TBM在铁路隧道施工中的应用前景分析

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1、TBM的发展历史

TBM是在1846年由意大利人Maus发明的。1851年，美国人查理士·威尔逊开发了一台TBM，在花岗岩中试用，未获成功。1881年波蒙特开发了压缩空气式TBM，并成功应用于英吉利海峡隧道直径为2.1m的勘探导坑。

美国罗宾斯(Robbins)公司自1952年开发制造出了现代意义上的第1台软岩TBM后，1956年又研制成功中硬岩TBM。从此，TBM进入了快速发展时期。目前，全世界范围内的TBM制造商有30余家，最具实力的是德国的威尔特公司、美国的罗宾斯公司、德国海瑞克公司、加拿大的拉瓦特公司、日本的三菱公司等。国外TBM技术已经相当成熟，这为复杂地质条件下的隧道工程建设提供了技术保障。

2、TBM的分类及地质适应性

目前，TBM主要分为以下3种类型，并分别适应于不同的地质。

①开敞式TBM。常用于硬岩，在开敞式TBM上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化。当采取有效支护手段后，也可应用于软岩隧道。

②双护盾TBM。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地层。

③单护盾TBM。常用于劣质地层。单护盾TBM推进时，要利用管片作为支撑，其作业原理类似于盾构，与双护盾TBM相比，掘进与安装管片2者不能同时进行，施工速度较慢。单护盾TBM与盾构的区别有2点:一是单护盾TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或采用泥浆泵通过管道出碴;二是单护盾TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。

一般情况下，整条隧道地质情况都差的作业条件下使用单护盾TBM;在良好地质中则使用开敞式TBM;双护盾TBM常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适用于中厚埋深、中高强度、地质稳定性基本良好的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。

3、国内使用TBM的情况介绍

我国最早使用TBM施工的是水利水电工程。早在20世纪70年代，云南西洱河一级电站引水隧道使用了上海水工厂制造的TBM，直径为?.8m。1985-1990年，天生桥二级水电站引水隧洞工程使用了美国罗宾斯公司制造的TBM，直径为?0.8m，由于选型与地质不适应，进度较低，最低月进尺为31m，最高月进尺仅92m。1991-1992年，引大入秦工程30A号和38号输水隧洞，总长约17km，相继采用了美国罗宾斯公司制造的?.54m双护盾式TBM施工，应用比较成功，平均月进尺980m，最高月进尺1400m。随后，在引黄入晋工程中相继使用了5台罗宾斯、1台法国法马通公司制造的双护盾TBM，开挖了总长为122km的隧道，创造了日掘进113m、月掘进1637m的纪录。其中，总干6号、7号、8号隧洞采用1台美国罗宾斯双护盾TBM施工，开挖直径为?.125m;南干4号、5号、6号、7号隧洞采用4台双护盾TBM施工，其中3台为罗宾斯、1台为法国法马通公司制造，直径为?.82～?.94m。目前在建的工程还有辽宁大伙房水库引水工程，全长85.32km，采用TBM法和钻爆法施工，使用了3台?.03m开敞式TBM;正在施工的新疆大坂输水隧洞工程线路总长约32km，引水隧洞全长30.68km，采用TBM法与钻爆法相结合的施工方案，拟采用1台德国海瑞克公司制造的?.755m双护盾TBM施工，TBM总掘进长度约为19.7km;正在施工的青海引大济湟调水总干渠工程将由中铁隧道集团引进1台德国维尔特公司制造的?.93m双护盾TBM施工，引水隧洞全长24km，TBM总掘进长度约为19.94km。

在铁路隧道施工中使用TBM是从西安安康铁路秦岭I线隧道开始的，至目前为止，仅有3个工程使用了开敞式TBM，具体如下:

(1)秦岭I线隧道。全长18.456km，采用TBM法和钻爆法施工，由铁道部1996年引进2台?.8m开敞式TBM，秦岭北口TBM掘进长度为5.244km，秦岭南口TBM掘进长度为5.621km，TBM施工中，1998年平均月进尺为252.36m，1999年平均月进尺为290.64m，最高月进尺为528.48m。

(2)桃花铺1号隧道。西安南京铁路桃花铺1号隧道全长约7.234km，TBM掘进长度为6.2km，由中铁十八局采用?.8m开敞式TBM施工(该TBM曾施工秦岭I线隧道出口段)。最高月进尺为551.82m。

(3)磨沟岭隧道。磨沟岭隧道全长6114m，软岩占隧道总长的70.5%，于2002年11月完工。该隧道由中铁隧道集团采用?.8m开敞式TBM施工(该TBM曾施工秦岭I线隧道进段)，TBM掘进长度为4.653km，最高月进尺为573.9m。通过施工，成功掌握了开敞式TBM在软弱地层中的掘进技术。

4、TBM施工的优点

(1)快速。TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。

(2)优质。TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。

(3)高效。TBM施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会效益;同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。TBM施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。

 

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