不同地质条件下TBM选型课件.ppt

1、不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型2不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型3 TBM主要分为开敞式、双护盾式、单护盾式三种类型。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。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型4不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型5不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型6不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型7 4 不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型8不同地质条

2、件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型9 不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型10 TBM刀盘后刀盘后作业平台有条作业平台有条件安装辅助设件安装辅助设备及观察、测备及观察、测量围岩变化情量围岩变化情况。况。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型11 开敞式TBM上安装的超前钻机不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型12 开敞式TBM上安装的锚杆钻机不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型13湿喷砼机械手不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型14 双护盾TBM。双护盾式TBM按照硬岩掘进机配上一个软岩盾构功能进

3、行设计，既可用于硬岩，又可用于软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。双护盾TBM，又称伸缩护盾式TBM。与开敞式TBM不同的是双护盾TBM具有全圆的护盾，与单护盾TBM不同的是双护盾TBM在地质良好时可以掘进与安装管片同时进行，且在任何循环模式下都是在开敞状态下掘进。伸缩护盾形式是双护盾TBM的独有的技术特点，是实现软硬岩作业转换的关键。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型15 双护盾TBM具有两种掘进模式：即双护盾掘进模式和单护盾掘进模式。双护盾掘进模式适用于稳定性好的地层及围岩有小规模剥落而具有较稳定性的地层，单护盾掘进模式则适应于不稳定及不良地质地段。不同地质条件下的盾构

4、不同地质条件下的盾构TBM选型选型16 1）双护盾掘进模式 在围岩稳定性较好的地层中掘进时，位于后护盾的撑靴紧撑在洞壁上，为刀盘掘进提供反力，在主推进油缸的作用下，使TBM向前推进。此时TBM作业循环为：掘进与安装管片撑靴收回换步再支撑再掘进与安装管片，具体见下图。双护盾掘进模式适用于稳定性较好的硬岩地层施工，在此模式下，掘进与安装管片同时进行，施工速度快。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型17 双护盾掘进模式不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型18 2）单护盾掘进模式 单护盾掘进模式适应于不稳定及不良地质地段。在软弱围岩地层中掘进时，洞壁不能提供足够的支

5、撑反力。这时，不再使用支撑靴与主推进系统，伸缩护盾处于收缩位置，双护盾TBM就相当于一台简单的盾构。刀盘的推力由辅助推进油缸支撑在管片上提供，TBM掘进与管片安装不能同步。作业循环为：掘进辅助油缸回收安装管片再掘进。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型19 不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型20 单护盾TBM。常用软岩，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，掘进与安装管片两者不能同时进行，施工速度较慢。单护盾TBM与盾构的区别有两点：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以通过管道

6、出碴；二是单护盾TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土仓压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型21 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振动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型22 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

7、砌费用。TBM施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。4)安全 用TBM施工，改善了作业人员的洞内劳动条件，减轻了体力劳动量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型23 5)环保 TBM施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小；TBM施工减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境，有利于环境保护。6）自动化、信息化程度高 TBM采用了计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，具有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

8、工数据管理功能，施工数据实时远传功能，实现信息化施工。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型24 TBM的地质针对性较强，不同的地质条件、不同的隧道断面，需要设计成满足不同施工要求TBM，需要配置适应不同要求的辅助设备。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型25 1）地质适应性较差 TBM对隧道的地层最为敏感，不同类型的TBM适用的地层也不同，一般的软岩、硬岩、断层破碎带，可采用不同类型的TBM辅以必要的预加固和支护设备进行掘进，但对于大型的岩溶暗河发育的隧道、高地应力隧道、软岩大变形隧道、可能发生较大规模突水涌泥的隧道等特殊不良地质隧道，则不适合采用TBM施工

9、。在这些情况下，采用钻爆法更能发挥其机动灵活的优越性。一般情况下，以II、级围岩为主的隧道较适合采用敞开式TBM施工，以、级围岩为主隧道较适合采用双护盾TBM施工，对于V级围岩为主和地下水位较高的城市浅埋隧道或越江隧道则较适合采用盾构法施工。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型26 2）不适宜中短距离隧道的施工 由于TBM体积庞大，运输移动较困难，施工准备和辅助施工的配套系统较复杂，加工制造工期长，对于短隧道和中长隧道很难发挥其优越性。国外的实践表明，当隧道长度与直径之比大于600时，采用TBM施工是比较经济的。对于一般的单线铁路隧道，开挖直径通常在910m左右，按此计算，大

10、于6km的隧道就可以考虑采用TBM施工。发达国家的隧道施工，一般优先考虑TBM法，只有在TBM法不适宜时才考虑采用钻爆法。我国则相反，根据我国的国情，我国是一个劳动力过剩的国家，钻爆法施工一直是我国的强项，采用钻爆法已成功修建了5000多公里的铁路隧道，且钻爆法施工的进度仍在逐年加快。在我国，一般认为，小于10km的隧道难以发挥TBM的优越性，而钻爆法则具有相对经济的优势；对于10km20km的特长隧道，可以对TBM法和钻爆法施工进行经济技术比较，选择适宜的施工方法；对于大于20km的特长隧道，则宜优先采用TBM法施工。另外，对于穿越江河、城市建筑物密集或地下水位较高隧道，考虑到施工安全和沉降

11、控制等因素，不论隧道长短，则宜优先考虑采用盾构法施工。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型27 3）断面适应性较差 断面直径过小时，后配套系统不易布置，施工较困难；而断面过大时，又会带来电能不足、运输困难、造价昂贵等种种问题。一般地，较适宜采用TBM施工的隧道断面直径在3ml 2m；对直径在1 2m1 5m的隧道应根据围岩情况和掘进长度、外界条件等因素综台比较；对于直径大于1 5m的隧道，则不宜采用TBM施工。另一方面，变断面隧道也不能采用TBM施工。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型28 4）运输困难，对施工场地有特殊要求 TBM属大型专用设备，全套设备

12、重达几千吨，最大部件重量达上百吨，拼装长度最长达200多米。同时洞外配套设施多，主要有混凝土搅拌系统、管片预制厂，修理车间、配件库、材料库、供水、供电、供风系统，运碴和翻碴系统，装卸调运系统，进场场区道路，TBM组装场地等。这些对隧道的施工场地和运输方案等都提出了很高的要求，可能有些隧道虽然长度和地质条件较适合TBM施工，但运输道路难以满足要求，或者现场不具备布置TBM施工场地的条件。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型29 5）设备购置及使用成本大 TBM施工需要高负荷的电力保证、需要高素质的技术人员和管理队伍、前期购买设备的费用较高，这些都直接影响到TBM施工的适用性。不

13、同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型30 TB M的施工组织设计应充分考虑到TBM设备的采购周期较长（制造周期为1112个月）的特点，按工期要求，有计划地合理组织好TBM及后配套设备的采购工作。应充分考虑TBM对地质的适应性，根据隧道的围岩条件选用适应地质条件的TBM，合理组织好TBM及后配套设备的选型，并组织好TBM设备的监造工作。应充分考虑使用TBM的特殊性，作好施工现场的准备工作，包括用电线路的架设，通往施工现场的道路、桥梁的修筑和加固，临时工程施工工作，组织好TBM大件的运输、安装、调试、掘进准备工作，并作好技术培训和材料、机具需要量计划；这些与TBM的购置同步进行。应

14、充分考虑TBM施工的特点和TBM通过特殊地质地段的设计方案、工程措施以及场地及水电情况对TBM的特殊要求。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型31 （1）岩石的坚硬程度岩石的坚硬程度(单轴抗压强度单轴抗压强度Rc）岩石的单轴抗压强度越低，掘进机的掘进速度越高，掘进越快，岩石的单轴抗压强度越高，掘进机的掘进速度越低，掘进越慢。但是，岩石的单轴抗压强度太低，掘进机掘进后围岩的自稳时间极短甚至不能自稳。岩石的单轴抗压强度值在一定范围内时，掘进机的掘进既能保持一定的速度，又能使隧道围岩在一定时间内保持自稳，这就是当前大多数掘进机适用于岩石的单轴抗压强度（Rc）值在30至150MPa之

15、间的中等坚硬岩石和坚硬岩石的主要原因。不同类型、型号的掘进机有其各自适用的最佳岩石单轴抗压强度范围值。在硬岩中的掘进机施工，遇到的主要问题是刀具、刀圈及轴承的严重磨损以及上述部件的频繁更换，费时且耗资较大。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型32（）岩石结构面的发育程度（）岩石结构面的发育程度 一般情况下节理较发育和发育的，掘进机掘进效率较高，因为节理不发育，岩体完整，掘进机破岩困难；节理很发育，岩体破碎，自稳能力差，掘进机支护工作量增大，同时岩体给掘进机撑靴提供的反力低，造成掘进推力不足，因而也不利于掘进机效率的提高。岩体结构面越发育，密度越大，节理间距越小，完整性系数越小

16、，掘进机掘进速度有越高的趋势。必须指出的是，当岩体结构面特别发育，结构面密度极大，也即结构面间距极小，岩体完整性系数很小时，岩体已呈碎裂状或松散状，岩体强度极低，作为隧道工程岩体已不具自稳能力，在此类围岩中进行掘进施工，其掘进速度非但不会提高，反会因对不稳定围岩进行的大量加固处理而大大降低。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型33（）岩石的耐磨性（）岩石的耐磨性 岩石的耐磨性岩石的耐磨性对刀具的磨损起着决定作用。岩石对刀具的磨损起着决定作用。岩石坚硬度和耐磨性越高，刀具、刀盘的磨损就越大。坚硬度和耐磨性越高，刀具、刀盘的磨损就越大。掘进机换刀量和换刀时间的增大，势必影响到掘掘

17、进机换刀量和换刀时间的增大，势必影响到掘进机应用的经济效益和掘进效率。刀具、刀圈及进机应用的经济效益和掘进效率。刀具、刀圈及轴承的磨损，对掘进机的使用成本起很大的影响，轴承的磨损，对掘进机的使用成本起很大的影响，而仅仅根据岩石的单轴抗压强度来判断不同单轴而仅仅根据岩石的单轴抗压强度来判断不同单轴抗压强度的岩石对掘进机刀具、刀圈及轴承的磨抗压强度的岩石对掘进机刀具、刀圈及轴承的磨损是不够的。岩石的硬度、岩石中矿物颗粒特别损是不够的。岩石的硬度、岩石中矿物颗粒特别是高硬度矿物颗粒如石英等的大小及其含量的高是高硬度矿物颗粒如石英等的大小及其含量的高低，决定了岩石的耐磨性指标。一般来说，岩石低，决定了

18、岩石的耐磨性指标。一般来说，岩石的硬度越高，对掘进机的刀具等的磨损越大、掘的硬度越高，对掘进机的刀具等的磨损越大、掘进机的掘进效率也越低。进机的掘进效率也越低。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型34（）岩体主要结构面的产状与隧道轴线（）岩体主要结构面的产状与隧道轴线间的组合关系、围岩的初始地应力状态、间的组合关系、围岩的初始地应力状态、岩体的含水出水状态等其它因素。岩体的含水出水状态等其它因素。当岩体主要结构面或称优势结构面的走向当岩体主要结构面或称优势结构面的走向与隧道轴线间夹角小于与隧道轴线间夹角小于45o,且结构面倾角较且结构面倾角较缓（缓（30o），隧道边墙拱脚以上

19、部分及拱），隧道边墙拱脚以上部分及拱部围岩因结构面与隧道开挖临空面的不利部围岩因结构面与隧道开挖临空面的不利组合而出现不稳楔块，常发生掉块和坍塌，组合而出现不稳楔块，常发生掉块和坍塌，影响掘进机的工作，降低掘进机的工作效影响掘进机的工作，降低掘进机的工作效率，甚至危及掘进机的安全。率，甚至危及掘进机的安全。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型35 当围岩处于高地应力状态下，且围岩为坚硬、脆性、较完整或完整岩体时，极有可能发生岩爆灾害，灾害严重时，将危及掘进机及施工人员的安全；若围岩为软岩，则围岩将产生较大的变形。二者均将给掘进机的掘进施工带来极大的困难。岩体的含水出水状态对掘

20、进机工作效率的影响视含水量和出水量的大小及含、出水围岩的范围，同时还要视含、出水围岩是硬质岩还是软质岩。一般地说，富含水和涌漏水地段，围岩的强度会有不同程度的降低，特别是软质岩的强度降低要大得多，致使围岩的稳定性降低，影响掘进机法的工作效率。此外，大量的隧道涌漏水，必将恶化掘进机的工作环境，降低掘进机的工作效率。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型36（）隧道施工前，应对掘进机进行选型，做到配）隧道施工前，应对掘进机进行选型，做到配套合理，充分发挥施工机械综合效率，提高机械套合理，充分发挥施工机械综合效率，提高机械化施工水平。化施工水平。（）掘进机设备选型应遵循下列原则：（）

21、掘进机设备选型应遵循下列原则：安全性、可靠性、先进性、经济性相统一；满足隧道外径、长度、埋深和地质条件、沿线地形以及洞口条件等环境条件；满足安全、质量、工期、造价及环保要求；后配套设备与主机配套，后配套设备与主机配套，满足生产能力与主机掘与主机掘进速度相匹配，进速度相匹配，工作状态相适应，且能耗小、效率高的原则，同时应具有施工安全、结构简单、布置合理和易于维护保养的特点。进入隧道的机械，其动力宜优先选择电力机械。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型37()掘进机的选型应按下列步骤进行：掘进机的选型应按下列步骤进行：根据地质条件确定掘进机的类型；根据隧道设计参数及地质条件确定主

22、机的主要技术参数；根据生产能力与主机掘进速度相匹配的原与主机掘进速度相匹配的原则，则，确定后配套设备的技术参数与功能配置。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型38 根据地质条件、施工环境、工期要求等因素确定掘进机的类型。一般情况下，中等长度隧道且整条隧道地质情况相对较差的条件下（但掌子面能自稳）使用单护盾式掘进机；在良好地质中则使用开敞式掘进机；双护盾式掘进机常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适应于中厚埋深、中高强度、稳定性基本良好地质的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型39 开敞式掘进机。开敞式掘进机。常用于

23、硬岩；在开敞式掘进机上，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，也可应用于软弱岩隧道。开敞式掘进机虽然适用于岩石整体较完整，有较好的自稳性的硬岩但当遇有局部不稳定的围岩时，由掘进机所附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、架圈梁等方法加固，以保持洞壁稳定；当遇到局部地段软弱围岩及破碎带，则掘进机可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结隧道前方上部周边围岩，待围岩达到能自稳后，然后再进行安全掘进；开敞式掘进机掘进过程可直接观测到洞壁岩性变化，便于地质图描绘。故当所掌握的水文、地质资料不很充分时，选用开敞式掘进机，可充分发挥出它能运用新奥法理论及时进行支护的

24、优势；此外小直径开敞式掘进机可配合钻爆法进行双线（大断面）隧道的先行掘进。永久性的衬砌一般待全线贯通后集中进行。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型40 双护盾式掘进机双护盾式掘进机。对地质具有广泛的适应性，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。当遇软岩时，软岩不能承受支撑靴的压应力，由盾尾辅助推进液压缸支撑在已拼装的预制衬砌管片上以推进刀盘破岩前进；遇硬岩时，则靠支撑靴撑紧洞壁，由主推进液压缸推进刀盘破岩前进。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型41 单护盾式掘进机单护盾式掘进机 常用于软岩及中等长度隧道施工，即使围岩类别稍差时，它可发挥出较快的掘进

25、速度又比双护盾掘进机减少投资。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型42 用TBM进行隧道施工是一个几乎完全工业化的过程。与传统的硬岩钻爆法和软弱围岩分步、部分断面开挖法相比，TBM法隧道施工具有许多优点。但是，TBM法并不是一项简单的、无风险的技术。为了保证TBM法施工技术的成功实施，仅从合格的TBM制造厂家引进TBM是不够的；相反在工程的所有阶段，从早期的地质工程勘察和可行性研究到最终的设计与施工，在业主、监理工程师、设计单位、TBM制造厂家和施工单位之间建立连续的协作关系极为重要。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型43 TBM法是一种投资大、作业方式不

26、灵活、但潜在施工速度很快的隧道开挖、支护方法。如果在没有预警的情况下遇到不良地质情况，那么对TBM法隧道的工期和其他方面的实际效益要比钻爆法隧道大得多。不良地质情况可以是造成隧道不稳定的质量很差的岩体，也可以是造成贯入率低下的质量很好的岩体（如强度很高的整块岩体）。然而，岩体质量对TBM性能的影响并没有一个绝对值；事实上岩体质量对TBM性能的影响与所采用的TBM及隧道直径有关。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型44 由于隧道开挖期间可能遇到的岩体、土体及环境条件实际上变化无穷，因此，TBM的类型和特点具有很大差异。TBM用于在岩层中开挖隧道，通常适应于在稳定性良好、中厚埋深

27、、中高强度的岩层中掘进长大隧道，所面临的基本问题是如何破岩。在任何地质条件下都能够进行隧道掘进的TBM是不存在的，因此一项隧道工程成败与否取决于以下两项因素：所采用TBM的类型；所选用TBM的设计及其特殊施工性能。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型45 仅从合格的TBM制造厂家订购一台特定类型的TBM是远远不够的；重要在于TBM设计、制造、施工等所有相关各方之间的持续合作。因为至今尚没有任何类型TBM设计与施工的“认可标准”，且TBM的设计、制造是一个持续的技术创新过程。每项隧道工程都具有自身的特点以及每家专业施工单位都有自身的核心技术等因素，制造的每台TBM都可认为是与其

28、他TBM不同的样机。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型46 总体来讲，最可靠的TBM是最简单的TBM，这是因为简单的TBM可能出现故障的部件最少。在良好地层条件下TBM的施工性能良好，但在许多情况下TBM的实际进度低于预期进度，当然也低于TBM制造厂家所声称的进度。原因是除了未预见事件（如TBM部件出现故障）外，通常是低估或忽视了工程地质、水文地质以及岩石力学等方面的问题。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型47 一方面，在设计阶段存在许多不可避免的不确定因素，如地质、岩土以及水文地质方面的不确定因素、TBM的不同类型以及不同的施工工艺等。因此，有必要根据

29、对某一隧道工程现场的地质情况与岩土情况的理解以及对这些情况预报的精确程度决定是否需要对施工方法的选择和TBM选型进行优化。另一方面，由于存在大量相关的地质、技术、环境、经济及金融方面的不确定因素，对隧道施工进行全方位优化是相当复杂的。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型48 隧道施工的根本问题通常是由隧道开挖通过地层的物理与岩土性质的不均匀性决定的；对于全断面、机械化开挖，由于这种开挖方式很不灵活，所以开挖物料强度的不均匀性更为重要。以适当方式事先掌握施工现场的地质条件和岩土条件对地下工程的施工是极为重要的。到目前为止，总的来讲用在前期勘察上的资金太少。事实上已经证明用在前期

30、勘察上的资金会因施工费用降低与工期缩短得到很大补偿。从TBM法导洞或主洞实施的超前勘探并不能代替充分的前期勘察。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型49 限制TBM性能的相对较为重要或较常见的不良地质情况包括可钻掘性极限、开挖面的稳定性、断层和挤压/膨胀地层。同时，由于存在粘性土、造成TBM下沉的软弱地层、地下水和瓦斯大量涌入、岩爆、高温岩层、高温水和溶洞等，TBM开挖还可能遇到其他不良地质情况。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型50 如果TBM不能以充足的贯入度贯入岩层掌子面或开挖刀具的磨损超过可接受的极限，那么则认为这种岩层是不可钻掘的。不应以绝对方式

31、来确定岩层的可钻掘性，而应从工程造价、工期等方面对TBM法和钻爆法进行对比，从而以相对方式确定岩层的可钻掘性。表示TBM开挖岩层能力的主要指标是该TBM在最大推力作用下的贯入度。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型51 贯入度也称切深，是刀盘每转动一周刀具切入岩石的深度。贯入度指标与岩石特性有关。如：岩石类别、单轴抗压强度、裂隙发育、耐磨度、孔隙率等。确定贯入度极限（如果贯入率在此极限以下，则认为岩层是不可钻掘的）是不可能的。贯入度极限还受开挖岩层的耐磨性、隧道直径及岩层厚度的影响。如果岩石的耐磨性较高，再加上贯入度较低，那么就会造成刀具更换频繁，这样除增加因更换刀具而占用的

32、时间外，还会增加每开挖一立方岩石的成本。如果贯入度小于22.5mm/r，那么就可认为在岩石的可钻掘性方面存在问题；如果贯入度大于34mm/r，那么TBM的开挖效率就会较高。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型52 施工中常常发生这样的事情：为了保持足够的贯入度，而最大限度地向前推进刀盘，如果TBM任何一部分的设计与制造不能在这种最大推力作用下工作，那么TBM将异常振动，刀盘和撑靴结构将逐渐出现裂缝，主轴承也容易损坏。由于在隧道内修理、更换刀盘或主轴承并不容易，因此这些事故对TBM施工造成的损失是很严重的。同样，向前推进刀盘的推力如果过大，主轴承和向TBM刀盘传送动力的齿轮箱有

33、可能受损，这样造成的后果将更为严重。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型53 如果拟开挖岩体破碎或风化严重，导致开挖面发生重大不稳定现象，大的岩块和粉碎石块从开挖面塌落，且这种不稳定现象一直持续不停，直至达到新的平衡，造成大的超挖，那么这种情况可能会影响TBM的正常工作，即使是护盾式TBM，在这种情况下，TBM掘进可能由于以下两项基本原因而受阻：由于塌落、积聚的石块作用于刀盘或卡住了刀盘，造成刀盘不能旋转；因开挖面不稳定造成超挖严重，在TBM前方形成空洞，需要在空洞扩大、最终发展到不可控制之前停止TBM掘进，进行空洞处理。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型

34、54 施工中，对形成的空洞常用树脂和泡沫进行注浆回填，以形成一种人造固体，钻孔和注浆通常通过设在刀盘上的专用孔进行。也通过开挖一条旁通隧道(最好在隧道顶部)，以便把被石块卡住的刀盘解脱出来，对开挖面进行稳定加固，还可以采用传统开挖方法开挖一段隧道，或采用注浆或管棚超前支护对围岩进行加固。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型55 根据最近的施工经验，为了预防类似上述事故的发生，TBM的设计有必要使刀盘突出盾壳的长度尽可能短，从而使盾壳本身对隧道的支撑尽可能接近开挖面。另外，在这些影响TBM掘进的不利条件下，如果在TBM起动和开挖过程中能够产生较高等级的刀盘扭矩及能够调整刀盘的转

35、速，都必将对TBM的正常掘进大有帮助。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型56 根据最近的施工经验，为了预防类似上述事故的发生，TBM的设计有必要使刀盘突出盾壳的长度尽可能短，从而使盾壳本身对隧道的支撑尽可能接近开挖面。另外，在这些影响TBM掘进的不利条件下，如果在TBM起动和开挖过程中能够产生较高等级的刀盘扭矩及能够调整刀盘的转速，都必将对TBM的正常掘进大有帮助。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型57 开挖洞壁不稳定是影响开敞式硬岩TBM正常掘进的因素之一。如果开挖洞壁不稳定发生在紧靠刀盘支撑之后的位置，那么就会造成安设支护及撑靴定位困难。开挖洞壁不稳

36、定对施工进度及对克服这种不稳定所采用方法的影响差异很大，它取决于以下因素：开挖洞壁不稳定现象的规模及类型；所用TBM的类型（单撑靴或双撑靴）；TBM的设计、施工特征；隧道直径；TBM具有的安设隧道支护的装置及所采用支护的类型。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型58 对于开挖洞壁不稳定现象，护盾式TBM，无论是单护盾式，还是双护盾式，不象开敞式TBM那么敏感，这是因为护盾式TBM可以在护盾的保护下安装预制混凝土管片，通过向管片施加推力，护盾式TBM可以向前掘进，无论开挖洞壁是否稳定。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型59 开挖洞壁不稳定时，开敞式TBM的日

37、进度可降至12m，甚至无进度。开敞式TBM在开挖洞壁不稳定时，可采取以下措施：对开挖洞壁采取稳定加固施工措施，在紧接刀盘支撑位置之后安设钢拱架、木撑板和喷混凝土；在TBM前方用传统方法开挖，通常采用顶部导坑法；采取钻孔、注浆或在TBM上方安设伞形拱架等措施，对开挖面前方的地层进行预处理。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型60 TBM掘进中穿越大的断层带时，如果刀盘被卡住，一般情况下常会影响TBM的正常掘进，这样即使不会对工期造成大的拖延，但也常常会导致TBM掘进速度下降。尽管断层带沿隧道长度呈局部分布，但由于在开挖期间预报不足，或事先对困难估计不足或了解不够，仍可能造成意外

38、事故。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型61 在断层带，如果地层完全风化且存在高压地下水，那么开挖掌子面有可能象流体一样活动，且有可能象河水一样淹没隧道。如果开敞式TBM遇到超前钻探未发现的上述断层带，那么TBM将会因地层滑塌而严重受阻，甚至被滑塌石块埋起来，造成后退困难的灾难性局面。另外，遇到断层带时，对地层进行简单、快速的注浆处理，注入的水泥浆液也有可能会造成TBM刀盘被卡。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型62 如果护盾式TBM，无论是单护盾还是双护盾TBM，遇到这种断层带，尽管TBM不可能再继续开挖，但其结果不会象开敞式TBM那样严重。由于护盾式

39、TBM掘进的隧道已施作了管片衬砌，从而形成盾壳的自然延伸体，这样至少可以从盾壳内对断层带进行处理，同时还可以防止隧道完全被水淹没。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型63 无论何时，如果在48小时之内，在距开挖面较短距离（几米距离）处发生严重的隧道收敛现象，无论其原因如何，TBM必将陷入困境。对设计和施工人员来说，挤压地层是一个十分关注的影响TBM正常掘进的因素之一。目前，还没有由于隧道收敛问题造成TBM长时间受困的例子。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型64 护盾式TBM对隧道快速收敛十分敏感，有可能被收敛的地层卡住。对于开敞式TBM，任何时候在短时间内

40、发生严重的隧道收敛，如果收敛与隧道稳定相关，那么施作的隧道支护和TBM撑靴的支撑可能会出现严重问题，从而影响隧道的掘进速度。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型65 为了克服上述问题，对大多数TBM来说可以适当超挖，把盾壳与开挖轮廊面之间的间隙从通常的68cm调整到1420cm。然而，开敞式TBM在收敛严重的不稳定地层中掘进的主要问题在于施作钢支撑、钢筋网和喷混凝土等支护困难重重，且刚施作的支护不能立即有效抵制地层变形与挤压的趋势。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型66 对于护盾式TBM，可以提高其纵向千斤顶的最大推力，直至TBM在较高地层压力(25MPa

41、)作用下可以向前推进，但是隧道的管片衬砌要足够坚固，可以给TBM推进千斤顶提供必要的反作用力，否则隧道衬砌本身将垮塌。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型67 采取这些方法、措施之后，再加上超挖，护盾式TBM几乎可以在任何条件(包括所谓的特殊条件)下进行隧道掘进。但是，如果由于机械故障等原因，TBM被迫在挤压地层区段停滞了相当长一段时间，那么TBM被困住的可能性相当大。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型68 双护盾式TBM的脱困作业相对较为容易，可以在距开挖面45m处通过TBM伸缩区的开口进行。然而，单护盾式TBM的脱困作业必须从TBM的盾尾处开始，需在距

42、开挖面89m处拆去一环或两环管片。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型69 TBM施工中，掘进效率的高低、在很大程度上取决于出碴运输和运料是否及时到位。运出对象主要是TBM开挖所产生的大量石碴，运进对象为隧道支护、隧道延伸所需的材料和刀具等维修器材。出碴运输与进料设备的选型，首先要考虑与TBM的掘进速度相匹配，其次须从技术经济角度分析，选用技术上可靠，经济上合理的方案。设备的具体规格、数量由开挖洞径、掘进循环进尺、隧道长度和坡度等因素决定。出碴运输与进料设备主要分为有轨出碴及进料与连续皮带机出碴和轻轨进料两种类型。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型70 根

43、据隧道掘进长度，开挖断面，隧道坡度，根据隧道掘进长度，开挖断面，隧道坡度，每个掘进循环进尺，岩石的松散系数，计每个掘进循环进尺，岩石的松散系数，计算每列出碴车的矿车斗容和辆数。算每列出碴车的矿车斗容和辆数。机车选型要满足不仅可以牵行机车选型要满足不仅可以牵行1列重载矿车，列重载矿车，还可带动所需辆数的材料车和载人车，同还可带动所需辆数的材料车和载人车，同时考虑坡度，最终确定机车台数和规格。时考虑坡度，最终确定机车台数和规格。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型71 根据掘进长度、列车平均运行速度确定所需出碴列车的列数。首先确定每列出碴列车所含矿车、机车的数量和规格，要求1个掘

44、进循环出碴量由1列出碴列车1次运走。根据掘进长度，列车平均运行速度，按掘进机连续出碴的要求，确定所需出碴列车的列数。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型72 掘进初期，距离较短，所需碴车列数较少，随着掘进距离的加长，逐渐增加出碴列车数。为尽量提高掘进机掘进效率，施工中至少需4列编组列车；掘进循环中1列车在出碴皮带机料斗处装碴，1列车在双轨一侧待机，1列车在出洞轨道一侧待进，1列车在洞外卸碴。每列列车应包含机车、矿车、材料车等。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型73 采用连续皮带输送机出碴时，隧道内的轨道仅承担隧道支护材料和掘进机维修人员和器材等运输，可采用

45、轻型钢轨。皮带机随掘进机移动，从掘进机一直连接到洞门口出碴。连续皮带输送机结构简单、运输效率高、便于维护管理，可减少洞内运输车辆，减少空气污染，有利于形成快速连续出碴系统。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型74 开挖洞壁不稳定时，开敞式TBM的日进度可降至12m，甚至无进度。开敞式TBM在开挖洞壁不稳定时，可采取以下措施：对开挖洞壁采取稳定加固施工措施，在紧接刀盘支撑位置之后安设钢拱架、木撑板和喷混凝土；在TBM前方用传统方法开挖，通常采用顶部导坑法；采取钻孔、注浆或在TBM上方安设伞形拱架等措施，对开挖面前方的地层进行预处理。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM

46、选型选型75 TBM掘进中穿越大的断层带时，如果刀盘被卡住，一般情况下常会影响TBM的正常掘进，这样即使不会对工期造成大的拖延，但也常常会导致TBM掘进速度下降。尽管断层带沿隧道长度呈局部分布，但由于在开挖期间预报不足，或事先对困难估计不足或了解不够，仍可能造成意外事故。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型76 在断层带，如果地层完全风化且存在高压地下水，那么开挖掌子面有可能象流体一样活动，且有可能象河水一样淹没隧道。如果开敞式TBM遇到超前钻探未发现的上述断层带，那么TBM将会因地层滑塌而严重受阻，甚至被滑塌石块埋起来，造成后退困难的灾难性局面。另外，遇到断层带时，对地层进

47、行简单、快速的注浆处理，注入的水泥浆液也有可能会造成TBM刀盘被卡。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型77 如果护盾式TBM，无论是单护盾还是双护盾TBM，遇到这种断层带，尽管TBM不可能再继续开挖，但其结果不会象开敞式TBM那样严重。由于护盾式TBM掘进的隧道已施作了管片衬砌，从而形成盾壳的自然延伸体，这样至少可以从盾壳内对断层带进行处理，同时还可以防止隧道完全被水淹没。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型78 无论何时，如果在48小时之内，在距开挖面较短距离（几米距离）处发生严重的隧道收敛现象，无论其原因如何，TBM必将陷入困境。对设计和施工人员来说，

48、挤压地层是一个十分关注的影响TBM正常掘进的因素之一。目前，还没有由于隧道收敛问题造成TBM长时间受困的例子。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型79 护盾式TBM对隧道快速收敛十分敏感，有可能被收敛的地层卡住。对于开敞式TBM，任何时候在短时间内发生严重的隧道收敛，如果收敛与隧道稳定相关，那么施作的隧道支护和TBM撑靴的支撑可能会出现严重问题，从而影响隧道的掘进速度。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型80 为了克服上述问题，对大多数TBM来说可以适当超挖，把盾壳与开挖轮廊面之间的间隙从通常的68cm调整到1420cm。然而，开敞式TBM在收敛严重的不稳定

49、地层中掘进的主要问题在于施作钢支撑、钢筋网和喷混凝土等支护困难重重，且刚施作的支护不能立即有效抵制地层变形与挤压的趋势。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型81 对于护盾式TBM，可以提高其纵向千斤顶的最大推力，直至TBM在较高地层压力(25MPa)作用下可以向前推进，但是隧道的管片衬砌要足够坚固，可以给TBM推进千斤顶提供必要的反作用力，否则隧道衬砌本身将垮塌。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型82 采取这些方法、措施之后，再加上超挖，护盾式TBM几乎可以在任何条件(包括所谓的特殊条件)下进行隧道掘进。但是，如果由于机械故障等原因，TBM被迫在挤压地层区

50、段停滞了相当长一段时间，那么TBM被困住的可能性相当大。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型83 双护盾式TBM的脱困作业相对较为容易，可以在距开挖面45m处通过TBM伸缩区的开口进行。然而，单护盾式TBM的脱困作业必须从TBM的盾尾处开始，需在距开挖面89m处拆去一环或两环管片。不同地质条件下的盾构不同地质条件下的盾构TBM选型选型84 TBM施工中，掘进效率的高低、在很大程度上取决于出碴运输和运料是否及时到位。运出对象主要是TBM开挖所产生的大量石碴，运进对象为隧道支护、隧道延伸所需的材料和刀具等维修器材。出碴运输与进料设备的选型，首先要考虑与TBM的掘进速度相匹配，其次