浅析全断面硬岩掘进机(TBM)选型的前期技术

发布时间：2021-10-14T07:34:27.905Z 来源：《工程建设标准化》2021年15期 作者： 陈京林[导读] 全断面硬岩掘进机的使用环境为岩石地层

陈京林

广东水电二局股份有限公司 511340

摘要：全断面硬岩掘进机的使用环境为岩石地层，整体硬度较大，需要选择适合的设备及构件，才能够满足实际的掘进工作需求。本文就全断面硬岩掘进机(TBM)选型的前期技术进行探究，简单对全面硬岩隧道掘进机进行分析，并了解不同掘进机的类型及功能作用，对不同的机械设备的优缺点进行全面分析，以便后续根据实际情况选择相应的设备技术。 关键词：全断面硬岩掘进机；选型；前期技术

引言：在岩石硬土层条件下挖掘隧道的过程中，需要使用专门的全断面硬岩掘进机（以下简称TBM）进行掘进施工，为工程项目提供高效且安全的隧道。在实际的掘进工程前，应对施工环境进行详细调查，根据地下土层的实际情况来选择合适的TBM类型，从而有效提升隧道挖掘的效果，提高施工质量。1、全断面硬岩隧道掘进机概述

全断面硬岩隧道掘进机是一种对岩石地层进行掘进施工的机械设备，其在作业的过程中，整体速度较快，并且施工安全，在掘进过程中，对环境无影响和不良破坏，能够适应不同环境的掘进施工环境。TBM的使用寿命较长，并且支持连续作用，这使得其具有较高的综合效益，能够满足工程施工过程中，对隧道挖掘施工的需求。相比传统的钻爆法隧道施工技术，TBM施工技术的使用具有更加高效的作业效率，其在一个月时间内能够最快达到一千米的掘进距离，并且在掘进的过程中能够保持较高的安全性。

在对工程进行施工掘进的过程中，为使其能够保持良好的掘进效果，应结合实际情况选择合适的TBM种类。在选择的过程中，应遵循一定的原则：首先，对企业自身的经济实力以及对设备的需求情况来制定相应的采购方案；其次，按照项目的需求来对TBM设备的类型进行选择；再次，结合实际的项目情况，对TBM的配套设备进行配置完善，保持设备的完整性和施工效果；最后，加强对设备的分析与检修，保持TBM设备的施工效果。 2、掘进机类型及功能

TBM大致可以分为两种，其一是在硬岩土层中进行掘进作业的设备，该类型设备具有较强的稳定性和掘进效果，通过调整刀盘，能够不同的土层环境。其二是在软土地层中施工的掘进机，通常称之为盾构机，在使用过程中，受到土层湿度和地下水等情况的影响，隧道挖掘的长度有限，并且需要在掘进的过程中做好支撑，避免发生地表塌陷等不良情况。

本文主要对第一种硬岩TBM设备进行分析，在硬岩TBM中，可以进行细分，根据不同的工作模式对TBM进行类型划分，其中主要包括：敞开式、单护盾、双护盾、双模式等类型[1]。不同类型的TBM设备，其适应的施工环境有一定的差异，在实际的施工过程中，其功能效果有一定的区别，但设备的主要功能都是按照施工设计，对地下施工区进行掘进作业。因此，在对不同类型设备进行选择的过程中，应使设备满足施工环境中的地质条件情况，并同时根据隧道掘进过程中的稳定效果来安装支护结构，保持施工环境的安全性。在挖掘过程中，根据工程项目情况选择出渣方式，并按照工程比例和施工需求进行有效管理，提高TBM的施工效率。 3、不同类型运输机及其配套设备的优缺点比较

对敞开式、单护盾、双护盾、双模式的TBM设备进行功能和使用情况分析，了解不同类型设备的优势与缺陷，以便企业根据自身需求对TBM设备进行合理选择。

其一，针对地质适应性分析不同类型TBM设备的适应效果。其中双护盾和双模式的TBM设备对于岩石地层的适应性较强，在不同软硬度的岩石层中均能够正常掘进，其中双护盾TBM设备的单轴抗压强度在200MPa以下，能够适应不同破碎程度的岩石结构。双模式TBM设备在掘进过程中，根据围岩的条件选择性使用锚喷支护和管片支护结构进行隧道保护。单护盾TBM设备对于岩石层的硬度适应性较差，适合在地层较为松软的环境中使用，其单轴的抗压强度为40MPa。敞开式TBM设备的单轴抗压强度最高，能够达到300MPa，适合在硬度较大的岩层中使用。

其二，对施工掘进速度进行分析，TBM设备在掘进的过程中需要进行岩石土层的挖掘运输和支护，因此整体的速度均相对较慢，其中敞开式TBM设备在运行过程中，遇到地质情况较为稳定的情况，其掘进速度能够有所提升，在岩石破碎程度较大的区域掘进时，由于需要安装的支护结构较多，导致整体施工速度相对较慢。单护盾TBM设备在运行过程中，由于适用于岩石较软的土层，其中需要不断安装支护结构，因此施工速度较为缓慢。双护盾TBM设备中，与敞开式设备相同，受地质稳定性影响较大，在岩石破碎程度较大时，设备可能受到碎石影响而卡机，影响整体的掘进质量。在双模式TBM设备施工时，在实际的施工过程中，围岩情况较好时，需要大量设置支护结构，围岩情况不良时，碎石容易造成卡机，整体掘进速度均较为缓慢[2]。

其三，对支护的衬砌效果进行分析，敞开式TBM设备与双模式TBM设备运行效果相同，在作业过程中，整体支护结构的搭建较为简单，并且能够灵活设置超前支护结构，保持良好的安全性。衬砌过程中使用复合式方式，在挖掘的同时能够进行相应的衬砌施工，使整体衬砌施工较为便捷，且整体费用消耗较低。单护盾TBM设备和双护盾TBM设备衬砌效果相似，安装支护结构时，需要在管片支护后进行回填，整体工艺施工较为缓慢，并且管片的防水效果相对较差，导致施工耗时较多。

其四，结合设备运行过程中对应急事件的处理方式进行分析，了解不同类型设备的灵活性。其中敞开式TBM设备具有较强的灵活性，在实际的作业中，能够顺利地应对岩层中的断层或者岩石破碎以及地下水上涌等不良情况，并且在掘进的过程中，能够同时进行故障处理，结合不同环境对设备的掘进情况进行调整，使整体运行效果保持良好的状态。在单护盾TBM设备的运行中，由于使用管片作为支撑，其缺乏足够的反应能力，在发现故障后无法进行后退，一旦发现岩石硬度变化等问题时，设备无法自行处理，设备也容易被碎石卡住，影响后续的运行状态，整体灵活性较差。在双护盾TBM设备的运行过程中，由于无法及时应对岩石土层硬度突变的情况，其整体灵活性相对较差，一旦发生问题，需要花费大量时间进行维修处理，为设备管理来带较大的麻烦。双模式TBM设备在运行时，同样无法及时应对岩石硬度变化，在掘进过程中岩石硬度突变时，容易被卡，并且由于其护盾较长，导致脱困管理较为困难。

其五，对不同类型设备的经济性和安全性进行分析时，可以观察到，敞开式TBM设备的整体造价较低，在作业的过程中，可通过挂网

喷锚的方式进行支护，支护方式较为简单，并且对场地的占地面积较小，施工速度较快，这使得其经济性相对较高。但由于在施工过程中，工作人员暴露在岩层下，缺乏足够的防护设备，导致整体安全性较差。单护盾TBM设备的造价较高，在安装支护结构时，需要额外准备管片设备，整体安装过程较为缓慢，并且材料的管理和贮存等需要一定的成本消耗，整体经济性相对较差。但该设备运行过程中，工作人员在设备中指挥作业，整体安全性较高。双护盾TBM设备与单护盾设备相似，但其造价更高，且施工周期更长，这使得其经济性较差，但其安全性相对良好。双模式TBM设备在运行过程中，需要单独准备钢瓦片来作为支护材料，并且设备的整体造价较高，整体经济性不良，但其安全性较好。

结论：综上所述，通过对于不同类型的全断面掘进机设备进行分析和对比，全面了解不同类型设备的优势和缺点，相关单位可根据自身需求来选择合适的TBM设备，从而提升隧道掘进效率。 参考文献：

[1]王杜娟,贺飞,王勇,等.煤矿岩巷全断面掘进机(TBM)及智能化关键技术[J].煤炭学报,2020(6):2031-2044. [2]邓斌.全断面硬岩掘进机(TBM)驱动系统分析[J].设备管理与维修,2020,No.466(04):138-140.