区豳四 四 施工技术与应用 论ＴＢＭ在超长隧道施工中的掘进效率 摘要：ＴＢＭ是全断面隧道掘进机的简称，随着我国当前隧道建设的不断发展，优先采用ＴＢＭ来快速的开挖目前已经成为我国隧 道发展的整体趋势。ＴＢＭ掘进机法再说在施工中有着很大优越性，其有着施工速度快、掘进效率高、安全的性能更好的后施工特点，。 其核心优点就是掘进速度快，约为常规钻爆法速度的４～１０倍，可以进一步提高隧道施工中的安全效率，可以在经济上，环保上以及 安全上提供很大的保障。本文将重点分析超长隧道施工ＴＢＭ技术的实际应用及掘进效率，供相关研究人员参考学习。 关键词：ＴＢＭ；隧道施工；掘进效率 引言 随着我国隧道建设技术的不断进步，我国当前在隧道掘进过程的施工和 研究中的技术与逐渐走向成熟。今年来，我国地下工程建设也在随着经济的 快速发展而得到了质的飞越，铁路隧道、公路隧道越来越多，质量也越来越 好，如何在施工中更好的提高施工效率成为我国当前技术研究人员和工作人 员面临的重要问题之一。 １．超长隧道ＴＢＭ施工应用及研究现状 １．１ ＴＢＭ的适用范围 我国当前隧道施工方法和国外发达国家相比有许多不足，技术方法较为 单一，目前主要有常规施工法和掘进机施工法两种施工方法。常规施工法包 括人工掘进、钻爆法掘进以及单臂掘进机掘进；掘进机施工法包括盾构掘进 和ＴＢＭ掘进。掘进速度 ［￣ＴＢＭ掘进技术独有的技术手法，此种方法的使用受 到地质环境的影响较大，有效地保证在施工过程中使ＴＢＭ掘进参数和设备相 匹配是施工控制的一大难点，当达不到控制要求时，ＴＢＭ施工法的优点受到 严重的，甚至会导致更严重的后果。 通过地质条件和地质环境进行分析，ＴＢＭ施工法多见适用于硬质岩隧 道；如果从隧道施工的投资方面来考虑的话，通常情况下，当隧道的长度大于 ６ｋｍ或者与直径之比大于６００时，应该首先采用掘进机方案。但是在经过经济 以及全面的技术比较后，只要是地质条件适宜，投资以及工期满足施工要求 都能够采用ＴＢＭ施工。相比较塑性低压大的较弱围岩、具膨胀性的较弱围岩、 破碎带、涌漏水袋、岩溶、类砂性土构成的软弱岩层以及与此相关的地区，使 用ＴＢＭ掘进技术所产生的效率比其他技术要低。 １．２ ＴＢＭ隧道施工技术 主机监控系统、超前地质预报系统、主机掘进系统、后配套系统等不同系 统之间的应用和协调至关重要，是ＴＢＭ施工技术应用的基础。ＴＢＭ掘进法的 施工工艺主要围绕着三个关键的施工工序进行的，￣［ＪＴＢＭ掘进、出渣以及初 期支护。 ＴＢＭ施工的特点有：在隧道施工中ＴＢＭ的掘进速度快，多常用于超长隧 道施工，在超长隧道施工中可以实现连续掘进，且掘进效率高。施工的质量和 效率都有很大提高，采用ＴＢＭ掘进破岩之后的洞壁是完整光滑的，超挖量小， 减少了工程量。综合经济效益好，速度快、工期短，降低维护费用。在施工安全 文明方面也有很大改善，可以改善劳动条件，减轻劳动量。在超长隧洞施工过 程中减少辅助设备，降低了环境的破坏。出渣能力强，施工过程中使用的是连 续皮带运输机进行出渣，使ＴＢＭ掘进的效率增高。系统化程度高、初期支护的 速度快、导向的精度高、信息智能化程度高、施工管理人员素质要求高等等。 ＴＢＭ掘进效率主要影响参数 ２１机械参数 通常认为掘进机工作时的效率主要看以下几个方面：（１）掘进机的总推 动力：掘进机在施工中所需要的总推动力等于各刀具的推力之和加上内、外 大梁及洞壁与机器之间的摩擦力之和。（２）刀盘回转功率与扭矩：在刀盘破岩 时，需要克服刀具破岩的总阻力矩、铲斗与洞壁之间的摩擦阻力矩以及铲斗 装渣时的阻力矩。（３）掘进机的贯人度：刀盘每旋转一圈的前进距离。 ２．２地质参数 （１）岩石的强度：ＴＢＭ主要适用于岩石的抗压强度明显大于抗拉强度与 抗剪强度，岩石的抗压强度的高低这一地质因素影响着ＴＢＭ的掘进效率。一 般情况下，在一定的范围内，岩石的单轴抗压强度越低，ＴＢＭ的掘进速度越 ‘３５６・ 快；相反，岩石的单轴抗压强度越高，ＴＢＭ的掘进速度越慢。但是，如果单轴抗 压强度太大，ＴＢＭ的掘进就会困难，效率就会降低；反之，亦然。 （２）岩石的耐磨性：岩石的耐磨性直接影响着滚刀的磨损，而滚刀的磨损 情况对ＴＢＭ的掘进效率影响较大。岩石的耐磨性主要看岩石的硬度、岩石中 所含的石英颗粒的数量以及大小。一股隋况下，岩石的耐磨性越高，机器的磨 损程度就会越严重，影响ＴＢＭ的正常掘进以及施工的成本会增加。 （３）岩石的完整性：岩石的完整性这一地质因素也影响着ＴＢＭ的工作效 率，岩体结构面越发育，节理的间距就会越小，完整性越差，ＴＢＭ掘进的速度 就会越高，但是当岩体的完整性非常小的时候，岩体碎裂或松散，那么工程围 岩就不具有稳定性，此时ＴＢＭ掘进的速度不但不会提高，反而会大大的降低。 因此，岩体非常完整或者非常不完整往往都不利于ＴＢＭ的掘进。 ３．超长隧道中ＴＢＭ掘进效率及其影响因素相关性分析 ３．１耐磨性与石英含量相互关系 相关研究表示，在石英含量小于５０％时，岩石的耐磨性指标与石英含量 成正比，当其超过５０％时，岩石的强度就会降低，此时岩石的强度对耐磨性起 着主要的影响。当岩石含量成为定数而发生变化时，强度增大耐磨性也会增 大，通过提高石英的含量和降低其强度时，其耐磨性反而会随着含量的增大 而下降。实验的拟合结果显示随着石英含量的增大，岩石的耐磨性指标就会 呈现增加的趋势。但是在试验中，有的试样虽然其石英含量高，但是耐磨性并 不是最高的，，这主要是因为岩石的耐磨性还受其他的影响。 ３．２岩石强度与耐磨性关系 相关材料性质显示，耐磨性与岩石的强度成正相关。随着岩石的强度越来 越高，其耐磨性也会随之增大。同样，岩石的单轴抗压强度和到ＴＢＭ刀具的推力 也有很大关系，岩石单轴抗压强度越高，ＴＢＭ刀具在推进过程中所需推力也就 越大，刀具与岩石颗粒接触时所产生的应力也就越大，岩石颗粒会使ＴＢＭ刀具 表面发生微部磨损，从而导致刀具表面的金属颗粒脱离，尤其是在摩擦过程中， 高应力会使ｒＢＭ刀具表面磨出深度沟槽与痕迹。故而，隧道施工中岩石的强度 越高，岩石磨损性越大，ＴＢＭ刀具的损坏也会随之增多，成本自然越来越高。 ３，３ ＴＢＭ掘进速度与岩石参数的相互关系 实验表明，岩石强度越大，ＴＢＭ掘进机的掘进速度就会越小，岩石耐磨性 的大小对掘进机的掘进速度也有着较大的影响：掘进速度随着耐磨性指标的 增大而降低。对于单轴抗压强度可以看做是岩石强度指标，岩石的耐磨性和 石英的含量可以归结为岩石的耐磨性指标，而掘进机的掘进速度与它们均成 反比关系。此外，ＴＢＭ掘进机的掘进速度还与地理条件、工作区域、刀具质量、 机器的工作能力以及施工组织管理水平等因素有关。 ４．结语 隧道施工技术在我国有着广阔的应用前景。在ＴＢＭ超长隧道施工过程 中，应根据工程的实地环境和其自身的复杂性进行施工，在施工管理时，应严 格控制施工质量和必要的工程程序。应该及时调查施工点前方地质的具体条 件，以保证掘进机的正常施工，开展准确的超前地质探测、预报以及相关技术 的研究对超长隧道施工非常的重要。为提高超长隧道施工效率，可以在施工 过程中可以采用我国当前较为先进的管理体系和相关合同管理。 参考文献 『１１钱七虎，李朝甫，傅德明．全断面掘进机在中国地下工程中的应用现状及前 景展望ｌｌＩ建筑机械，２００２年，５２８ ３５． 【２１李卫兵．ＴＢＭ在超长隧道施工中的应用研究『Ｄ１吉林．吉林大学．２００５． 『３１陈浩．ＴＭＢ掘进效率与围岩相关性研究ＩＤ１．西安．西南交通大学．２０１０
