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中国TBM技术应用与发展杜立杰教授铁道大学大型结构所TBM基本原理及分类我国一般将开挖土层的掘进机称为盾构机；硬岩掘进机为TBM。这里主要介绍硬岩TBM敞开式掘进机全断面（隧道）岩石掘进机HardRockTunnelBoringMachine-----TBM类型：双护盾TBM图10刀圈破岩TBM滚刀破岩机理破岩机理TBM破岩石渣-掌子面滚刀破岩切槽轨迹皮带机出渣洞外转渣场TBM开挖成洞情况贯通时刻中国主要TBM工程1985年从美国引进了Robbins公司直径为10.8m掘进机，开挖引水隧洞总长度约10km，掘进机遇到的岩石地层系石灰岩，抗压强度150MPa，施工时最高月进尺150m。这是中国第一条采用大断面岩石掘进机施工的隧道。1.广西天生桥水电站引水隧洞30A隧道全长11.649km，是一条无压输水隧道，1991年由意大利CMC公司采用双护盾TBM进行施工，掘进机直径5.53m，采用预制管片衬砌。该机由美国Robbins制造生产的188－227型TBM，遇到的地层岩性单轴抗压强度26~133.7MPa。该隧洞历经13个月于1992年1月掘进贯通，最高日进尺65.5m，最高月进尺1300m。2.甘肃引大入秦工程隧洞总长161.1km，其中共采用6台直径4.88m和5.96m双护盾TBM对8条隧洞进行施工，TBM施工隧洞总长121.8km，采用六边形预制管片衬砌。该工程地层主要岩性为灰岩，由意大利英波基洛公司和CMC公司及中国水利水电四局组成的万龙联营体承包，1993年开始掘进至今，创造最高月进尺1821.5m的掘进记录。3.山西引黄工程双护盾TBM我国首次引进2台开敞式TBM自主施工，隧道全长18.46km，直径8.8m，抗压强度105~325MPa的极硬岩，创造了月进尺531m的掘进记录。1997年9月TBM运至现场组装，1999年底掘进贯通。4.西康铁路秦岭隧道秦岭隧道完工后，2000年至2002年这两台TBM又分别转移至西安南京铁路磨沟岭隧道和桃花铺隧道施工，成功地使敞开式TBM在这两个长距离软弱围岩的隧道工程中掘进贯通，并分别创造了573m和551.8m的新的掘进记录。5.磨沟岭隧道和桃花铺隧道桃花铺隧道：直径8.8米,长7.2公里。磨沟岭隧道：直径8.8米，长6.1公里。可以说，通过秦岭隧道、磨沟岭隧道和桃花铺隧道成功的TBM自主施工，我国真正开始建立起了自己独立的TBM施工队伍和专家队伍，并创造性地积累起我国独立掌握的TBM施工技术体系，并在国产化研究中取得重要进展。6.辽宁大伙房水库输水工程隧洞直径8m，全长85.3km，世界最长隧洞，采用3台开敞式TBM开挖。2005年7月TBM掘进，2009年9月竣工通水。辽宁省水利水电工程局作为一支新的TBM施工队伍，在石家庄铁道学院的技术支持下，承担了该工程TBM3施工段，在零下30ºC寒冬的条件下，取得了大直径TBM名列世界前茅的业绩，创多项我国TBM施工最高纪录:8m直径TBM最高月进尺1111m（自然月1208m）；最高日进尺63.5m；连续6个月平均月进尺750m，TBM月掘进作业利用率达到50.8%。大伙房水库输水工程隧洞具有长度大、断面大、单机掘进距离长、支洞坡度大、TBM洞内组装、存在不良地质、掘进速度要求高等特点，是国内外瞩目的宏大的TBM施工工程。该工程对促进我国长大隧洞采用TBM施工起到了巨大的示范作用。在我院的论证和技术支持下，在TBM领域我国首次应用了一系列创新技术。TBM技术与管理创新◆国内首次设计使用大功率、长距离（10Km）、可延伸、可控起动的连续皮带机出渣技术◆首次使用19”盘形滚刀◆首次使用刀盘变频电驱动技术◆首次使用PPS激光导向系统◆首次使用BEAM实时地质监测技术◆首次使用长距离（10Km）、大风量、低泄漏、风管300米/节、变频控制的独头通风系统◆首次设计使用安装方便快捷、隧洞运输与后配套轨道相结合的“蛙跳式”钢枕木轨道系统◆首次使用滚轮式TBM快速步进技术TBM技术与管理创新（续）◆首次自主组织完成刀盘焊接的国产化◆完成钢拱架安装器、混凝土喷射系统等设备革新改造◆探索出一整套应对岩石软弱破碎、大塌方的TBM支护和通过技术◆完成大量TBM掘进数据的积累和分析◆创造一套应对现场问题快速反应的TBM施工组织管理体系◆成功探索出一条“校企合作”、从“空白”到“成熟”的TBM队伍成长之路◆积累了一整套与外商合作、沟通、谈判的经验7.云南那邦水电站TBM工程直径4.5m，长10km，岩石坚硬，并有大量断层和夹泥蚀变带，我国迄今最小直径开敞式TBM开挖，2009年8月开始掘进，已取得月进尺501m的掘进记录，将成为我国在云南地区复杂地质条件下TBM首次贯通隧洞。我校教授长驻施工现场，为该工程从工程投标、设备招标、合同谈判、TBM设计监制、现场组装步进、维护诊断、施工进行了全程、全方位的技术支持。8.锦屏Ⅱ级电站4条直径12.4m、16.7km长大隧洞，2台开敞式TBM和钻爆法联合施工，最大埋深2525m，存在强岩爆和高压大涌水等世界性技术难题，是国际工程界瞩目的宏大工程，2008年11月开始掘进，创造了12.4m大直径TBM月进尺683m的世界记录。两座28.24km隧道，两台直径10.2m开敞式TBM开挖，我国迄今最长铁路隧道。2010年7月掘进，计划2013年8月竣工。9.兰渝铁路西秦岭隧道10.重庆地铁双线隧洞，每条长11.122km，开挖直径6.36m，2台开敞式TBM施工，2009年12月底开始掘进，岩石强度低，易掘进，但全部支立拱架，迄今最高月进尺580m。该工程是我国首次在城市地铁中采用硬岩TBM，与其他山岭硬岩TBM工程比，具有中间站点多、上下坡多、曲线段多的特点。11.新疆八十一达坂引水隧洞全长30.7km，直径6.79m，双护盾TBM开挖，Ⅳ、Ⅴ类软弱围岩占到96%，2006年2月TBM掘进，2010年2月成功贯通，创造了最大月进尺1003m的好成绩。12.甘肃引洮工程隧洞开挖直径5.75m，长35km。Ⅳ、Ⅴ类围岩为主。1台单护盾、1台双护盾TBM开挖。创造月进尺1200多米记录。年代TBM工程分类TBM工程名称开挖直径m隧洞长kmTBM工程数量发展阶段特点1985～2001引水隧洞广西天生桥水电工程10.87.53以国外TBM制造商和承包商为主引大入秦工程5.5317.0引黄入晋工程4.82～4.94121.81997～2002铁路隧道西康线秦岭隧道8.8183建立起自主的TBM施工队伍西安-南京线磨沟岭隧道8.85.0西安-南京线桃花铺1号隧道8.86.2我国硬岩TBM工程应用发展阶段特点我国硬岩TBM工程应用发展阶段特点年代TBM工程分类TBM工程名称开挖直径m隧洞长kmTBM工程数量发展阶段特点2003～2010引水隧洞辽宁大伙房水库输水工程8.038510进入联合设计制造、自主施工的大发展阶段新疆八十一大阪引水隧洞工程6.6730.68青海引大济湟工程5.9324.17甘肃引洮工程5.7535.5锦屏Ⅱ级电站引水隧洞工程12.44×16那邦水电站引水隧洞工程4.59.8陕西引红济石工程3.712铁路隧道南疆铁路中天山隧道8.822.5兰渝铁路西秦岭隧道10.22×28.2地铁重庆轨道交通6号线TBM试验段工程6.362×12.2中国的TBM工程项目数量正在迅猛发展。可以说我国TBM发展，由国外承包商和制造商在中国承担TBM工程；到我国自主施工阶段；再到联合设计制造和自主施工阶段；正在朝着自主研发和自主施工的新阶段迈进。通时，我国还自主完成了秦岭隧道应用的两台TBM整机修复，在新疆中天山铁路隧道继续掘进。而且，中国的施工队伍正开始在国外承担TBM工程（如：中水集团承建的厄瓜多尔水电站项目）。我国硬岩TBM工程应用发展阶段特点◆近年来我国TBM施工技术创新积累的步伐大大加快，世界著名TBM制造商与国内制造企业联合制造也取得很大进展，加之我国众多大规模的基础建设工程，有理由相信未来中国将成为TBM制造业和TBM施工工程的主战场。由国家有关部门牵头，以工程为背景，国内施工企业、大型机械制造企业与高等院校联合攻关应该成为我国TBM产业的重要发展之路。TBM技术优势与前景展望石家庄铁道大学TBM科技攻关与技术支持我校有关TBM的研究我院教授长驻现场，以工程为背景，在给施工单位技术支持的同时，进行相关科研项目研究，积累了大量宝贵的技术数据，取得了一系列技术成果，曾获得国家科技进步奖。主要研究方面包括：•TBM选型及系统集成设计研究•TBM制造、组装、调试与步进技术研究•TBM监测诊断与维护技术研究•TBM安全、高效、快速掘进技术研究•TBM在不良地质的施工技术研究•TBM关键部件的国产化研究•TBM刀具使用维护、磨损规律及研制•TBM施工高效出渣技术研究•TBM施工通风技术研究•TBM施工组织管理技术研究•TBM掘进性能、地质参数和掘进参数相互关系研究•TBM施工地质技术研究我校技术支持过的TBM工程•西康铁路秦岭隧道•西南铁路桃花铺隧道和磨沟岭隧道•新疆中天山铁路隧道•兰渝铁路西秦岭隧道•辽宁大伙房水库输水工程•云南那邦水电站引水隧洞工程•新疆八十一大坂引水隧洞工程•锦屏二级电站引水隧洞工程•重庆轨道交通TBM试验段工程为我国几乎所有硬岩TBM工程提供了技术支持，有些工程是全程、全方位的技术支持。对我国几乎所有的硬岩TBM施工队伍提供了技术支持，其中3家施工单位从最开始到成熟进行了全程、全方位培养和支持。我校TBM技术支持的专业范围•TBM工程设计咨询•TBM工程施工方案•TBM选型设计•TBM使用维护与故障诊断•TBM监制与组装调试•TBM施工技术•TBM施工组织管理•TBM工程投、招标文件编制•TBM设备招标文件编制、评标•TBM合同谈判、编写、执行•TBM技术翻译•TBM讲座培训我院TBM技术支持的特点十多年来，我院已形成了由杜彦良、杜立杰、徐明新等一批教授组成的TBM研究和技术支持队伍。最突出特点是我院教授长驻工程单位或施工现场，提供全程、全方位的技术支持和科技攻关。善于将新的TBM施工单位从“新手”带领、培养和支持成为“成熟”的TBM队伍。共创TBM事业的美好明天！谢谢！