全断面岩石掘进机

1、支撑式全断面岩石掘进机

支撑式全断面岩石掘进机主要由刀盘、刀盘支承装置和刀盘驱动装置、机架、支撑及推进系统、前后下支承及调向机构等部分组成。

(1)刀盘。它是掘进机主要重型结构件，可分为平面、球面和锥面等三类。目前，大直径掘进机都趋向采用平面刀盘。

(2)刀盘支撑装置。又称支承壳体或导向壳体，为重型焊接结构件。刀盘轴承安在其上 ，轴承内圈与刀盘相连，外圈与刀盘支承壳体相接。

(3)机架。机架为机器的主体，可分内外机架。内机架是掘进过程中可移动的部分，即大梁或主梁；外机架在掘进过程中为不动的部分，与液压水平支撑或 x 支撑相连。机架用于连接主要部件及传递破岩的反扭矩 ，是掘进机 的主要结构件。

(4)支撑及推进系统。支撑和推进采用液压系统 ，水平支撑和 x 型支撑架设在内机架滑道上，可沿内机架前后滑动。

(5)前、后下支承及调向机构(以罗宾斯型为例)。掘进机前下支承与刀盘支承壳体连成一体，支承机器前部重量，后下支承装在内机架的后面，后下支承的伸缩由液压缸控制(前下支承为固定式)。采用安装 在外机架与大梁之 间的扭 矩油缸对机器进行垂直方向的调整，以前下支撑为垂直方向调整的支点，扭矩油缸伸长时，大梁相对于水平支撑升高，掘进机向下掘进；反之则向上掘进。

2、双护盾掘进机

双护盾掘进机与支撑式岩石掘进机的区别在于它没有主梁和后部支撑装置，其主体由前护盾、伸缩护盾、支撑护盾及尾盾等四部分构成。

(1)前护盾。前护盾是由厚钢板滚压、焊接而成的圆形壳体。其内装有刀盘、驱动组件、皮带输送机、稳定器和反扭矩油缸，推进油缸的前端也安装在其壳体内。

(2)伸缩护盾。伸缩护盾是连接前护盾和后护盾的内外两个筒状结构。它的功能是掘进机在掘进的同时可完成管片的安装 ，从而使掘进机实现较小曲线段掘进。

外伸缩护盾焊于前护盾体上，内伸缩护盾由伸缩油缸支承，可向前纵向移动；内伸缩护盾上开有窗口，以便检查和清洗两壳体的缝隙；内伸缩护盾在双护盾模式下工作 时与推进油缸一起纵 向移动 ，每结束一个掘进行程时，内伸缩护盾就伸入到外伸缩护盾内。

(3)支撑护盾。支撑护盾内装有支撑靴 、反扭矩油缸、推进油缸和辅助推进油缸。为了降低对隧洞边墙的压力，支撑靴的表面积应足够大；通过系统控制使支撑靴在隧洞边墙上施加的压力和刀盘的推力成正比，即根据刀盘所需 的推力来调整支撑靴的支撑压力。

(4 )尾盾。尾盾安装在支撑护盾的后部 ，其内部有管片安装器 ，盾尾 的型式有密封式和敞开式。在尾盾壳体的保护下，可进行管片的安装和仰拱管片底部灌注砂浆。

双护盾掘进机综合了支撑式掘进机与单护盾掘进机的特点，既有支撑靴板，又有护盾，使机器对不同地质条件的适应能力大大增加。因此，双护盾掘进机适用于硬岩、软岩及地层条件比较复杂的地层的掘进并采用预制管片衬砌。

后配套设备主要由三部分组成：主机所需配套设备、洞内出碴运输和运料设备及临时辅助设施。

(1)主机所需配套设备。包括掘进机 的液压系统、供电系统、胶带运输系统、润滑油泵系统和降温、防尘供水及安全等系统。

(2)洞内出碴和运料设备。主要包括矿车有轨出碴及进料设备、连续胶带机出碴及轻轨进料设备。

(3)临时辅助设施。主要有临时支护设备、通风系统和其他辅助设施。

全断面岩石掘进机 (简称 TBM ) 是技术密集程度较高的机、电、液一体的大型地下施工设备，主要用于岩石地质结构的铁路、公路、水利水电引水导洞、地铁及地下工程隧道掘进建筑施工。掘进机可交替完成掘进、步进工作，并可实现掘进、出碴连续作业 ，将挖掘的碴石通过刀盘头部送达皮带输送机 ，运出隧道。

按照对不同地质条件的适应性及护盾形式，全断面岩石掘进机可分为：支撑式 (敞开式)和护盾式两大类。支撑式可分为双 X 型和单大梁 T 型掘进机；护盾式可分为单护盾、双护盾和三护盾。目前，国内使用的全断面岩石掘进机主要是双 X 型、单大梁 T 型掘进机及双护盾掘进机。支撑 式全断面岩石掘进机是利用支撑机构撑紧洞壁以承受向前推进的反作用力及反扭转的掘进机，适用于岩石整体性较好的隧洞；单护盾掘进机只适用于软岩地质条件下依靠支撑管片来实现支撑的掘进机；双护盾掘进机综合了支撑式掘进机与单护盾掘进机的特点，既有支撑靴板，适用于硬岩，又有护盾，适用于软岩以及地层条件比较复杂的地层的掘进，采用预制管片衬砌。

掘进机主要有掘进、出碴 、导向及支护等四项基本功能。

1、掘进

掘进功能包括破碎岩盘和掘进机不断前进的功能。为此掘进机必须配置与其相匹配的滚刀，通过推进机构推进液压油缸产生推力驱动刀盘，并产生变换滚刀破岩位置的回转力矩；还须配置合适的支撑机构 (T 型或双x 型)，将破岩掘进力产生的反力矩和扭转力矩产生的反力矩传递给洞壁，以形成足够的破岩力。实现掘进功能的基本机构是滚刀、刀盘、刀盘支撑装置及刀盘旋转驱动系统。

2、出碴

出碴功能可细分为导碴、铲碴、溜碴和运碴功能，并与掘进功能一起实现连续作业。

(1)导碴。刀盘旋转时，滚刀在规定的贯入量和足够的破岩力的作用下挤碎岩盘，岩碴在洞底被旋转的刀盘舀起，顺铲口导碴条落入铲斗。

(2)铲碴。刀盘周边设置若干个低边铲斗，将已经破碎的岩碴从洞底铲入铲斗，当铲斗随刀盘旋转到上部时，岩碴经溜槽卸入皮带机。为防止铲口边缘磨损，铲斗唇口装有可更换的抗磨刮板。

(3)溜碴。铲斗内岩碴随刀盘转动到掘进机上方，超过堆积的安息角后靠 自重随出碴斜道滑落到输送带上。出碴斜道设置橡胶挡护，以防岩碴洒落。

(4)运碴。皮带输送机将岩碴转运出洞。为清理干净洞底岩碴，减少滚刀的磨耗，降低侧翼铲斗扰动洞壁，在保证刀盘刚度的前提下，掘进机应配有足够的铲斗和足够大的容积，合适的铲斗进出口，合理的出碴斜道和刀盘转速，以确保排碴能力满足掘进要求。

3、导向

通过激光导向定位系统 (与陀螺仪配合使用)计算测定和预测机器的位置及偏转角，用于直线或曲线隧道掘进方向的确定、调整。掘进偏离预期的洞线方向时，激光源、感光靶将所测数据通过计算机系统处理，测出掘进机偏移量，同时输出指令，使支撑靴、液压油缸和平衡液压油缸调整水平方向和垂直方向的偏差；当掘进机受刀盘回转的反作用力矩作用，发生整体偏转时，则通过平衡液压油缸予以纠正。

4、支护

支护功能可体现在未掘进地质的预处理、掘进后洞壁的局部支护和全部洞壁的衬砌三种状态下。当已预报掘进机前方未掘进段将出现不良地质时(如山地、地下水)，主要采用混凝土灌浆、化学灌浆和冰冻固结进行预处理；掘进后出现局部不良地质时，主要采用喷混凝土、锚杆、挂网、设置钢拱架进行处理；掘进后 。隧道洞壁接触空气便全线水解、风化时，采用全洞壁混凝土预制块衬砌、密封和灌浆保护处理。

实现支护功能需要配置超前钻机、锚杆机、钢拱架安装机、"sup--normal" data-sup="1" data-ctrmap=":1,"> [1]

1、支撑式掘进机

以单 T 型支撑为例 ，如右图1所示 。

(1)掘进行程。主支撑板处于主梁前位 ，涨紧靴向两侧伸出支撑靴撑紧洞壁，后部支撑靴向上提起后，设备主体处于浮动状态，激光调整定位。驱动装置驱动刀盘旋转的同时 ，推进机构液压缸活塞杆推进掘进机掘进。当推进液压缸活塞杆全部伸出后，刀盘装置停止驱动。此时，支撑鞍架处于主梁后部。

(2)换步行程。涨紧支撑靴回收离开洞壁，同时，后部支撑靴向下伸出至地面撑起掘进机，推进机构 液压缸活塞杆 回缩带动 主支撑板 回到主梁前部，准备进入下一个掘进工作循环 。

2、双护盾掘进机

1）自稳能支撑地质条件下的掘进自稳能支撑地质条件下的掘进，如右图2所示。它是指洞壁能给掘进机支撑靴提供足够 的推进反力和滚刀破岩所需 的阻力矩 ，即岩壁无较大 的破碎带、断层和地下水的地质状况。

(1)掘进行程。后护盾水平支撑靴伸 出撑 紧洞壁，皮带输送机工作，同时，驱动刀盘旋转；推进机构液压缸活塞杆推进掘进机掘进，后护盾后部管片拼装机拼装管片，并与掘进同步工作。

(2)换步行程。刀盘停止旋转，后护盾水平支撑靴 回缩离开洞壁 ，推进活塞杆回缩拖动掘进机后护盾前移。

2）自稳不能支撑地质条件下的掘进

自稳不能支撑地质条件下的掘进，如右图3所示。它是指洞壁不能给掘进机支撑靴提供推进反力和滚刀破 岩所需 的阻力矩 ，岩壁处 于较大 的破碎带、断层和地下水的地质状况。

(1)掘进行程。开始掘进前，辅助推进油缸必须伸出，顶到衬砌块表面，依靠衬砌块承受推进力的反力和部分反扭矩 (指壳体摩擦力之外的部分)；支撑靴后退到与后护盾一致位置，即支撑靴板并没有向洞壁施加压紧力；刀盘旋转，辅助推进油缸开始加压外伸，把前护盾和后护盾一起向前推，直至完成一个行程的推进 。

(2)换步行程。刀盘停止回转，辅助推进液压缸活塞杆回缩，为安装管片留出空间。管片拼装机安装管片，此时管片安装不能与掘进同时进行。因此，掘进速度比自稳能支撑地质状态的掘进速度慢。

全断面岩石掘进机内容简介

《全断面岩石掘进机》全面系统地介绍了全断面岩石掘进机的国内外发展史、主要类型和工作原理、主机与后配套设备的构造；详细论述了掘进机类型、主要部件和后配套的选型，组织施工管理，并介绍了相应的施工技术。

全断面岩石掘进机作者简介

乔世珊，教授级高级工程师，武汉大学兼职教授。现为水利部综合事业局副局长，长期从事与水利水电工程有关的科研与技术管理，曾先后两次赴英国、加本大留学1992年被原国家教委人事部授予“有突出贡献的回国留学人员”称号，2002年获国务院政府特殊津贴。

茅承觉，教授，1955年毕业于华东水利学院（现河海大学)，曾任职于华北水利水电学院，华北电力大学(北京)。1978年获全国科学大会奖。编著出版4本专著与教材，发表论文30多篇，1992年获国务院政府特殊津贴。

刘春，教授级高级工程师，任铁道部基建总局、中国铁路工程总公司副处长。副总工程师，兼任秦沈铁路指挥部副指挥长，西合指挥部副指挥长，秦岭隧道北口TBM技术负资人。获铁道部科技大会奖《1978)，铁道部科技进步奖（1998)，2001）年获国务院政府特殊津贴。

全断面岩石掘进机图书目录

第一章 概论

第一节 引言

第二节 全断面岩石掘进机与盾构机

一、掘进机的广义概念

二、全断面岩石掘进机

三、盾构机

四、全断面岩石掘进机与盾构机结构的互通性

第三节 全断面岩石掘进机施工特点

第四节 国外全断面岩石掘进机发展概况

一、国外掘进机主要厂商概况

二、国外掘进机技术发展概况

第五节 我国全断面岩石掘进机发展概况

第二章 全断面岩石掘进机原理与构造

第一节 全断面岩石掘进机分类及使用

一、支撑式（敞开式或开敞式）全断面岩石掘进机

二、护盾式全断面岩石掘进机

三、扩孔式全断面岩石掘进机

四、摇臂式岩石掘进机

第二节 支撑式全断面岩石掘进机

一、支撑式全断面岩石掘进机工作原理

二、几种典型机型

三、支撑式掘进机构造

四、几种支撑式掘进机机型分析

第三节 护盾式全断面岩石掘进机

一、单护盾全断面岩石掘进机

二、双护盾全断面岩石掘进机

三、三护盾掘进机

四、护盾式掘进机的主要生产厂家

五、掘进进尺水平

第四节 扩孔式和摇臂式掘进机

一、扩孔式掘进机

二、摇臂式掘进机

第三章 掘进机后配套设备

第四章 选型

第五章 施工组织管理与技术

附录

参考文献 2100433B

第一章 TBM概述

第一节 引言

第二节 TBM与盾构机

一、全断面岩石掘进机

二、盾构机

三、全断面岩石掘进机与盾构机对照

四、全断面岩石掘进机与盾构机结构的互通性

第三节 国内外TBM研制概况

一、国外TBM研制概况

二、我国TBM研制概况

第四节 TBM施工特点

第五节 未来TBM的发展趋势

第二章 TBM原理与构造

第一节 TBM分类

一、支撑式（敞开式或开敞式）TBM

二、护盾式TBM

三、扩孔式TBM

四、摇臂式岩石掘进机

第二节 TBM刀具及破岩机理

一、TBM破岩刀具

二、盘形滚刀在刀盘上的布置

三、盘形滚刀破岩机理

第三节 支撑式TBM

一、支撑式TBM构造

二、支撑式TBM工作原理

第四节 护盾式TBM

一、单护盾TBM

二、双护盾TBM

三、三护盾TBM

四、双护盾TBM掘进施工水平

第三章 TBM后配套设备

第一节 后配套分类

一、概述

二、后配套分类

第二节 后配套组成

一、后配套系统组成及作业顺序

二、主机所需的配套设备

三、洞内出碴运输和运料设备

四、临时辅助设施

第四章　TBM选型

第一节　掘进机选用

一、TBM掘进技术的适用范围

二、选用掘进机施工的要求

三、TBM选型的主要因素

四、掘进机选型分析

五、掘进机的选型方法

第二节　主要技术参数的确定

一、刀盘直径选择

二、刀盘转速

三、刀盘总回转转矩的计算

四、刀盘回转功率

五、掘进机推力

六、掘进速度

七、掘进行程

八、切深

九、掘进机数量的选择

十、掘进机安装功率的确定

十一、更换边刀和扩大孔径

第三节　主要部件的选用

一、刀盘、主轴承及密封

二、驱动组件和驱动方式

三、支撑

四、护盾

五、控制

六、数据采集系统

七、掘进机其他辅助设备

第四节　后配套的选型

一、后配套选型原则

二、轨行式后配套平台车的选型

三、皮带输送机选型

第五节　选型实例

一、秦岭隧道所采用的TBM施工设计方案

二、秦岭隧道施工采用的Wirth公司生产的TBM技术规格

第五章　TBM施工准备

第一节　洞外场地布置

第二节　仰拱块的预制

一、厂房建设

二、模具安装

……

第六章 TBM掘进

第七章 出碴与进料运输

第八章 TBM的检修与保养

第九章 TBM的拆卸与整修

第十章 TBM技术配套管理

参考文献 2100433B

《全断面岩石掘进机》是石油工业出版社出版的图书，作者是水利部科技推广中心

书名

全断面岩石掘进机 石油工业出版社

作者

水利部科技推广中心

出版社

石油工业出版社

定价

53.9 元

ISBN

7502151966

第一章 全断面隧道掘进机概述1

第一节 全断面隧道盾构1

第二节 全断面岩石掘进机11

第三节 复合式全断面隧道掘进机18

第四节 全断面岩石掘进机刀具18

第五节 全断面隧道掘进机后配套系统21

第六节 全断面隧道掘进机的技术进步22

第七节 全断面岩石掘进机结构实例22

第八节 土压平衡式盾构结构实例28

第二章 全断面隧道掘进机作业对象及其特点32

第一节 岩石的概念32

第二节 我国岩体分类标准介绍33

第三节 部分国家和地区的岩体分级标准38

第四节 全断面岩石掘进机施工的地质参数48

第五节 全断面盾构施工的地质参数 51

第三章 隧道(洞)勘测简介60

第一节 施工方法与隧洞线路之间的关系60

第二节 洞线穿越地质勘测61

第三节 TBM施工隧洞的地质超前预报63

第四章 隧道(洞)的全断面施工方法64

第一节 坚硬岩层中的隧道工程64

第二节 软弱地层中的隧道施工74

第三节 全断面隧道掘进机施工的风险及对策79

第五章 全断面隧道掘进机设备报价及施工中的辅助措施82

第一节 全断面隧道盾构82

第二节 全断面岩石掘进机84

第六章 全断面隧道盾构的性能与一般施工技术89

第一节 全断面隧道盾构的性能89

第二节 盾构选择应考虑的因素91

第三节 盾构施工工艺及衬砌92

第四节 盾构施工中泥饼的产生及应采取的措施93

第五节 土压平衡盾构工作时的异常现象及对策95

第六节 工程实例96

第七章 全断面岩石掘进机的性能102

第一节 全断面岩石掘进机的使用寿命102

第二节 全断面岩石掘进机的掘进速度及利用率 102

第三节 刀具消耗106

第八章 全断面岩石掘进机施工技术110

第一节 不良地质特点及采取的一般措施110

第二节 典型施工经验介绍 113

第三节 意大利应用全断面岩石掘进机的施工技术134

第四节 法国应用全断面岩石掘进机的施工技术 140

第五节 加拿大应用全断面岩石掘进机的施工技术 152

第九章 穿越混合地层的隧洞的全断面机械化施工技术155

第一节 混合式盾构lbb

第二节 复合地层用混合式盾构的基本要求 156

第三节 含水粘土、冰碛层、沙石页岩等地质地层的施工技术 157

第四节 砂砾石、细砂和粘土地层中的施工技术 159

第五节 岩层与少量软土段的施工技术160

第六节 工程实例161

第十章 典型工程介绍164

第一节 英法海峡隧道工程 164

第二节 西安--安康铁路秦岭I线隧道TBM施工169

第三节 莱索托工程177

第四节 费尔艾那隧道工程 180

第五节 日本淹里发电站输水隧洞工程181

第六节 天生桥隧洞工程186

第七节 丹麦大海峡铁路隧道工程190

第八节 格兰·哈特隧道及其施工用TBM 193

参考文献2022100433B