【正文】 具類為主的 TBM維修器材。 在配置設(shè)備時，要考慮前后各作業(yè)的關(guān)聯(lián)，以提高作業(yè)性 。 后配套系統(tǒng) 要充分研究作業(yè)計劃和必要的功能，再來選擇有效率的各種設(shè)備。 附屬裝置： ?① 刀盤上的超挖刀具，可得到更大的開挖直徑，洞壁由伸縮護盾盾殼支承直至管片安裝。然后，借助于后護盾推進油缸使刀盤推進油缸周圍的后護盾盾殼前移。 ?② 后護盾換位階段 后護盾盾殼換位只持續(xù)幾分鐘。把 伸縮護盾 、 接觸護盾（支撐盾殼） 和 盾尾 合稱為 后護盾 TBM工作周期 ?① 前進和管片放置過程 支撐護盾牢固地撐緊在洞壁上，刀盤推進油缸支承在接觸護盾的連接處，并在掘進過程中將刀盤向前推進，保持所達到的掘進速率直至刀盤推進油缸行程結(jié)束。雙護盾 TBM在每個掘進行程中的中斷時間短，后接觸護盾周期性地前移。 2. 雙護盾式 TBM 同單護盾式 TBM一樣，雙護盾式 TBM適用于無地下水的不能自立的軟弱破碎地層段，并在護盾內(nèi)安裝管片襯砌。另外，要以最佳的方式設(shè)計 刀盤檢修出口 ，以便在掌子面前發(fā)生障礙時進行檢查并處理，對掌子面前方的“洞穴”也能從這些出口用噴漿進行穩(wěn)固。因此， 在預(yù)測的斷層地段掘進期間，進行系統(tǒng)的勘測鉆探是非常重要的 。 護盾式 TBM的優(yōu)點 是支護工作可在護盾殼內(nèi)完成，與洞壁沒有任何接觸。 在第一階段由 TBM開挖直徑為 m的導(dǎo)洞，再用擴孔 TBM進行第二階段的擴孔開挖。 初期保護性支護措施包括 ：直接在刀盤罩后面架設(shè)支護拱架和掛網(wǎng)、洞頂錨桿或噴漿，進行洞頂區(qū)域的巷道保護 。掘進頭的推進力由一支撐推進系統(tǒng)提供。巖碴通過刀盤上的鏟斗裝置和刀盤后面的導(dǎo)向板運到刀盤中心，在那里巖碴落進漏斗，送到運輸機上，運輸機通常置于機器的中心軸位置。 支撐式 TBM 刀盤屬于 TBM第一組合體，由液壓馬達或電動機驅(qū)動，通常沿中空主軸承周圍以環(huán)形模式布置在機器的主軸上。通常用于軟地層或流動性地層。其設(shè)計剛度較大，適用于在硬地層中快速掘進。 第三節(jié) TBM法的應(yīng)用 應(yīng)用簡介（見教材 P273） 應(yīng)用事例 TBM的應(yīng)用前景 第二章 TBM的結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)造 第一節(jié) 全斷面隧道 TBM的類型 全斷面隧道 TBM ?① 開式隧道 TBM 指切削時不用控制工作面的地壓， TBM按出碴系統(tǒng)運碴能力掘進。 在 TBM法中因進行機械的運輸、組裝等，故要對隧道所處地點的狀況給予應(yīng)有的注意。其次， TBM的后續(xù)設(shè)備長 100200 m，為正規(guī)地進行掘進，也要先修筑一段長 200m左右的隧道。 TBM效率的地質(zhì)因素 ?① 巖石強度 ?② 巖層的裂隙 ?③ 巖石硬度 ?④ 破碎帶等惡劣的條件 TBM進入現(xiàn)場后，一般要經(jīng)過運輸、組裝的過程。 TBM法的地質(zhì)因素 ?① 隧道地壓 是否存在塑性地壓是決定 TBM適用性的重要因素。所以，不良地質(zhì)的調(diào)查，不僅對 TBM的選擇和施工速度有很大的影響，對能否采用 TBM法也是決定性的因素。 ?④ 開挖斷面的大小、形狀變更難，在應(yīng)用上受到一定的制約。 ?② 施工途中不能改變開挖直徑。 ?⑥ 作業(yè)人員少。 ?④ 振動和噪聲對周圍的居民和結(jié)構(gòu)物的影響小。此外，超挖小，襯砌也省時省料。特別是在穩(wěn)定的圍巖中長距離施工時，此特征尤其明顯。因此，需根據(jù)開挖巖體的性質(zhì)，選擇適宜的刀具。為有效破巖，先形成破碎溝或切削槽是前提條件。 削刀繼續(xù)回轉(zhuǎn)即在巖壁上留下環(huán)狀切削槽，該槽的寬度即為刀刃的寬度，約為刀具回轉(zhuǎn)一周破巖總進尺的 1/41/3 ，兩切削槽之間的巖石，約為破巖進尺的 2/33/4 ，則由削刀側(cè)向擠壓力 R作用而剪力破碎，如圖 415所示。 球齒型滾刀的破巖原理與楔齒型滾刀相同，球齒型滾刀更為耐磨，適用于硬巖掘進。 然后，由齒尖在楔入力繼續(xù)引起剪切破壞，楔入深度為 h。當切入深度 h較小時，剪裂面為 O1 C或 O2 D， h較大時，剪裂面為 O1 O2 ，如圖 412c所示。 工作時每只圓盤刀具上約作用有 50200 kN的壓力，使巖體表面在刀圈刀尖強集中力作用下破碎并被切入，并形成切入坑，如圖 412b所示。 滾刀破巖是通過滾刀對巖石施加強大的壓力，在巖面上滾動來 破碎巖石 的。 ? 圖 c為前后下支撐伸出到洞底部、支撐板回縮； ? 圖 d為外機體前移，用后下支撐調(diào)整機器方位； ? 圖 e為支撐板撐住洞壁，前后下支撐回縮，為下一個工作循環(huán)做好準備。為了避免粉塵危害， TBM頭部裝有噴水及吸塵設(shè)備，在掘進過程中連續(xù)噴水、吸塵。 TBM的分類 TBM一般由 刀盤、機架、推進缸、套架、支撐缸、膠帶機及動力間 等部分組成。 ? TBM的作業(yè)是否封閉分類： 可分為 開敞式 、 單護盾 和 雙護盾 TBM。 ?： 擠壓式主要是通過水平推進油缸，使刀盤上的滾刀強行壓入巖體，并在刀盤旋轉(zhuǎn)推進過程中，用擠壓和剪切的聯(lián)合作用破碎巖體。它利用機械破碎巖石的原理，完成開挖、出碴及混凝土（鋼）管片安裝的聯(lián)合作業(yè)，連續(xù)不斷地進行掘進。 ?④ 由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，把盾構(gòu)技術(shù)引進到 TBM中，使 TBM法的適用范圍擴大，發(fā)揮 TBM的作用。 ?② 掘進機施工不采用爆破，對圍巖擾動小，有利于保護圍巖、維護圍巖固有的承載力，減輕支護結(jié)構(gòu)的支護量。 ?① 安全、省力、改善勞動環(huán)境等社會的要求提高。在機械施工中，很長一段時期，把在土質(zhì)隧道中采用的機械稱為盾構(gòu)，而把在巖質(zhì)隧道施工中的機械稱為掘進機，或者巖石掘進機。 劉俊新 ( 西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 ) 第四篇 掘進機法修建的地下工程 第一章 TBM法及其應(yīng)用 第一節(jié) 概述 盾構(gòu)掘進機 掘進機 （ tunnel boring machine） ，簡稱 TBM， 是一種修建巖質(zhì)隧道的工廠化的施工技術(shù) 。與盾構(gòu)有異曲同工之處。由于機械制造技術(shù)的快速發(fā)展，這種區(qū)分越來越不明顯，因此目前多把掘進機和盾構(gòu)一并稱為盾構(gòu)掘進機。使單純作業(yè)和危險作業(yè)機械化。 ?③ 施工對周圍影響小、安全性和施工可靠性高、洞內(nèi)的作業(yè)環(huán)境也比其他隧道施工方法好等。 掘進機技術(shù)獲得巨大發(fā)展的原因 第二節(jié) TBM法 TBM法 隧道 TBM是一種專用的開挖設(shè)備 。用此法修筑隧道的方法，稱為 TBM法。 切削式利用巖石抗彎、抗剪強度低（僅為抗壓強度的1/101/20）的特點，靠銑削（即剪切）和彎斷破碎巖體。 開敞式 TBM適用于 圍巖穩(wěn)定性好 的場合， 護盾式 TBM適合于 圍巖較軟弱、需進行混凝土（鋼）管片安裝 的場合。 掘進時，通過推進缸給刀盤施加壓力，滾刀旋轉(zhuǎn)切碎巖體，由裝在刀盤上的集料斗轉(zhuǎn)至頂部通過膠帶機將巖碴運至機尾，卸入其他運輸設(shè)備運走。 TBM ? 圖 a為機器用支撐板撐住，前后下支撐回縮，推進缸推壓刀盤鉆掘開始； ? 圖 b為掘進一個行程，鉆掘終止 。 TBM的破巖原理 TBM的破巖原理，隨刀具的類型不同分為 滾刀 和 削刀 兩類。 根據(jù)滾刀的形式不同，又分為 圓盤型 、 楔齒型 、 球齒型滾刀 幾類。 隨著滾刀滾動，切入坑連通，在巖面上形成一條條的破碎溝，破碎溝之間巖石 AO1 C又受滾刀側(cè)刃擠壓力的作用而剪切破碎。 最初由楔齒的尖端，在滾刀轉(zhuǎn)動情況下產(chǎn)生切向張力破壞巖石的表面，切入深度為 λ，如圖 413c所示。另外，各齒環(huán)的齒節(jié)是不同的，因此加大了楔齒的破巖效果。 工作時，削刀在 擠壓力 PV和 切割力 PH的作用下，首先在刀尖處形成切碎區(qū)，隨著刀具回轉(zhuǎn)運動，形成剪力破碎區(qū) ，如圖 414所示。 不論是滾刀或是削刀，總的破巖體積中，大部分破巖并不是由刀具直接切割的，而是由后進刀具剪切破碎的。破碎溝或切削槽的深度、寬度愈大，破巖效果便愈好。 TBM的特點 1. TBM法的優(yōu)點 ?① 開挖作業(yè)能連續(xù)進行，施工速度快，工期短。 ?② 對圍巖的擾動損傷小，用爆破法使圍巖的損傷范圍約為23m，而 TBM法只有 1m左右，幾乎不產(chǎn)生松弛、掉塊、崩塌的危險，可減輕支護的工作量。 ?③ 開挖表面平滑，在圓形隧洞的情況下，受力條件好。 ?⑤ 施工安全，近期的 TBM可在防護棚內(nèi)進行刀具的更換，密閉式操縱室、高性能集塵機等的采用，使安全性和作業(yè)環(huán)境有了較大的改善。 2. TBM法的缺點 ?① 設(shè)備的購置、運輸、組裝解體等的費用高，設(shè)計制造時間長，初期投資高。 ?③ 地質(zhì)的適應(yīng)性受到一定限制。 ?⑤ 運輸困難 TBM法的基本條件 在 TBM法中， TBM和掌子面是分離的，故有軟弱層和破碎帶時，采用輔助工法很困難。 TBM施工的地質(zhì)調(diào)查主要是調(diào)查影響 TBM使用的地質(zhì)條件 ，如地層的硬軟、破碎帶的位置、規(guī)模、地下水的涌水、膨脹性圍巖等，對 TBM法是否適合，以及影響TBM開挖效率的地質(zhì)因素等。 ?② 涌水狀態(tài) 在軟弱巖層、破碎帶中，涌水的范圍、大小、壓力等，是造成掌子面崩塌和承載力低下的主要問題。根據(jù)TBM的直徑和形式、運輸途徑、組裝基地的狀況等，要準備 12個月。所以，隧道長度短時，包括機械購置費在內(nèi)的成本是很高的。 TBM的搬運計劃，要考慮道路的寬度、高度及重量的限制，根據(jù)組裝條件要充分調(diào)查運輸時的分割方法（最小分割尺寸和重量） 。不需要特別考慮地表下沉的情況。 ?② 閉式隧道 TBM 通過控制好螺旋運輸機卸料門的開啟，使切削巖土的刀盤前腔的壓力與地壓平衡。在 軟地層中隧道施工的 TBM又稱為 盾構(gòu) 。帶有防塵隔層的刀盤罩將刀盤與被開挖掌子面隔開，刀盤罩可保護刀盤，防止物料侵入；防塵隔層防止灰塵和碎屑進入刀盤后面的工作區(qū)。選用液壓驅(qū)動馬達時，驅(qū)動液壓泵站的電動機安裝在后配套上。 第二組合體和設(shè)施用在工作面或 TBM防塵護盾后面進行即時支護措施，并進行地層預(yù)探測。 擴孔式 TBM