆大阪输水隧道工程新疆大阪输水隧道工程新疆大阪输水隧道工程新疆大阪输水隧道工程 全长全长全长全长30.68km30.68km，德国海瑞克双护，德国海瑞克双护，德国海瑞克双护，德国海瑞克双护盾盾盾盾TBMTBM青海引大济湟总干渠工程青海引大济湟总干渠工程青海引大济湟总干渠工程青海引大济湟总干渠工程 德国德国德国德国WirthWirth双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBM，5.93m5.93m，全长，全长，全长，全长19
18、.94km19.94km西康铁路秦岭西康铁路秦岭西康铁路秦岭西康铁路秦岭线隧道线隧道线隧道线隧道 掘进掘进掘进掘进5.621km5.621km，8.8m8.8m开敞式开敞式开敞式开敞式TBMTBM西安南京铁路桃花铺西安南京铁路桃花铺西安南京铁路桃花铺西安南京铁路桃花铺1 1号隧道号隧道号隧道号隧道 掘进掘进掘进掘进7.23km,7.23km,机型同上机型同上机型同上机型同上 西安南京铁路磨沟岭隧道西安南京铁路磨沟岭隧道西安南京铁路磨沟岭隧道西安南京铁路磨沟岭隧道 掘进掘进掘进掘进6.11km,6.11km,机型同上机型同上机型同上机型同上 南疆铁路吐库二线中天山隧道南疆铁路吐库二线中天山隧道南
19、疆铁路吐库二线中天山隧道南疆铁路吐库二线中天山隧道 机型同上机型同上机型同上机型同上 兰渝铁路西秦岭隧道兰渝铁路西秦岭隧道兰渝铁路西秦岭隧道兰渝铁路西秦岭隧道10.23mRobbins10.23mRobbins开敞式开敞式开敞式开敞式TBMTBM重庆地铁一号线重庆地铁一号线重庆地铁一号线重庆地铁一号线22台台台台6.36m6.36m开敞式开敞式开敞式开敞式TBMTBM第9页/共95页第九页，共95页。（一）国内（一）国内TBM应用应用1、开敞、开敞(ki chn)式硬岩式硬岩TBM1997年年西安安康铁路秦岭西安安康铁路秦岭线隧道，隧洞全长线隧道，隧洞全长18.452公里公里TBM：两台德国：
20、两台德国WIRTH的的TB880E型开敞型开敞(ki chn)式硬岩掘进机式硬岩掘进机直径：直径：8.8m地质：混合花岗岩和混合片麻岩，单轴抗压强度地质：混合花岗岩和混合片麻岩，单轴抗压强度98325Mpa，隧洞最大埋深达隧洞最大埋深达1600米。米。工期：工期：1998年年1月月18日开工，日开工，1999年年8月月29日贯通。日贯通。最好进尺：日最好进尺：日40.5米，月米，月528.1米。米。2000年年西安南京铁路磨沟岭隧道，西安南京铁路磨沟岭隧道，6.112KMTBM：WIRTH，TB880E TBM第10页/共95页第十页，共95页。2 2、双护盾、双护盾、双护盾、双护盾TBMTB
21、M应用应用应用应用(yngyng)(yngyng)1988年年引大入秦总干引大入秦总干30#A和和38#隧洞，隧洞，总长总长：16.6KMTBM：一台美国：一台美国ROBBINS 1811256型双护型双护TBM直径：直径：5.54m地质：砂砾岩，泥质粉砂岩地质：砂砾岩，泥质粉砂岩(sh yn)、砂、砂 岩、灰岩、板岩，岩、灰岩、板岩，抗压强度：抗压强度：26133Mpa.工期：工期：1991年年1月开工，月开工，1992年年 8月贯通。月贯通。最好进尺：日最好进尺：日75.2米，月米，月1408米米1992 年年1月月引大入秦引大入秦30A隧洞隧洞(sudn)第11页/共95页第十一页，共9
22、5页。1993年年万家寨引黄总干万家寨引黄总干6#、7#、8#隧洞，隧洞，总长总长21.5KMTBM：一台：一台ROBBINS205277型型双护盾双护盾TBM直径：直径：6.125m地质：灰岩、白云质灰岩地质：灰岩、白云质灰岩工期工期(gngq)：1994年年7月月17日日开工，开工，1997年年9月月6日贯通。日贯通。最好进尺：日最好进尺：日65.6米，月米，月1084米米1996 年年1月月10日引黄日引黄(ynhun)工程总干工程总干8#洞贯通洞贯通第12页/共95页第十二页，共95页。2000年年万家寨引黄工程联接段万家寨引黄工程联接段V标标7#隧隧洞，长洞，长13.52KMTBM：
23、ROBBINS双护盾双护盾155274型型TBM一台一台直径：直径：4.82m地质：石灰岩地质：石灰岩工期工期(gngq)：2000年年12月月2日开工，日开工，2001年年9月月27日贯通。日贯通。最好进尺：日最好进尺：日113.21米，月米，月1637.52米米2001 年9月29日V标7#隧洞(su dn)贯通2002年年昆明市掌鸠合引水供水工程昆明市掌鸠合引水供水工程(gngchng)I标上，公山隧洞，标上，公山隧洞，康乐隧洞总长康乐隧洞总长21.56KMTBM：ROBBINS双护双护TBM一台一台直径：直径：3.655m，地质：泥岩、泥质板岩地质：泥岩、泥质板岩第13页/共95页第十
24、三页，共95页。3、盾构机应用、盾构机应用(yngyng)1985年以后，我国从日本、法国、德国相继引进了约年以后，我国从日本、法国、德国相继引进了约16台盾构（台盾构（EPB和泥和泥水盾构），并与法国的水盾构），并与法国的FCB公司合作公司合作(hzu)生产了生产了7台台EPB，同时还研制，同时还研制了了3台台EPB。主要工程：主要工程：上海地铁上海地铁I、II、III号线；号线；广州地铁广州地铁I、II、III号线；号线；北京地铁北京地铁V号线；号线；南京地铁南京地铁I号线号线首台国产首台国产(guchn)地铁盾构机先行号地铁盾构机先行号第14页/共95页第十四页，共95页。（二）国外（二
25、）国外TBM发展发展(fzhn)世界最大的TBM直径(zhjng)14.2米混合盾构第15页/共95页第十五页，共95页。微型微型(wixng)TBM第16页/共95页第十六页，共95页。双圆或三圆双圆或三圆TBM第17页/共95页第十七页，共95页。母子母子(mz)盾盾构构TBM椭圆型断面椭圆型断面(dunmin)TBM第18页/共95页第十八页，共95页。矩形矩形(jxng)断面断面TBM第19页/共95页第十九页，共95页。四、掘进机的施工特点：四、掘进机的施工特点：四、掘进机的施工特点：四、掘进机的施工特点：优点：优点：优点：优点：1.1.1.1.与钻爆法相比，掘进机法可适用于较差地质
26、条件；与钻爆法相比，掘进机法可适用于较差地质条件；与钻爆法相比，掘进机法可适用于较差地质条件；与钻爆法相比，掘进机法可适用于较差地质条件；2.2.2.2.掘进速度快，机械化程度掘进速度快，机械化程度掘进速度快，机械化程度掘进速度快，机械化程度(chngd)(chngd)(chngd)(chngd)高；高；高；高；3.3.3.3.显著改善施工环境、劳动条件好；显著改善施工环境、劳动条件好；显著改善施工环境、劳动条件好；显著改善施工环境、劳动条件好；4.4.4.4.围岩扰动小。围岩扰动小。围岩扰动小。围岩扰动小。最大优点是快速，施工速度为常规钻爆法的最大优点是快速，施工速度为常规钻爆法的最大优点是
27、快速，施工速度为常规钻爆法的最大优点是快速，施工速度为常规钻爆法的3 3 3 310101010倍。倍。倍。倍。缺点：缺点：缺点：缺点：1.1.1.1.一次投资大，主机重量大，运输不方便，安装工作一次投资大，主机重量大，运输不方便，安装工作一次投资大，主机重量大，运输不方便，安装工作一次投资大，主机重量大，运输不方便，安装工作量大；量大；量大；量大；2.2.2.2.短隧道使用不经济；短隧道使用不经济；短隧道使用不经济；短隧道使用不经济；3.3.3.3.对地质条件的适用性差。对地质条件的适用性差。对地质条件的适用性差。对地质条件的适用性差。第20页/共95页第二十页，共95页。五、掘进机的类型五
28、、掘进机的类型五、掘进机的类型五、掘进机的类型(lixng)(lixng)(lixng)(lixng)山岭山岭(shnl(shnl ng)ng)隧道掘进机分全断面掘进机、臂式掘隧道掘进机分全断面掘进机、臂式掘进机。进机。开敞式开敞式TBMTBM：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。常用于：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。常用于硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧道。硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧道。双护盾双护盾TBMTBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互岩或软硬岩交互(jioh)(jioh)地层。地层。单护盾单护盾
29、TBMTBM：常用于劣质地层。单护盾：常用于劣质地层。单护盾TBMTBM推进时利用管片作推进时利用管片作支撑，其原理类似于盾构。与双护盾支撑，其原理类似于盾构。与双护盾TBMTBM相比，掘进与安相比，掘进与安装管片不能同时进行。装管片不能同时进行。微型微型TBMTBM：0.253.00m 0.253.00m中型中型TBMTBM：3.08.0m 3.08.0m巨型巨型TBMTBM：大于大于8.0m8.0m第21页/共95页第二十一页，共95页。全断面掘进机分类：全断面掘进机分类：全断面掘进机分类：全断面掘进机分类：1.1.开敞式：开敞式：开敞式：开敞式：适用适用适用适用(shyng)(shyng
30、)于硬岩隧道。于硬岩隧道。于硬岩隧道。于硬岩隧道。2.2.护盾式：护盾式：护盾式：护盾式：既能用于软岩、又能用于硬岩。既能用于软岩、又能用于硬岩。既能用于软岩、又能用于硬岩。既能用于软岩、又能用于硬岩。（1）单护盾）单护盾（2）双护盾）双护盾（1）单水平撑靴）单水平撑靴（2）双水平撑靴）双水平撑靴第22页/共95页第二十二页，共95页。（一）开敞式掘进机（一）开敞式掘进机（一）开敞式掘进机（一）开敞式掘进机适用：硬岩隧道适用：硬岩隧道适用：硬岩隧道适用：硬岩隧道1.1.基本构造基本构造基本构造基本构造(guzo)(guzo)组成：掘进刀盘、主机架、撑靴（即千斤顶）、出渣输送机组成：掘进刀盘、主
31、机架、撑靴（即千斤顶）、出渣输送机组成：掘进刀盘、主机架、撑靴（即千斤顶）、出渣输送机组成：掘进刀盘、主机架、撑靴（即千斤顶）、出渣输送机等。等。等。等。单撑靴式和双撑靴式。单撑靴式和双撑靴式。单撑靴式和双撑靴式。单撑靴式和双撑靴式。全断面全断面(dunmin)掘进机掘进机 9.2 盾构机构(jgu)造第23页/共95页第二十三页，共95页。全断面全断面(dunmin)掘进机掘进机第24页/共95页第二十四页，共95页。（1 1）单水平撑靴掘进机）单水平撑靴掘进机特点：在机身的水平方向每侧只设置了一个水平撑靴，故称为单撑靴式。特点：在机身的水平方向每侧只设置了一个水平撑靴，故称为单撑靴式。基本
32、构造：基本构造：主梁和掘进刀盘支架是掘进机的构架，为所用其它构件主梁和掘进刀盘支架是掘进机的构架，为所用其它构件(gujin)(gujin)提供安装支点；提供安装支点；掘进刀盘的四周安装了刀盘护盾，利用可调试顶盾、侧盾和下支撑保持一种保持一种浮动支掘进刀盘的四周安装了刀盘护盾，利用可调试顶盾、侧盾和下支撑保持一种保持一种浮动支撑，从而保证了切削刀盘的稳定；撑，从而保证了切削刀盘的稳定；主梁上安装推力千斤顶和支撑系统。由于每侧只采用了一个水平撑靴，因此它在掘进过程中，主梁上安装推力千斤顶和支撑系统。由于每侧只采用了一个水平撑靴，因此它在掘进过程中，方向调整是随时进行的，掘进的轨迹是曲线。方向调整
33、是随时进行的，掘进的轨迹是曲线。第25页/共95页第二十五页，共95页。（2 2）双水平撑靴掘进机）双水平撑靴掘进机特点：在机身的前后每侧有两个特点：在机身的前后每侧有两个(li(li n n )水平撑靴，故称为双撑靴式。水平撑靴，故称为双撑靴式。基本构造：基本构造：主机架的后端与后下支撑连接，推进千斤顶推动主机架及掘进刀盘前进；主机架的后端与后下支撑连接，推进千斤顶推动主机架及掘进刀盘前进；在掘进中有两对水平撑靴撑紧洞避，因此掘进方向一经定位，只能沿着直线掘进，只在掘进中有两对水平撑靴撑紧洞避，因此掘进方向一经定位，只能沿着直线掘进，只有在重新定位后，才能调整方向，所以掘进机轨迹是折线。有在
34、重新定位后，才能调整方向，所以掘进机轨迹是折线。第26页/共95页第二十六页，共95页。水平水平(shu(shu png)png)撑靴的方式：撑靴的方式：X X型撑靴、型撑靴、T T型撑靴等型撑靴等掘进机双水平掘进机双水平掘进机双水平掘进机双水平(shupng)(shupng)撑靴型式撑靴型式撑靴型式撑靴型式第27页/共95页第二十七页，共95页。2.2.切削刀盘（掘进刀盘）切削刀盘（掘进刀盘）主要组成：主要组成：（1 1）刀盘用于安装滚刀）刀盘用于安装滚刀（2 2）滚刀用于挤压破碎岩）滚刀用于挤压破碎岩石石（3 3）出渣用刀盘上的铲斗、）出渣用刀盘上的铲斗、铲齿和刮渣器将石渣送进铲齿和刮渣器
35、将石渣送进刀盘正面上的进渣口，经刀盘正面上的进渣口，经刀盘内部的导引板将石渣刀盘内部的导引板将石渣通过漏斗通过漏斗(lud(lud u)u)传送到皮传送到皮带输送机上运走。带输送机上运走。3.3.支撑和推进系统支撑和推进系统（1 1）支撑系统即撑靴）支撑系统即撑靴（2 2）推进系统推进千斤顶）推进系统推进千斤顶4.4.刀盘驱动系统和刀具刀盘驱动系统和刀具（1 1）刀盘的驱动方式）刀盘的驱动方式 电动；电动；液压液压（2 2）刀具（滚刀）刀具（滚刀）易损件。频繁更换刀具，会易损件。频繁更换刀具，会导致费用增加，且占有掘导致费用增加，且占有掘进机的工作时间。进机的工作时间。5 5后部配套设备后部配
36、套设备掘进机刀盘示意图掘进机刀盘示意图第28页/共95页第二十八页，共95页。第29页/共95页第二十九页，共95页。第30页/共95页第三十页，共95页。第31页/共95页第三十一页，共95页。护盾式掘进机护盾式掘进机护盾式掘进机护盾式掘进机（二）护盾式掘进机（二）护盾式掘进机（二）护盾式掘进机（二）护盾式掘进机第32页/共95页第三十二页，共95页。护盾式掘进机护盾式掘进机护盾式掘进机护盾式掘进机第33页/共95页第三十三页，共95页。加拿大罗威特盾构机加拿大罗威特盾构机第34页/共95页第三十四页，共95页。分单护盾掘进机、双护盾掘进机。分单护盾掘进机、双护盾掘进机。1.1.单护盾掘进机
37、单护盾掘进机适用：软岩隧道适用：软岩隧道特点：设置单护盾，图中红线特点：设置单护盾，图中红线(hn(hn xin)xin)，向前掘进和安装管片不能同时进，向前掘进和安装管片不能同时进行，因而降低了施工进度，无撑靴。行，因而降低了施工进度，无撑靴。第35页/共95页第三十五页，共95页。单护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全。单护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全。单护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全。单护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全。单护盾掘进机工作方式：单护盾掘进机工作方式：单护盾掘进机工作方式：单护盾掘进机工作方式：当向前掘进时，需要推进千斤顶紧紧的顶住护盾尾部已安装的管当向前掘进
38、时，需要推进千斤顶紧紧的顶住护盾尾部已安装的管当向前掘进时，需要推进千斤顶紧紧的顶住护盾尾部已安装的管当向前掘进时，需要推进千斤顶紧紧的顶住护盾尾部已安装的管片，因此管片的安装必须停止。当掘进了一个千斤顶冲程的片，因此管片的安装必须停止。当掘进了一个千斤顶冲程的片，因此管片的安装必须停止。当掘进了一个千斤顶冲程的片，因此管片的安装必须停止。当掘进了一个千斤顶冲程的距离之后，千斤顶缩回，让出管片环节的拼装空间，进行又距离之后，千斤顶缩回，让出管片环节的拼装空间，进行又距离之后，千斤顶缩回，让出管片环节的拼装空间，进行又距离之后，千斤顶缩回，让出管片环节的拼装空间，进行又一轮一轮一轮一轮(y ln
39、)(y ln)管片的安装。管片的安装。管片的安装。管片的安装。可见其主要缺点是向前掘进和安装管片不能同时进行，因而降低可见其主要缺点是向前掘进和安装管片不能同时进行，因而降低可见其主要缺点是向前掘进和安装管片不能同时进行，因而降低可见其主要缺点是向前掘进和安装管片不能同时进行，因而降低了施工进度。了施工进度。了施工进度。了施工进度。第36页/共95页第三十六页，共95页。单护盾单护盾TBM照片照片(zhopin)第37页/共95页第三十七页，共95页。2.2.双护盾掘进机双护盾掘进机双护盾掘进机双护盾掘进机适用：既适用于软岩，又适用于硬岩，地质条件适用性好。适用：既适用于软岩，又适用于硬岩，地
40、质条件适用性好。适用：既适用于软岩，又适用于硬岩，地质条件适用性好。适用：既适用于软岩，又适用于硬岩，地质条件适用性好。特点：设置两个特点：设置两个特点：设置两个特点：设置两个(li(li n n )护盾，图中红线、黄线，同时还设置撑靴，护盾，图中红线、黄线，同时还设置撑靴，护盾，图中红线、黄线，同时还设置撑靴，护盾，图中红线、黄线，同时还设置撑靴，前护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全；前护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全；前护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全；前护盾作用：保护掘进机和操作人员的安全；尾护盾作用：在软岩中施工时，保护人工拼装衬砌安全。尾护盾作用：在软岩中施工时，保护人工拼
41、装衬砌安全。尾护盾作用：在软岩中施工时，保护人工拼装衬砌安全。尾护盾作用：在软岩中施工时，保护人工拼装衬砌安全。两护盾之间有搭接长度，供伸缩。两护盾之间有搭接长度，供伸缩。两护盾之间有搭接长度，供伸缩。两护盾之间有搭接长度，供伸缩。第38页/共95页第三十八页，共95页。双护盾掘进机工作方式：双护盾掘进机工作方式：双护盾掘进机工作方式：双护盾掘进机工作方式：在硬岩中施工时利用水平撑靴，支撑洞壁传递反力；在硬岩中施工时利用水平撑靴，支撑洞壁传递反力；在硬岩中施工时利用水平撑靴，支撑洞壁传递反力；在硬岩中施工时利用水平撑靴，支撑洞壁传递反力；在软岩中施工，利用尾部的推力千斤顶顶推安装好的衬砌管在软
42、岩中施工，利用尾部的推力千斤顶顶推安装好的衬砌管在软岩中施工，利用尾部的推力千斤顶顶推安装好的衬砌管在软岩中施工，利用尾部的推力千斤顶顶推安装好的衬砌管片向前推进；片向前推进；片向前推进；片向前推进；衬砌管片安装与掘进推进可同时进行，从而衬砌管片安装与掘进推进可同时进行，从而衬砌管片安装与掘进推进可同时进行，从而衬砌管片安装与掘进推进可同时进行，从而(cng r)(cng r)实现了开实现了开实现了开实现了开挖与管片安装的平行作业。挖与管片安装的平行作业。挖与管片安装的平行作业。挖与管片安装的平行作业。第39页/共95页第三十九页，共95页。双护盾双护盾TBM照片照片(zhopin)第40页/
43、共95页第四十页，共95页。双护盾双护盾TBM吊装吊装(diozhung)照片照片第41页/共95页第四十一页，共95页。二、臂式掘进机二、臂式掘进机二、臂式掘进机二、臂式掘进机又称为部分断面掘进机。又称为部分断面掘进机。又称为部分断面掘进机。又称为部分断面掘进机。特点：切削头虽小，但可以上下左右自由运动；在隧道特点：切削头虽小，但可以上下左右自由运动；在隧道特点：切削头虽小，但可以上下左右自由运动；在隧道特点：切削头虽小，但可以上下左右自由运动；在隧道断面大致相同的情况下，臂式掘进机的基本投资费断面大致相同的情况下，臂式掘进机的基本投资费断面大致相同的情况下，臂式掘进机的基本投资费断面大致相
44、同的情况下，臂式掘进机的基本投资费用仅约为全断面掘进机的用仅约为全断面掘进机的用仅约为全断面掘进机的用仅约为全断面掘进机的1515。适用：任意形状的断面，对地质条件要求较低，机身运适用：任意形状的断面，对地质条件要求较低，机身运适用：任意形状的断面，对地质条件要求较低，机身运适用：任意形状的断面，对地质条件要求较低，机身运输和安装输和安装输和安装输和安装(nzhung)(nzhung)方便，中短隧道施工更适用。方便，中短隧道施工更适用。方便，中短隧道施工更适用。方便，中短隧道施工更适用。第42页/共95页第四十二页，共95页。（煤矿隧道（煤矿隧道(sudo)挖掘）掘进机挖掘）掘进机第43页/共
45、95页第四十三页，共95页。斗轮掘进机（多用于煤矿业）斗轮掘进机（多用于煤矿业）第44页/共95页第四十四页，共95页。带悬臂带悬臂(xunb)掘进机掘进机第45页/共95页第四十五页，共95页。一、破岩方式一、破岩方式一、破岩方式一、破岩方式(fngsh)(fngsh)与机理与机理与机理与机理 9.3 掘进(jujn)TBM破岩方式主要有：挤压式与切削式破岩方式主要有：挤压式与切削式挤压式挤压式主要是通过水平推进油缸使刀盘上的滚刀主要是通过水平推进油缸使刀盘上的滚刀(ndo)强行压入岩体，并在强行压入岩体，并在刀盘旋转推进过程中联合挤压与剪切作用破碎岩体。刀盘旋转推进过程中联合挤压与剪切作用
46、破碎岩体。滚刀滚刀(ndo)类型：圆盘型、楔齿形、球齿型类型：圆盘型、楔齿形、球齿型切削式切削式主要利用岩石抗弯、抗剪强度低主要利用岩石抗弯、抗剪强度低(仅为抗压强度的仅为抗压强度的510%)的特点，靠铣的特点，靠铣削削(即剪切即剪切)与弯断破碎岩体。与弯断破碎岩体。在两种破岩方式总的破岩体积中，大部分并不是由刀具直接切割下来的，在两种破岩方式总的破岩体积中，大部分并不是由刀具直接切割下来的，而是由后进刀具剪切破碎的，先形成破碎沟或切削槽是先决条件而是由后进刀具剪切破碎的，先形成破碎沟或切削槽是先决条件第46页/共95页第四十六页，共95页。圆盘型滚刀破岩原理圆盘型滚刀破岩原理圆盘型滚刀破岩原
47、理圆盘型滚刀破岩原理圆盘型滚刀圆盘型滚刀圆盘型滚刀圆盘型滚刀(图图图图a)a)工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)压力压力压力压力50200kN50200kN，岩体表面在刀圈，岩体表面在刀圈，岩体表面在刀圈，岩体表面在刀圈刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑刀尖强集中力作用下破碎而被切人，并形成切入坑(见图见图见图见图b)b)。随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟之间随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟之间随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟之间随着滚刀滚
48、动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟之间岩石岩石岩石岩石AO1O2BAO1O2B受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。当切入深受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。当切入深受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。当切入深受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。当切入深度度度度h h较大时，剪裂面为较大时，剪裂面为较大时，剪裂面为较大时，剪裂面为O1O2(O1O2(图图图图c)c)。第47页/共95页第四十七页，共95页。在掘进时切削刀盘上的滚刀沿岩石开挖面滚动，切削刀盘均匀地对每个滚刀施加在掘进时切削刀盘上的滚刀沿岩石开挖面滚动，切削刀盘均匀地对每个滚刀施加压力，形成对岩面的滚动挤压，切削刀盘每转动一圈，就会贯
49、入岩面一定深度，在滚压力，形成对岩面的滚动挤压，切削刀盘每转动一圈，就会贯入岩面一定深度，在滚刀刀刃与岩石接触处，岩石被挤压成粉末，从这个区域开始，裂缝向相邻的切割槽扩刀刀刃与岩石接触处，岩石被挤压成粉末，从这个区域开始，裂缝向相邻的切割槽扩展，形成片状石碴，从而展，形成片状石碴，从而(cng r)实现破岩，参见下图。实现破岩，参见下图。第48页/共95页第四十八页，共95页。第49页/共95页第四十九页，共95页。不同的岩石需要不同的滚刀压入岩石的最低压强值，才能达到(d do)较理想的贯入深度。滚刀的刀间距要合适，刀间距太大，开挖不出片状石碴，使开挖效率降低(jingd)。刀间距太小，则会
50、使石碴块太小，浪费设备的功率。掘进机施工还应注意岩石的磨蚀性和岩体的裂隙程度，当岩体节理裂隙面间距越大时，切割也就会越困难。关于裂隙度与滚刀的磨损规律，我国还缺乏研究成果，有待于进一步总结。下表是通用于世界的裂隙分级(fn j)标准。510208040160裂隙面间距(cm)0裂隙分级裂隙分级参考表第50页/共95页第五十页，共95页。楔齿型与球齿型滚刀破岩原理楔齿型与球齿型滚刀破岩原理楔齿型与球齿型滚刀破岩原理楔齿型与球齿型滚刀破岩原理 最初最初最初最初(zuch)(zuch)由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩由楔齿尖端在滚刀转动情况下产