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全断面岩石掘进机的应用和发展

耿志君

(天水风动机械有限责任公司,甘肃天水741020)

摘要:介绍了TBM(全断面岩石掘进机)半个世纪的发展及其在国内外长隧道
工程中的应用实例,TBM的现状和发展趋势,国产化研制的基础条件。指出TBM已
在全球隧道工程中得到越来越多的应用。
关健词:全断面岩石掘进机;应用实例;现状和趋势
中图分类号:U455.3+9文献标识码:A

快速。TBM是一种集机、电、液压、传感、
1前言
信息技术于一体的隧道施工成套设备,可以
全断面岩石掘进机(TunnelBoring实现连续掘进,能同时完成破岩、出碴、支护
Machine,TBM,以下称TBM)是当今最先进的等作业,实现了工厂化施工,掘进速度较快,
隧道掘进设备。其施工法和钻爆法相比,具有效率高。
快速、优质、安全、经济、环保等突出优点,其优质。TBM采用滚刀进行破岩,避免了
中最大优点是快速。一般速率为常规钻爆法爆破作业,成洞周围岩层不会受爆破震动而
的4～10倍。目前在国外大断面隧道掘进中破坏,洞壁完整光滑,超挖量少。
已经得到广泛应用,尤其是3km以上的大断高效。TBM施工速度快,缩短了工期,较
面隧道。我国在基础设施的大规模建设中,尤大地提高了经济效益和社会效益;同时由于
其是铁路、公路、大、中型水电站以及南水北超挖量小,节省了大量衬砌费用;TBM施工
调等工程建设中将有大量的长大隧道需要建用人少,降低了劳动强度、降低了材料消耗。
设;现代化城市建设中的地铁工程、市政排污安全。用TBM施工,改善了作业人员的
管、输水管等工程、越江隧道也在不断增加;洞内劳动条件,减轻了体力劳动量,避免了爆
“十一五”及今后一个时期内,我国在西部开破施工可能造成的人员伤亡,事故大大减少。
发及水资源配置工程建设中将遇到一系列深环保。TBM施工不用炸药爆破,施工现
覆盖、长距离、大直径、复杂地质条件下引水场环境污染小;减少了长大隧道的辅助导坑
隧洞的建设等,由于工程规模大、地质条件复数量,保护了生态环境。
杂,工程施工速度、环保、质量和效益要求高,自动化、信息化程度高。TBM采用了计
传统钻爆施工技术已经难以适应这一巨大的算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质
挑战,TBM必将在我国得到长足发展,它将探测、通讯技术,是集机、光、电、气、液、传感、
推动我国大型装备制造业和施工企业的技术信息技术于一体的隧道施工成套设备,具有
进步。自动化程度高的优点。TBM具有施工数据采
集功能、TBM姿态管理功能、施工数据管理
2TBM施工的优点
功能以及施工数据实时远程传送功能,可实
14凿岩机械气动工具,2006(4)
现信息化施工。m(桁架式)应用于巴基斯坦的曼格拉大坝。
与此同时,日本开始制作TBM,至1985
3TBM的发展简历
年日本制作的TBM共18台,直径分别为
TBM的发展曾经历了一个漫长的过程。2.3m～5m,在地铁、电缆隧道等工程中发挥
早在1852年,一台蒸汽机驱动的TBM,在花威力。第一台和美国罗宾斯公司签订技术合
岗岩中试用,未获成功。以后的三十年中,设作协定,开始生产国产化TBM,生产的机器
计试制了各式各样的TBM共13台,均有所供熊谷组、奥村组和佐藤工业施工建设中应
进步。然而比较成功的还是1884年博蒙特用,累计掘进长度53km。
设计的,并在英法海峡水底隧道掘进了直径目前世界上著名的五大TBM制造厂商
为2.lm的导坑,掘进长度近10km。是美国的罗宾斯公司(Robbins)和贾瓦公司
从1884～1926年间,一些国家又先后设(Jarva)、德国的沃斯公司(Wirth)和德马克公
计制造了21台TBM,因受当时技术条件的司(Dcmag)、瑞典的阿特拉斯·科普柯公司
限制,例如合金钢材、液压技术、配套设备等,(AtlasCopco),这些公司都是50年代和60
处于停滞状态。直至本世纪的40年代末至年代开始研制和生产TBM的。由于产品质量
50年代初,欧美及日本各工业发达国家为寻好,受到用户的青睐,到目前为止世界范围使
求更好的、能够快速掘进隧道的机械,又继续用的TBM已超过450台,掘进总长度在
研究设计制造和使用TBM,并在实际使用中2500km以上,其中美国罗宾斯的各型TBM
获得了较为理想的效果。因此,尽管TBM制约163多台。
造成本高,还存在某些技术问题,但发展还是
4TBM的应用
较快的。
美国罗宾斯TBM制造厂最早于1947年TBM在国外已经是一种完全成熟的隧
研制和生产的原始型TBM是在煤层中使用洞掘进施工机械。它是集掘进﹑弃渣装运﹑洞
的,但后来也用在页岩中开挖隧道。在这两壁支护等工序于一体的先进施工装备。目前
台TBM上,第一次使用了盘形刀具作为岩体有许多国家如美国﹑英国﹑德国﹑日本等普遍
破碎工具