隧道掘进机(TBM)在工程施工中的应用研究

隧道掘进机(TBM)在工程施工中的应用研究

摘要：隧道掘进机是一种专门用于开挖地下通道工程的大型高科技施工装备，它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点。掘进机技术体现了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学等高新技术的综合和密集，反映了一个国家的综合国力和科技水平。本文主要探讨隧道掘进机在工程施工中的应用。

关键词：隧道掘进机工程施工应用

一、隧道掘进机（TBM）在工程施工中的应用

（一）隧道掘进机在国外的应用情况

隧道掘进机在3km以上的长洞中应用较多。具有代表性的是连接英法两国的英吉利海峡隧道，3条洞总长87KM（单洞长50.5km），采用11台掘进机施工，只用了三年半就全部贯通（全部工程完工只用了8年，1986-1993年），月平均进度从340m增加到840m，最高月进尺，在法国则为1232m，英国则高达1716m，无一人因掘进事故而死亡。而日本青函隧道，全长53.85km，使用钻爆法施工，花12年才贯通（全部完工用了24年，1964-1988年），伤亡100多人。

（二）隧道掘进机在国内的应用情况

我国水利、电力、铁路、煤炭、矿山、交通及城市地下等工程的建设中，长隧洞已开始采用TBM施工，并取得了良好的效果。如甘肃省引大入秦引水工程30A隧洞，全长11.649KM，采用TBM施工，1990年月12月开工，1992年元月贯通建成，平均月成洞进尺860m，最高月成洞进尺1300m；38#隧洞洞长4947.6m，仅用4.5个月就完工，平均月成洞进尺1100m，最高月成洞进尺1400m，创造了当时我国的最高记录和达到了世界先进水平。

山西省隧道掘进机（TBM）的施工，始于引黄入晋工程的建设。引进美国ROBBINS制造的1811-256型双护盾硬岩掘进机，首次用于山西引黄工程总干6#/7#/8#隧洞施工，平均月进尺610m-680m。之后，引黄南干线隧洞工程也采用TBM施工，平均月进尺660-1100m。引黄连接段LP隧洞平均月成洞进尺1330m，最高月成洞进尺1637.52m，最高日进尺113.21m，创造了当时新的全国最高记录。2003年，山西省水利建筑工程局把TBM施工技术用于大同塔山矿井主巷道隧洞建设，使TBM隧洞掘进的工程项目得到了进一步的扩展，施工技术得到了进一步的提高。

（三）引黄工程总干6#/7#/8#隧洞的施工。引黄工程总干6#/7#/8#隧洞，3条隧洞总长约21.5km，开挖直径6.125m，成洞直径5.46m。地质条件为石灰岩白云质灰岩。除7#洞进口和6#洞进口为岩洞外，其他洞口均为土洞，共计有1.4km，其中黄土洞占29%，N2红黏土洞占71%。黄土洞164m采用常规法施工

164m，日进尺1m-1.5m，其余采用TBM施工，日进尺9.55m。N2红黏土全部采用TBM施工，平均日进尺15.13m。1994年7月17日开始第一条隧洞（8#洞）施工，至1997年9月6日最后一条隧洞（6#洞）贯通，最高月进尺1048m，最高日进尺6.55m，平均日进尺31m。

（四）大同塔山矿井主巷道隧洞施工。2003年初，山西省水利建筑工程局引进意大利CMC公司曾经在引黄南干线使用的154-273型双护盾硬岩掘进机，用于山西省大同塔山矿井主巷道隧洞的掘进施工。隧洞全长3.5km，开挖直径4.82m。塔山矿井主巷道地质条件具有灰岩、砂岩、花岗岩、砂质泥岩、泥岩、方解石溶洞、煤层等诸多复杂地质情况。施工初期，由于相关资料不完备，配件缺口大等因素，给安装和调试带来了困难。在没有外援的情况下，工程技术队伍以团队攻关精神，解决了一个又一个难题，一个月完成了外国施工企业需3个月才能完成的安装任务。在安装、掘进过程中，先后克服了“非典”的干扰；克服了膨胀岩、跨越地下水、穿越大溶洞等特殊而复杂的地质障碍；控制了煤层掘进中瓦斯与塌方的险情，确保了安全生产。在煤层巷道中拆机，在我国掘进机施工史上尚属首次。山西省大同塔山矿井主巷道隧洞的建设为隧道掘进机（TBM）的应用，积累了新的实践经验。

二、我国发展掘进机的主要困难

掘进机技术在我国起步较晚，在发展过程中面对着诸多困难：

（一）技术基础薄弱

掘进机技术的发展和进步与众多相关学科和行业的技术水平密切相关，如材料、电子、自动控制等，而我国在很多相关技术领域的水平与国际先进水平相比还存在较大差距。国产掘进机的初期阶段，必然会出现诸如产品质量不过关，使用者信心不足等问题，这会在很大程度上影响掘进机技术在我国的发展。

（二）造价问题

众所周知，我国的劳动力资源相当丰富，而且较为廉价。在很多情况下，若单纯从工程造价角度考虑，运用传统的比较原始的掘进手段（如钻爆法）要比采用掘进机掘进经济得多。而且，工程造价也往往是确定建设方案时考虑的主要因素。

（三）掘进机技术的应用和推广是一项系统工程

传统的矿山法和新奥法技术在隧道工程领域已经为大多数技术和管理人员所熟悉、掌握。但对掘进机工法，多数技术人员和管理人员都不太熟悉，而且，掘进机施工的各工序、各环节环环相扣，要求科学地组织、管理，否则，发挥不了掘进机施工的优势。在这种大背景下要推广掘进机技术，首先要对相关参与人员进行系统培训，逐渐让隧道工程建设者们了解和掌握这项技术，这也是一项复杂的巨型工程。

三、隧道掘进机（TBM）的应用前景

隧道掘进机（TBM）的实践应用，一方面为隧洞建设积累了应用先进技术和优化组织管理的经验；另一方面组建和锻炼了自己的施工队伍，有效地提高了工程建设队伍的整体素质；同时，也探索出了引进国外技术设备与国内配套技术相结合的道路。