隧道掘进机(TBM)施工概述培训课件汇报人：2025-05-01
目录CONTENTS02TBM施工流程01TBM施工概述03TBM施工关键技术04TBM维护与故障处理05TBM施工安全管理
01TBM施工概述
TBM定义与类型全断面隧道掘进机TBM（TunnelBoringMachine）是一种集开挖、支护、出渣等功能于一体的全断面隧道施工机械，适用于硬岩、软岩及复合地层，根据地质条件可分为敞开式、护盾式、双护盾式等类型。敞开式TBM主要用于稳定岩层，依靠撑靴提供推进反力，配备刀盘旋转切削岩体，适用于无支护需求的硬岩隧道工程。护盾式TBM在软弱破碎地层中应用广泛，通过护盾结构临时支撑围岩，同步安装预制管片，确保施工安全与效率。双模式TBM兼具敞开式和护盾式功能，可灵活切换以适应复杂多变的地质条件，如EPB（土压平衡）与硬岩模式的组合机型。
刀盘与切削系统推进与支撑系统刀盘是TBM的核心部件，配备滚刀或刮刀，通过旋转切削岩土；滚刀在高压下挤压岩体产生裂纹，实现高效破岩。液压油缸提供推进力，撑靴或护盾与洞壁接触形成反力支撑，确保机器稳定前进，同时避免围岩变形。TBM基本构造与工作原理出渣与运输系统切削后的渣土通过螺旋输送机或皮带机运至后方，再经矿车或连续输送带排出洞外，实现连续作业。支护系统护盾式TBM配备管片拼装机，同步安装预制混凝土管片以形成永久衬砌；敞开式TBM可能需额外喷浆或锚杆支护。
高效性与自动化TBM可实现24小时连续掘进，日均进度可达10-30米，远超钻爆法；自动化控制系统减少人工干预，降低安全风险。TBM施工特点与优势01环境影响小相比传统爆破，TBM施工振动噪声低，对地表建筑和生态干扰小，尤其适合城市隧道与环保敏感区域。02地质适应性强通过配置不同刀盘、支护系统及辅助设备（如超前钻探、注浆系统），TBM可应对软土、硬岩及断层破碎带等复杂地层。03经济性与长寿命虽然初期投资高，但TBM施工综合成本在长隧道中更具优势；设备寿命可达20-30公里，适合大规模隧道项目。04
02TBM施工流程
施工前准备地质勘察与分析通过钻探、物探等手段详细掌握隧道沿线地质条件，包括岩层强度、节理发育程度、地下水分布等，为TBM选型及施工参数设定提供科学依据。设备组装调试在始发井完成TBM主机、后配套系统的吊装组装，进行液压系统、电气系统、导向系统等72小时空载试运行，确保刀盘扭矩、推进油缸压力等关键指标达标。始发基座建设采用高强度混凝土浇筑始发反力架基座，预埋精确定位的钢轨和定位支座，基座水平误差需控制在±2mm以内以保障TBM初始姿态准确。
TBM掘进过程刀盘破岩作业导向与纠偏控制渣土输送系统滚刀在30-35MPa推力下挤压破碎岩体，硬岩地层采用17英寸盘形滚刀，刀盘转速控制在5-8rpm，贯入度维持在8-12mm/rev以达到最佳破岩效率。螺旋输送机将破碎岩渣转运至皮带输送机，配备金属探测器和过载保护装置，处理能力需匹配掘进速度（通常为200-400m3/h），防止堵仓事故发生。通过激光全站仪+棱镜组合测量系统实时监测掘进姿态，每环推进后利用撑靴油缸进行±15mm范围内的轨迹修正，确保轴线偏差不超过隧道直径的0.5%。
管片拼装工艺采用真空吸盘式拼装机进行六边形预制混凝土管片安装，从底部开始顺时针拼装，相邻环间错缝布置，螺栓预紧力达到300-400kN以保证结构整体性。管片安装与同步注浆同步注浆系统在盾尾间隙形成后立即通过4-6个注浆孔注入水泥-膨润土双液浆，注浆压力控制在0.3-0.5MPa，填充率需达到130-150%以有效控制地表沉降。二次补强注浆在管片脱出盾尾5-10环后，通过管片吊装孔进行聚氨酯或水泥浆液的补充注浆，重点处理拱顶120°范围内的空隙，确保长期支护质量。
03TBM施工关键技术
地质适应性调节通过PLC系统监测主轴承温度、电机电流等参数，当推力超过额定值（如3000kN）时自动降低推进速度，防止刀具异常磨损或卡机事故发生。动态平衡控制掘进效率优化采用恒功率控制策略，在IV类围岩中典型参数组合为转速4rpm+推进速度12mm/min，同步匹配螺旋输送机转速（8-15rpm）实现渣土连续排出。根据围岩硬度、裂隙发育程度实时调整刀盘转速（通常2-8rpm），硬岩采用低转速高扭矩模式，软岩则提高转速配合较低推进速度（5-20mm/min）以避免刀盘堵塞。刀盘转速与推进速度控制
开挖面压力管理土压平衡控制在软弱地层中维持开挖舱压力（通常0.1-0.3MPa）略高于地下水压，通过螺旋输送机闸门开度调节排土量，压力波动需控制在±0.02MPa范围内。气压辅助模式多参数联动调控遇富水砂层时注入压缩空气（压力0.15-0.25MPa）形成气垫层，配合泡沫剂改良渣土流动性，需实时监测气体逸散量避免地表冒顶。集成盾构姿态