一、TBM介绍

全断面硬岩掘进机简称TBM是集机械、电子、液压、激光控制等技术为一体的大型隧洞掘进设备，能同时进行掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工。

TBM由主机，连接桥和后配套组成，主机主要由刀盘、主驱动部件、护盾、钢拱架拼装机、撑靴、主梁、其他辅助设备组成。后配套由后配套拖车、液压主泵站、电器控制柜、应急发电机、空压机、皮带运输系统、供水系统、排水系统、通风除尘系统、急救室、休息室、维修间等组成。

二、TBM安装流程

TBM始发井位于西丽水库，占地面积XXXXXX平方米，设始发竖井一座，竖井直径35.0米，开挖深度约70m,设置235m的始发导洞。

TBM安装需采用45t龙门吊进行吊装，主机组装需按其顺序和重量部件等要求进行启吊设备布置定位摆放，工作范围满足吊装设备启重的回旋臂长和重量。

（1）主盾体安装

前盾前下部安装→前盾后下部安装(尾裙)→主驱动装配→前盾右部安装→前盾左侧部分和主驱动把紧的组装→组装扭矩梁→组装伸缩盾下部→主驱动组装及前盾设备→撑紧盾下部组装→安装机支架组装→撑紧盾右侧组装→下部撑紧油缸组装→上部撑紧油缸组装→撑紧盾左侧部组装→安装机梁组装→安装机以及超前钻支撑的组装→C1运输机的组装(驱减速器和渣土槽)一伸缩盾上部组装→前盾尾部右侧部组装(尾盾)→前盾后左部安装→刀盘安装→尾盾右部组装→尾盾左部组装→盾内其他的装配(前盾主推油缸、PPS导向系统、液压件、排水泵、人行平台.传感器)→盾体与后配套连接(后配套牵引油缸→C2皮带机→软管、电缆及风筒连接-喂片机安装)。

（2）连接桥与后配套

连接桥1和连接桥2的安装→牯辘安装→管片吊机轨道安装→设备安装→牵引油缸（盾体内C1皮带输送机完成)→吊机安装(天车)C2皮带机安装。

后配套拖车G1-G15的安装→前期临时装配→盾体开始装配时位置确定→牯辘安装→设备安装→对车体检查配重(G1、G2、G3、G4、G5、G9、G12、G13、G14、G15→检查车体间的交界面-+G1-G12运输皮带机C2安装→电器→其他装配-G1-G3间管片吊机轨道安装→管片吊机的安装→吊装设备安装(G1.G3、G12)。

待主机安装完成后，步进到前导洞掌子面，然后安装后配套车架和安装皮带机和皮带存储仓。至此主机TBM安装完毕。

三、正常掘进施工

⑴刀盘后部的侧向撑靴向洞壁撑起并稳固在洞壁岩面上，同时用楔块油缸将侧支撑的位置牢牢锁定，并将推进反作用力传给洞壁，掘进的水平方向锁定，同时调整前支撑，将掘进的垂直方向（即坡度）锁定。

⑵水平撑靴定位以后，推进推力油缸并转动刀盘开始掘进。掘进时，刀盘上的每一个滚刀产生推进力使掌子面围岩产生破裂，并形成直径10cm左右的碎块。

⑶根据TBM设备的扭矩～转速曲线的基本性能，在不良地质条件下采用低转速低扭矩的参数切割软岩，在围岩条件较好、强度较高的硬岩采用高转速高扭矩高速切割硬岩，若出现刀盘卡住则采用脱困扭矩或采用刀盘逆转的方式处理，施工过程中根据不同的围岩条件调整合适的参数。

⑷刀盘的推力由推进油缸提供，推进的反作用力被传递到水平支撑靴板上，水平支撑靴板由水平支撑油缸紧紧的撑到洞壁，直接将推进油缸的推力传递到洞壁，刀盘驱动系统驱动刀盘旋转，由此产生的反扭矩由机头架、大梁及滑块、鞍架和斜缸通过水平支撑板传递到洞壁。

⑸钻进的工作行程结束，初步支护工作完成后，撑靴将收回，这时，TBM设备的重量将由后面的后支撑支撑。TBM设备及其后配套系统通过收缩牵引油缸，撑靴重新支撑洞壁来向前移动到新的掘进位置。当推进行程结束时，水平支撑油缸缩进，此时TBM设备的操作手要调整好TBM设备的轴线方向，通过激光方向锁定系统来操纵推力油缸控制方向，由此开始一个新的推进行程。

（6）超前支护

针对敞开式掘进机在自稳时间较短的软弱破碎岩体、岩溶地段、断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段，进行超前支护。在进行超前地质预报的基础上需采用相应的辅助施工措施，即先进行超前加固，再掘进通过，并通过加强初期支护等手段，尽量减少掘进过程中的坍塌剥落量和围岩出护盾后的变形量。根据现场围岩地质条件，在围岩破碎、地下水发育等不良地质段，利用超前钻机采用超前锚杆、超前小钢管、超前注浆小导管及管棚进行预支护加固围岩并止水，

由于本工程开挖断面大，出碴量大，掘进距离长，加上TBM设备掘进速度快，必须采用皮带机连续出碴。TBM设备出渣设备采用及主机配套的全套连续皮带运输机系统，该系统主要由以下几部分组成：主皮带驱动装置、张紧装置（皮带储存仓）、皮带、辅助驱动装置、皮带返程辅助驱动装置和皮带支架及上、下托辊，可移动的皮带机尾部，出渣系统的一端位于TBM设备主机大梁内，并向后延伸至整个后配套系统，刀盘刀具切削岩石产生的岩屑经收集装置传输到大梁前部的中转皮带上，再传输到后配套上的主皮带运输系统。因出渣距离较长，根据施工实际需要，将可移动的皮带机安放在一辆重型后配套台车上，依靠液压油缸将皮带机尾部及后配套皮带机系统对接，使石渣通过移动皮带机输出至地面。

（7）锚杆施工

锚杆施工的质量要求与钻爆法完全相同，施工操作时由TBM主机上配备的锚杆钻机实现设计支护范围内的锚杆钻孔施工。本工程采用的锚杆类型有全长粘结型锚杆、自钻式注浆锚杆、预应力中空注浆锚杆，施工工艺和方法同钻爆法相同。

（8）型钢拱架施工

钢架支撑分为型钢钢架和格栅钢架两种类型，当型钢钢架不能确保围岩稳定时，立即采取措施加固为整体格栅钢架，必要时再增加钢筋网和（或）喷射混凝土支护等措施，直至洞室围岩完全稳定为止，在现场配备可供随时投入使用的备用钢架支撑及其附件。钢支撑之间可采用钢筋网（或钢丝网）制成挡网，并与钢架支撑牢固连接，以防止岩石掉块。

四、结语

隧洞线路穿越多处断层破碎带及重要交叉建筑物，塌方、涌水、突泥风险大，沉降变形控制要求高。在TBM下穿地表建（构）筑物前（或进入保护区前），开展超前地质预报，以确定建构筑物下方是否存在不良地质，以及破碎边缘、长度、破碎程度以及含水情况等。根据超前地质预报显示的建构筑物下方地层的不同采取不同的处理措施。

TBM安全穿越复杂地层、重要交叉建筑物对策：

A、为减小施工风险，开工前进行沿线不良地层的补勘工作，加强掘进过程中地质预报，提前进行加固处理。

B、提前办理下穿手续，下穿交叉建构筑物期间，严格进行自动化变形监测，信息化指导施工。

C、制定应急预案，定期进行演练。