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技术讲座
全断面岩石掘进机概论
——全断面岩石掘进机技术讲座之一

华北电力大学(北京)茅承觉叶定海张照煌

编者按全断面岩石掘进机(TBM)至今已有40多年的发展历史。它在隧洞施工,尤其是3km以上的长隧洞施
工和复杂地质条件的隧洞施工中,在安全性、施工速度和综合社会经济效益方面与传统的钻爆法相比均有明显的
优势,已成为隧洞施工现代化的标志。近年来,我国在多项工程中引进了TBM进行隧洞施工,取得了很好的效益。
但目前介绍TBM的资料较少,尤其是系统地资料更少。因此,我刊特邀长期从事TBM研究工作的茅承觉教授组
织人员撰写了全断面岩石掘进机技术讲座,希望对从事TBM研究和隧洞施工的读者有所帮助。
今后本刊将根据读者需要,继续组织专家撰写建筑、施工机械方面的技术讲座,希望广大专家、读者对讲座的
形式、内容等提出建议。

1前言我国也将是发展的趋势。
全断面岩石掘进机(简称掘进机)发展至今已四2全断面岩石掘进机的技术名称
十多年,在技术上已达成熟阶段,在国外使用掘进机掘进机的技术名称在我国过去很不统一,部门
掘进隧洞已很普遍,尤其3km以上的长隧洞,很多不同均冠以习惯称呼,如铁道和交通部门称之为隧
业主在招标书中规定要求投标商必须采用掘进机施道掘进机,煤炭部门称之为巷道掘进机,水电部门又
工。如连接英法两国的英吉利海峡隧道,三条全长称为隧洞掘进机。83年国家标准(GB4052-83)统一
156km,采用11台掘进机施工,只用了三年半就全部称为全断面岩石掘进机(FullFaceRockTunnel
贯通,并无一人因掘进事故而死亡;日本青函隧道全BoringMachine2TBM)简称掘进机,其定义是:一种
长50多km,使用钻爆法施工花12年才完工,伤亡靠旋转并推进刀盘,通过盘形滚刀破碎岩石而使隧
100多人。在我国水利、电力、铁道、煤炭、矿山、交通洞全断面一次成形的机器。
及城市地下等工程需要建设大量隧洞,如甘肃引大3全断面岩石掘进机分类及使用
入秦引水工程30A隧洞全长17km,采用掘进机施311支撑式(开敞式)全断面岩石掘进机利用支
工,1991年开工1992年完工平均月进尺1000m;山西撑机构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭
引黄入晋工程主干线8号隧洞也采用掘进机施工,矩的全断面岩石掘进机,适用于岩石整体性较好的
1994年7月开工,全长12km,1995年底已经完工,平隧洞,图1所示。如遇有局部破碎带及松软夹层岩
均月进尺810m;云南鲁布革水电隧洞,采用钻爆法
施工,引进全套机械化设备,平均月进尺200～
250m,这个进尺已经是好成绩了,由此可见钻爆法
是无法与掘进机施工法相比的。目前铁道部西安—
安康线秦岭隧道正在使用引进的两台<818m掘进
图
机施工,进展顺利。采用掘进机施工长隧洞,今后在1

作者简介茅承觉男,1932年11月生,华北电力大学(北京)教授,中国挖掘机械研究会副理事长兼掘
进机学术组组长,1955年毕业于华东水利学院(现南京河海大学)。合编有《工程机械》、《铲土运输机械设计
与计算》等教材;发表有关TBM方面的译、论文10多篇;1994年在菲律宾马尼拉参加Umiray2Augat引水工
程长隧洞用TBM施工编标;参加的国家科委重点科研项目“SJ34(SJ53)全断面隧洞联合掘进机研制”1978
年获全国科学大会奖;负责的“全断面岩石掘进机盘形滚刀压痕试验研究”1989年获能源部电力科学技术
进步二等奖。

03《建筑机械》1998年第9期
石,则掘进机可由所附带的辅助钻孔灌浆设备,预先有利于通风、地下水、瓦斯及预防性安全等的处理;
固结周边一圈岩石,然后再开挖。这种掘进机适合洞(2)只要现有小直径掘进机,马上可以对大直径隧洞
径在<2-<9M之间,最优选择<3-<7m,<3m以下进行导洞施工,然后再订制扩孔掘进机也不会影响
及<9m以上使用这类掘进机一次成洞开挖的数量工期;(3)提高了能量利用率。
逐渐减少,因隧洞直径小于<3m,掘进机在洞内周围主要缺点:(1)成洞需要导洞和扩孔两台掘进
的空间小,使通风、排水、电源进洞、出碴、衬砌造成机,投资较高;(2)导洞贯通后才能扩孔,工期长。
干扰和困难,另外,目前我国机械加工水平及部件外
形尺寸比国外同类优质产品为大,使得国产掘进机
最小刀盘直径不能小于<3m。当洞径大于<9m,则掘
进进尺受到边刀允许速度<215mös的制约。边刀滚
压速度>215mös时,岩石强度大,由于裂缝在岩石
图3
中的生长和传播没有充分时间从起点向外扩散,破
碎量停止增加,所以掘进机直径加大,则刀盘的转速314摇臂式全断面岩石掘进机刀具和摇臂随机
相应要减少,这种掘进效率的损失,无法予以补尝。头一起转动,摇臂的摆动是由液压缸活塞杆的伸缩
312护盾式全断面岩石掘进