【正文】 一把新刀，而它周圍的刀具磨損已超過限度，則新刀就會更多地承擔(dān)刀盤傳給它的推力，使其磨損加快。因此選擇合理的掘進(jìn)匹配系數(shù)可以節(jié)省刀具費(fèi)用的支出。 2. TBM刀具的管理 加強(qiáng) TBM工作的管理，十分重要的是刀具的管理，這是因?yàn)榈毒呦恼紦?jù)隧道開挖成本的很大部分 。提高設(shè)備完好率是保證提高純掘進(jìn)時(shí)間的基礎(chǔ)。 1. TBM的純掘進(jìn)時(shí)間 TBM開挖隧道的有效的作業(yè)時(shí)間不等于純掘進(jìn)時(shí)間，TBM通常工作時(shí)間包括換步和更換支撐時(shí)間、檢查和更換刀具時(shí)間、維修保養(yǎng)時(shí)間、對圍巖進(jìn)行支護(hù)時(shí)間、作業(yè)造成的停機(jī)時(shí)間以及供料和出碴造成的停機(jī)和工地組織造成的停機(jī)等。如材料供應(yīng)不及時(shí)，就有可能造成仰拱不能及時(shí)鋪設(shè)，延誤軌道的延伸，進(jìn)而影響到TBM下一個(gè)循環(huán)的進(jìn)行。 提高施工現(xiàn)場管理和設(shè)備管理水平，是提高 TBM施工效率和效益的基礎(chǔ) 。表 441是通用于世界的裂隙分級標(biāo)準(zhǔn)。目前刀圈的形狀已趨于常斷面型，它的優(yōu)點(diǎn)是刀圈尖端寬度在磨損后仍保持不變，因此確保了即使它承受的荷載有變化，也將是具有良好的貫入速度和深度，從而提高了切割速度并降低刀具的消耗。反之則會使石碴塊太小，從而浪費(fèi)了設(shè)備的功率。貫入深度在堅(jiān)硬和裂隙很少的巖石中，一般為 mm／ r，在中等堅(jiān)硬和裂隙較多的巖石中，一般為 59 mm／ r。刀盤每轉(zhuǎn)動一圈，將貫入巖面一定深度，在刀刃與巖石接觸處，巖石被粉碎成巖石?；驍D壓成粉末，從這個(gè)區(qū)域開始，裂縫向相鄰的切割槽擴(kuò)展，進(jìn)而形成片狀石碴。 ?③ 切削頭重新從開挖斷面的中央下部開始切割，是連續(xù)作業(yè)，如圖 443所示。 ?② 自下而上分層切割。 TBM定位找正，開始工作。 ?③ 換步開始 當(dāng)主支撐靴回縮后，使推進(jìn)裝置的推進(jìn)液壓缸反向進(jìn)油，則活塞桿縮回帶動主支承架與主支撐靴一起相對主機(jī)架向前移動一個(gè)行程。 ?② 掘進(jìn)終了準(zhǔn)備換步 切削刀盤停止轉(zhuǎn)動，后支撐靴伸出抵到仰拱上以承受機(jī)器后端重力，前支撐與底面接觸以承受機(jī)械前端重力。切削刀盤轉(zhuǎn)動，推進(jìn)液壓缸伸出， TBM向前掘進(jìn)。 第四章 TBM法隧道的施工技術(shù) 第一節(jié) TBM法隧道的施工流程 全斷面 TBM的掘進(jìn)循環(huán)作業(yè) ?① 掘進(jìn)開始 作業(yè)開始時(shí)，主支撐架相對主機(jī)架處在前位，主支撐靴撐緊洞壁。 ?⑥ 支承靴對噴層的損害。 ?④ 支護(hù)效果發(fā)現(xiàn)的時(shí)間。 ?② 裝置和后方設(shè)備的清掃。 采用噴錨支護(hù)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。盾構(gòu)式 TBM，在盾構(gòu)的后部距掌子面約 10m左右。但在 TBM法中不能像礦山法那樣進(jìn)行構(gòu)筑，通常是在 TBM主體的后部構(gòu)筑噴錨支護(hù) 。 ?⑥ 對掉塊、崩塌等事故的適應(yīng)性好。 ?④ 可在盾構(gòu)內(nèi)組裝，作業(yè)容易。 ?② 支承靴無效時(shí)，可用盾構(gòu)千斤頂為反力。此時(shí)， RC管片一般是作為永久支護(hù)采用的，全周管片的支護(hù)特征可舉出以下幾點(diǎn) 。 ? 金屬管片多用于盾構(gòu)式 TBM中，通常因材料的價(jià)格高，而限于在大量涌水區(qū)段和膨脹性圍巖地段或支承靴無效的圍巖區(qū)段采用。 管片的種類有鋼和RC兩種。 ? 仰拱管片的支護(hù)形式主要采用 在盾構(gòu)式 TBM法 。根據(jù)表 438列出的圍巖級別，直徑 m的 TBM隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及參數(shù)列于表 439和表 4310 。表 437表示根據(jù) 地質(zhì)狀況（坑壁觀察、 RSR、 RMR、 Q值等） 、坑壁擠出和崩塌狀況、 TBM的機(jī)械數(shù)據(jù) 等選擇支護(hù)時(shí)的基本要素。表 436是按坑道壁的崩落情況的支護(hù)分類。（參見教材 P294） ? 在 TBM法中，支護(hù)的構(gòu)筑位置與礦山法不同，是在掌子面后方一定距離處，作用在支護(hù)上的荷載是松弛荷載，故可采用 Terzhaghi的松弛荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)。此方法是采用表示巖層良好度的 RSR值，在 TBM隧道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，視隧道直徑不同， RSR值要增值 020 ％ 。 ?⑤ 支承靴擠壓對洞壁的影響。 ?③ 考慮開挖到構(gòu)筑的時(shí)間較長，構(gòu)筑支護(hù)時(shí)對 TBM裝置的影響，確定合理的支護(hù)施工位置（與掌子面的距離） 。 支護(hù)形式的基本要素 第二節(jié) TBM法隧道的支護(hù)設(shè)計(jì) 在 TBM法的支護(hù)設(shè)計(jì) ?① 為確保高速掘進(jìn)，應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行支護(hù)的施設(shè)，或支護(hù)能與掘進(jìn)平行施工。 ?④ 支護(hù)設(shè)置位置，因 TBM的形式而異。 ?② 拱頂下沉和凈空位移等隧道動態(tài)量測，在開挖后立即進(jìn)行是困難的，因此，要采用量測以 ?外的手段來判斷圍巖的穩(wěn)定性和支護(hù)是否妥當(dāng)。 這種 TBM的移動裝置有履帶式或輪胎式兩種，以履帶式采用較多 。自由斷面 TBM的出碴裝置，實(shí)質(zhì)上就是刮板式或蟹爪式裝碴機(jī)。這種 TBM大多數(shù)只有一個(gè)液壓臂，所以又稱為 獨(dú)臂鉆 。 TBM的基本構(gòu)造 自由斷面 TBM由 破巖裝置 、 出碴裝置 、 移動裝置 等基本部分組成，如圖 429所示。因此，各種的適用范圍與開挖斷面的高度、機(jī)體的重心高度、機(jī)體自重的支持點(diǎn)距離、刀具的切向力等有關(guān)。不僅用于軟巖，也開始用于硬巖。 ?③ 有涌水時(shí)易于泥化。 ?② 發(fā)生粉塵 在抗壓強(qiáng)度大于 15MPa的巖層中開挖時(shí)，粉塵會成為一個(gè)問題。歐美的掘進(jìn)機(jī)可達(dá)到 100 MPa，開挖效率，限界不僅與巖石的抗壓強(qiáng)度有關(guān)，也與裂隙，石英含量。 ?⑧ 機(jī)械購置費(fèi)低 機(jī)械購置費(fèi)低，通用性、工作效率都高，機(jī)械損耗小，維修費(fèi)等也小。機(jī)械的搬入、搬出是很容易的。 ?⑥ 輕量、小型、機(jī)動性好 即使是大斷面用的大型機(jī)，其重量也只有 50t 。 ?⑤ 噪聲、振動小 開挖動力都是電力、油壓。 ?④ 圍巖松弛少 爆破法圍巖易于松弛。 ?③ 開挖速度快 巖質(zhì)在自由斷面 TBM的適應(yīng)范圍以內(nèi)時(shí)，開挖、裝碴可同時(shí)進(jìn)行，故掘進(jìn)速度快。采用松弛爆破，使圍巖產(chǎn)生裂隙，再采用機(jī)械開挖。在掌子面難以自穩(wěn)的圍巖中，可保留核心進(jìn)行環(huán)向開挖。大直徑全斷面 TBM主機(jī)（部分）的總體性能參數(shù)列于表 422 。破巖同時(shí)，連續(xù)出碴。 ?③ 在起始洞內(nèi)組裝 TBM，并進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn) 。其作用有 ：第一，作為組裝 TBM的場所；第二，作為 TBM錨撐的起始錨定點(diǎn)；第三，作為 TBM自動推進(jìn)和導(dǎo)向的基準(zhǔn)點(diǎn)。該段長度不應(yīng)小于 TBM的長度，襯砌好后洞室的內(nèi)徑應(yīng)略大于刀盤直徑。 全斷面 TBM開挖洞室（或?qū)Ф矗┦┕み^程 ?① 做好準(zhǔn)備工作和洞口工程 包括場地平整、洞口明塹、軸線標(biāo)樁的測設(shè)，以及道路、動力、供水、通風(fēng)等輔助工作設(shè)施。 TBM開挖水平洞室 應(yīng)用全斷面 TBM開挖水平洞室有兩個(gè)基本方案。一般在刀盤頭部安裝有吸塵設(shè)備和噴水裝置，掘進(jìn)時(shí)連續(xù)噴水降塵。 ?通風(fēng)及吸塵裝置 掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)要產(chǎn)生大量的 熱量 和 粉塵 。 ?導(dǎo)向調(diào)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 是用來指示和校核 TBM推進(jìn)的方向，使其保證符合設(shè)計(jì)的軸線和坡度的要求 。 ?④ 推進(jìn)油缸回油全部縮回，即套架也前滑約 90cm后，再使錨撐頂緊巖壁，同時(shí)收縮前支撐缸及后支撐缸，開始新的掘進(jìn) ?出碴機(jī)構(gòu) 破巖形成的片狀石碴，由 安裝在刀盤上的鏟碴斗鏟起，鏟斗旋轉(zhuǎn)到頂部卸入集料斗，再轉(zhuǎn)到膠帶輸送機(jī)上，經(jīng)膠帶輸送機(jī)裝車運(yùn)出洞外 。機(jī)體也向前推進(jìn) 90cm，如圖 427b所示。刀盤破巖推進(jìn)時(shí)，帶動整個(gè)機(jī)體一起向前移動，如圖 427a所示。 TBM的推進(jìn)，包括刀盤的推進(jìn)和完成一個(gè)切割行程后整個(gè)機(jī)身的推進(jìn)，都與錨撐的作用與動作有關(guān)。破碎溝間的巖石，由后進(jìn)滾刀的側(cè)向分力剪切破碎。 ?破巖機(jī)構(gòu) 破巖機(jī)構(gòu)由 刀盤 和 滾刀 組成?，F(xiàn)以硬巖 TBM為例簡要說明如下。根據(jù) TBM施工的要求，最好安裝 1 kW的水銀燈，使其他需特別監(jiān)視的地方和局部陰暗處的照明都能達(dá)到施工要求。另外，從工作面通過后續(xù)臺車到碴場的區(qū)間一發(fā)生事故，一切都要停止，因此也必須設(shè)置監(jiān)視攝像機(jī)、顯示器等 監(jiān)視系統(tǒng)。所以從作業(yè)性、安全性的觀點(diǎn)出發(fā)，各作業(yè)環(huán)節(jié)必須設(shè)有可相互聯(lián)系的 通信設(shè)備。 8. 其他設(shè)備 TBM的設(shè)備很多，這里僅介紹與 TBM施工法有關(guān)的照明、通信設(shè)備。前者在噴射時(shí)運(yùn)入的繁雜程度得到減半，但安裝在狹窄場所，機(jī)械的清掃、保養(yǎng)、檢查、維修則成為頗嚴(yán)峻的作業(yè)。大多在 TBM主體后面，主要因 TBM中央的膠帶輸送機(jī)、主梁容易妨礙噴嘴作業(yè)，回彈大，人工作業(yè)困難等原因。 7. 噴混凝土設(shè)備 TBM施工中的噴混凝土通常與山嶺隧道施工法一樣作為初期支護(hù)，有時(shí)也作為永久支護(hù)。配管布置隨開挖的推進(jìn)而延長，因此有在后續(xù)臺車處設(shè)置螺旋臺車而使之可伸縮和調(diào)整布置間隔的方法。作為供水設(shè)備，在洞外隨著開挖的推進(jìn)依次串聯(lián)增設(shè)給水泵（如縱向離心泵 500L/min 62m） 。 ?④ 排到洞外的水都匯集在設(shè)置于洞口臨時(shí)設(shè)置場的沉淀槽進(jìn)行處理。 ?② 用水下泵不能處理的污泥、軟泥等堆積物由設(shè)在洞外的真空管（真空輸送泵）配置進(jìn)行吸收處理。鉆孔機(jī)械應(yīng)可前后、上下、左右移動，在狹窄的后續(xù)臺車內(nèi)提高其機(jī)動性。不取芯式鉆孔探查用巖粉，取芯式探查可采取巖芯，直接觀察前方巖層情況，并且還可作為排水鉆孔。 4. 洞內(nèi)超前鉆孔設(shè)備 在隧道掘進(jìn)中，遇到斷層、涌水是不可避免的，用 TBM掘進(jìn)時(shí)一般其故障更嚴(yán)重。渦輪式風(fēng)機(jī)比軸流式風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓高，必須考慮風(fēng)管的材質(zhì)。作業(yè)人員的呼吸所排出的污染氣體是二氧化碳，所需通風(fēng)量每個(gè)人最少 3m3/min，以此風(fēng)量計(jì)算風(fēng)管直徑通常多為 400600mm（隧道直徑為 35m） 。然而，通風(fēng)量通常比集塵器的能力大，且通風(fēng)管道的位置必須比集塵器的排氣部位更深（工作面?zhèn)龋? 。 ?通風(fēng)設(shè)備 TBM施工法的通風(fēng)對象要考慮作業(yè)人員呼氣排出的氣體和由 TBM的動力等產(chǎn)生的熱量、巖石的破碎和裝載及噴混凝土產(chǎn)生的粉塵、內(nèi)燃機(jī)排出的有害氣體等。專用管道安裝在膠帶輸送機(jī)的旁邊，當(dāng) TBM的直徑較小時(shí)，連膠帶輸送機(jī)本身也作為管道。因此，為了有效地抑制粉塵，有必要收集粉塵進(jìn)行處理，產(chǎn)生的粉塵盡量不讓它擴(kuò)散而使其集中在一起為最好。 3. 集塵和通風(fēng)設(shè)備 ?集塵設(shè)備 用 TBM切削巖石，在硬巖和含水量小的巖層條件下會產(chǎn)生大量粉塵，因此在切削頭部，也包括為了防止刀具破碎巖石時(shí)產(chǎn)生熱量，需用壓力水噴霧，這在一定程度上可以吸收一部分破巖產(chǎn)生的粉塵。 ?③ 連續(xù)膠帶輸送機(jī)方式。 ?① 有軌方式。其中，出碴方式的選擇對 TBM的施工性是很重要的。 2. 運(yùn)輸方式和運(yùn)輸設(shè)備 運(yùn)輸對象的核心是掌子面開挖產(chǎn)生的大量石碴，其他還有隧道的支護(hù)材料和隨著隧道延伸的各種器材，以及以切削刀