ＴＢＭ在客运专线隧道施工中的应用分析＠ＴＢＭ在客运专线隧道施工中的应用分析陈馈（中铁隧道集团有限公司，河南洛阳４７１００９）摘要：客运专线是轶路跨越式发展的重要标志。。十一五”期间，中国将修建的客运专线中，隧道约占２０００ｋｍ。在某些隧道工程中，钻爆法施工难双速到快速、优质、安奎、经湃的目的。分析了ＴＢＭ的优缺点，井进行了经济技术分析，对客运专线琏道采用ＴＢＭ或盾构法施工提出了建议。关捷词：ＴＢＭ，盾构；客运专线；隧连１ＴＢＭ的发展历史全断面隧道掘进机是集机、光、电、气、液、信息技术于一体的隧道施工成套专用设备。目前已广泛应用于地铁、公路、铁路、水电、市政等隧道工程，具有安全、快速、自动化程度高、对环境影响小、实现工厂化作业的特点。全断面隧道掘进机对地质条件的要求针对性非常强，～般来说，用于岩石地层的隧道掘进机称为ＴＢＭ，用于软土地层的隧道掘进机称为盾构。通常定义中的ＴＢＭ是以岩石地层为掘进对象，不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能，而盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面，也是盾构区别于ＴＢＭ的主要方面。现代的ＴＢＭ采用了机械、电气和液压领域的高科技成果，运用计算机控制、闭路电视监视、工厂化作业，是集掘进、支护、出碴、运输于一体的成套设备。采用ＴＢＭ施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的施工工法有了质的飞跃。目前，在世界范围内的ＴＢＭ制造商有３０余家，最具实力的是德国的威尔特公司、美国的罗宾斯公司、德国海瑞克公司、加拿大的拉瓦特公司、日本的三菱公司等。国外ＴＢＭ技术已经相当成熟，为复杂地质条件下的隧道工程建设提供了坚实的基础。２ＴＢＭ的地质适应性目前，ＴＢＭ主要分为以下３种类型．并分别适应于不同的地质条件。（１）开敞式ＴＢＭ。常用于硬岩。在开敞式ＴＢＭ上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化｝当采取有效支护手段后，也可应用于软岩隧道。（２）双护盾ＴＢＭ。对地质具有广泛的适应性，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。（３）单护盾ＴＢＭ。常用于软岩。单护盾ＴＢＭ推进时，要利用管片作为支撑，其作业原理类似于盾构，与双护盾ＴＢＭ相比，掘进与安装管片两者不能同时进行，施工速度较慢。单护盾ＴＢＭ与盾构的区别有两点；一是单护盾ＴＢＭ采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或采用泥浆泵通过管道出碴；二是单护盾ＴＢＭ不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。一般情况下，整条隧道地质情况都差的条件下（但掌子面能自稳）使用单护盾ＴＢＭ；在良好地质中则使作者简介：陈馈，１９６３年出生，男，高级工程师，国家一级建筑师，中铁隧道集团有限公司盾构研发项目部副经理。滞ｇＩ翔ｏ２００６中国高速铁路隧道国际技术交流会论文集用开敞式ＴＢＭ；双护盾ＴＢＭ常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适应于中厚埋深、中高强度、稳定性基本良好地质的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。３国内使用ＴＢＭ的情况中国水利水电工程最早使用ＴＢＭ施工，在铁路隧道施工中使用ＴＢＭ是从西安安康铁路秦岭Ｉ线隧道开始的，到目前为止，仅有３个工程使用了开敞式ＴＢＭ。（１）秦岭Ｉ线隧道。全长１８．４５６ｋｍ，采用ＴＢＭ法和钻爆法施工，由铁道部１９９６年引进２台≠８．８ｍ开敞式ＴＢＭ。秦岭北口ＴＢＭ掘进长度为５．２４４ｋｍ，秦岭南口ＴＢＭ掘进长度为５．６２１ｋｍ。ＴＢＭ施工中，１９９８年平均月进度为２５２．３６ｍ，１９９９年平均月进度为２９０．６４ｍ，最高月进度为５２８．４８ｍ。（ｚ）磨沟岭隧道。西安南京铁路磨沟岭隧道全长６．１１４ｋｍ，软岩占隧道总长的７０．５％，于２００２年１１月完工。该隧道由中铁隧道集团采用船．８ｍ开敞式ＴＢＭ施工（该ＴＢＭ曾施工秦岭Ｉ线隧道进段），ＴＢＭ掘进长度为４．６５３ｋｍ，最高月进尺为５７３．９ｍ。通过施工，成功掌握丁开敞式ＴＢＭ在软弱地层中的掘进技术。（３）桃花铺１号隧道。西安南京铁路桃花铺１号隧道全长约７．２３４ｋｍ，ＴＢＭ掘进长度为６．２ｋｍ，由中铁十八局采用船．８ｍ开敞式ＴＢＭ施工（该ＴＢＭ曾施工秦岭Ｉ线隧道出口段），最高月进尺为５５１．８２ｍ。４ＴＢＭ施工的优点（１）快速。ＴＢＭ是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成喜设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。（２）优质。ＴＢＭ采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破振动而破坏，洞擘完整光滑，超挖量少。（３）高效。ＴＢＭ施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会效益，同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。ＴＢＭ施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。（４）安全。用ＴＢＭ施工，改善了作业人员的洞内劳动条件。减轻了体力劳动量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少。（５）环保。ＴＢＭ施工不用炸药爆破，施工现场环境污染小。ＴＢＭ施工减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境，有利于环境保护和减少水土流失。（６）自动化、信息化程度高。ＴＢＭ采用了计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，具有自动化程度高的优点。ＴＢＭ具有施工数据采集功能，ＴＢＭ姿态管理功能，施工数据管理功能，施工数据实时远传功能，实现信息化施工。５选用ＴＢＭ施工的条件ＴＢＭ施工对地质条件要求针对性较强．不同的地质条件、不同的隧道断面，需要设计成满足不同施工要求的ＴＢＭ，需要配置适应不同要求的辅助设备。（１）地质适应性较差。ＴＢＭ对隧道的地层变化较敏感，不同类型的ＴＢＭ适用的地层也不同，一般的软岩、硬岩、断层破碎带，可采用不同类型的ＴＢＭ辅以必要的预加固和支护设备进行掘进，但对于大型的岩溶暗河发育的隧道、高地应力隧道、软岩大变形隧道、可能发生较大规模突水涌泥的隧道等特殊不良地质隧道，则不适合采用ＴＢＭ施工。在这些情况下，采用钻爆法更能发挥其机动灵活的优越性。一般情况下，以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主的隧道较适合采用敞开式ＴＢＭ施工，以Ⅳ级同岩为主的隧道较适合≯∞∞ＴＢＭ在客运专线隧道施工中的应用分析＠采用双护盾ＴＢＭ施工，以Ｖ级围岩为主和地下水位较高的城市浅埋隧道或越江隧道则较适合采用盾构法施工。（２）不适宜中短距离隧道的施工。由于ＴＢＭ体积庞大，运输移动较困难，施工准备和辅助施工的配套系统较复杂，加工制造工期长，对于短隧道和中长隧道很难发挥其优越性。国外的实践表明，当隧道长度与直径之比大于６００时，采用ＴＢＭ施工是比较经济的。对于一般的单线铁路隧道，开挖直径遥常在９ｍ左右，按此计算，大于５．４ｋｍ的隧道就可以考虑采用ＴＢＭ施工。发达国家的隧道施工，一般优先考虑ＴＢＭ法，只有在ＴＢＭ法不适宜时才考虑采用钻爆法。中国则相反，根据国情，钻爆法施Ｔ－－直是中国的强项，采用钻爆法已成功修建了５０００多ｋｍ的铁路隧道，且钻爆法施工的进度仍在逐年加快。在中国，一般认为，小于１０ｋｍ的隧道难以发挥ＴＢＭ的优越性，而钻爆法则具有相对经济的优势；对于１０～２０ｋｍ的特长隧道，可以对ＴＢＭ法和钻爆法施工进行经济技术比较，选择适宜的施工方法；对于大于２０ｋｍ的特长隧道，则宜优先采用ＴＢＭ法施工。另外，对于穿越江河、城市建筑物密集或地下水位较高隧道，考虑到施工安全和沉降控制等因素，不论隧道长短，则宜优先考虑采用盾构法施工。（３）断面适应性较差。断面直径过小时，后配套系统不易布置，施工较困难；而断面过大时，又会带来电能不足、运输困难、造价昂贵等种种阔题。一般地，较适宜采用ＴＢＭ施工的隧道断面直径在３～１２ｍ；对直径在１２～１５ｎｌ的隧道应根据围岩情况和掘进长度、外界条件等因素综合比较｝对于直径大于１５ｍ的隧道，则不宜采用ＴＢＭ施工。另一方面，变断面隧道也不能采用ＴＢＭ施工。（４）运输困难，对施工场地有特殊要求。ＴＢＭ属大型专用设备，全套设备重达几千吨，最大部件重量达上百吨，拼装长度最长达２００多ｍ。同时洞外配套设施多，主要有混凝土搅拌系统、管片预制厂，修理车间、配件库、材料库、供水、供电、供风系统，运碴和翻碴系统，装卸调运系统，进场场区道路，ＴＢＭ组装场地等。这些对隧道的施工场地和运输方案等都提出了很高的要求，可能有些隧道虽然长度和地质条件较适合ＴＢＭ施工，但运输道路难以满足要求，或者现场不具备布置ＴＢＭ施工场地的条件。（５）设备购置及使用成本大。ＴＢＭ施工需要高负荷的电力保证、需要高素质的技术人员和管理队伍、前期购买设备的费用较高，这些都直接影响到ＴＢＭ施工的适用性。６ＴＢＭ施工的经济技术指标（１）进度指标。ＴＢＭ施工在一定的地质条件下可实现快速施工，其施工进度一般是钻爆法的３～６倍。如引大人秦３０Ａ隧洞使用双护盾ＴＢＭ施工时，从１９９１年３月开始，连续突破月进度１０００ｍ，最高月进尺达１３００ｍ，而钻爆法施工在同类地质条件下的月平均进度仅为１４０ｍ。（２）成本指标。单线铁路隧道采用ＴＢＭ施工或钻爆法施工的综合成本指标对比见表１。裹１单线铁路隧道钻爆法与＇ＩＢＭ法成本指标对比（参考指标）Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｎｄｃｏｓｔｉｎｄｅｘ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｄｅｘ）ｂｅｔｗｅｅｎｄｒｉｌｌ＋ｂｌａｓｔｍｅｔｈｏｄＴＢＭｍｅｔｈｏｄｕｓｅｄＩｎｓｉｎｇｌｅ－ｔｒａｃｋｒａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌＴＢＭ施工（万元／延米）Ｖ级５．４４．８４．３钻爆法施工（万元／延米）运行速度Ⅱ级３５０２５０比率ＴＢＭ／钻爆法１＿３６１．５１Ⅲ缓３．１Ⅳ级３．９综合５．２ｋｍ／ｈｋｍ／ｈ２．８１．９１．８Ｓ２．５２４３．５２００ｋｍ／ｈ１６０４．８４．６１．６５１．８０ｋｍ／ｈ１．８２．５７ＴＢＭ的施组特点应充分考虑到ＴＢＭ设备的采购周期较长（制造周期为１１～１２个月）的特点，按工期要求，有计划地合拶ｌ属Ｏ２００６中国高速铁路隧道国际技术交流会论文集■■■●■■●■■■■■■■■■■●■■■■■■■●■■ｈ＿■■■■■＿ｒｆｒｔ●■■■■■■■一理组织好ＴＢＭ及后配套设备的采购工作。应充分考虑ＴＢＭ对地质的适应性，根据隧道的围岩条件选用适应地质条件的ＴＢＭ，合理组织好ＴＢＭ及后配套设备的选型，并组织好ＴＢＭ设备的监造工作。应充分考虑到使用ＴＢＭ的特殊性，作好施工现场的准备工作，包括用电线路的架设，通往施工现场的道路、桥梁的修筑和加固，临时工程的施工工作，组织好ＴＢＭ大件的运输、安装、调试、掘进准备工作，并作好技术培训和材料、机具需要量计划；这些与ＴＢＭ的购置同步进行。应充分考虑ＴＢＭ施工的特点和ＴＢＭ通过特殊地质地段的设计方案、工程措施以及场地及水电情况对ＴＢＭ的特殊要求。８客运专线隧道应用ＴＢＭ的建议当前，作为铁路跨越式发展重要标志的客运专线也已拉开了序幕，并迅速掀起了建设高潮。“十一五”期间，中国将修建客运专线１００００ｋｍ，其中隧道约占２０００ｋｍ。目前，铁路及客运专线隧道一般采用钻爆法施工。采用钻爆法施工，作业条件差、安全隐患多、施工噪声大、粉尘大、施工进度较慢、劳动强度较大。对于某些长隧道，钻爆法难以达到快速，优质、安全、经济建成的目的。客运专线从特长隧道运营安全出发和列车运行空气动力学效应的影响，不宜设单洞双线，宜分洞运行，设计成双洞单线。对于长单线铁路隧道建议优先采用ＴＢＭ施工，并根据地质情况选用开敞式ＴＢＭ或双护盾ＴＢＭ。建议表２所列铁路隧道可经专家论证后优先采用ＴＢＭ施工。裹２适宜采用＇ＩＢＭ施工的铁路隧道Ｔａｂｌｅ２ＲａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴＢＭ序号隧道名称长度＜ｋｉｎ）线路名称地质情况备｝丰青藏线岩夹板岩、灰岩，变质砂岩、石炭系片岩，双洞单线１关角隧道４０．１西格殷大理岩、片麻岩等时速２００ｋｍ／ｈＣＫ方案２２．３ｌＣ９Ｋ方案２２．３ｌ志留系砂岩及片岩、石炭系灰岩及砂岩，双洞单线２中天山隧道南疆线ｃⅡＫ方豢３２花岗岩、片麻岩及片岩时建１６０ｋｍ／ｈ３新井子隧道１３．９甫疆线花岗岩为主１６０ｋｍ／ｈ雁门关隧道１４．１３２北同蒲以侵＿人岩为主，发育１４条断裂２００ｋｍ／ｈ５八苏山隧道１０４２太包线玄武岩，花岗岩，Ⅱ．Ⅲ级占８８％２００ｋｍ／ｈ６杜家山隧道１４．３西康二线志留系片岩，泥盆系千枚岩、千枝岩夹灰１６０岩ｋｍ／ｈ西秦岭隧道等大于２０ｋｍ石炭系灰岩夹板岩、二叠幕板岩、央砂７约ｉ００ｋｍ双洞单线隧道约４崖兰滴线岩、板岩夹灰岩，砾岩夹砂岩、砂岩、板时速２００ｋｍ／ｈ岩．千枚岩等８１０～２０ｋｍ隧道约４座约８０ｋｍ双洞单线兰渝线砂岩央泥岩、板岩’砂岩、灰岩、夹板岩等时速２００ｋｍ／ｈ９关于适宜采用盾构法施工的客运专线隧道目前，广深港客运专线１０．８ｋｍ长的狮子洋隧道（双洞瞽线），拟采用４台≠１１．１２ｍ大型泥水盾构施工；北京铁路北京站至北京西站地下直径线隧道拟采用２台≠１１．９３ｍ大型泥水盾构施工Ｉ浦东铁路黄浦江隧道，隧道建筑长度８１８０ｍ，隧道内径≠９．２４ｍ，可采用１～２台盾构施工｝上海至南通段的沪通铁路长江隧道，长２１．３５ｋｍ，可采用２～４台盾构施工。哈大客运专线长春地下隧道，长４．６ｋｍ，拟采用１台≠１４．６８ｍ大型泥水盾构施工。ｋ５镗｜ＴＢＭ在客运专线隧道施工中的应用分析＠Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆ＂ＩＢＭＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＤｅｄｉｃａｔｅｄＰａｓｓｅｎｇｅｒＴｕｎｎｅｌＣＨＥＮＫｕｉ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＴｕｎｎｅｌＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ４７１００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｄｉｃａｔｅｄｐａｓｓｅｎｇｅｒｌｉｎｅｉｓａｌｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｙｍｂｏｌｏｆｔｈｅｌｅａｐ－ｆｏｒｗａｒｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒａｉｌｗａｙ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｎ１ｌｔｈｆｉｖｅ－ｙｅａｒｐｌａｎ，２０００ｋｍｌｅｎｇｔｈｏｆｔｕｎｎｅｌｓｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌ＋ｂｌａｓｔｍｅｔｈｏｄｃｏｓｔｃａｌｌｄｅｄｉｃｍｅｄｐａｓｓｅｎｇｅｒｌｉｎｅｗｉｌｌｂｅｂｕｉｌｔ．Ｉｎｓｏｍｅｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌｓ，ｔｈｅｎｏｔｅｎｓｍ＇ｅｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｒａｐｉｄｃｏｎｓ”ｕｃｔｉｃｎｗｉｔｈｇｏｏｄｑｕａｌｉｔｙ，ｓａｆｅｔｙａｎｄｏｏｓａｖｉｎｇ－ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆＴＢＭｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎａｂｙｓｉｓ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｔｈｅＴＢＭｏｒｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｕｓｅｄｉｎｄｅｄｉｃａｔｅｄｐａｓｓｅｎｇｅｒｎｍｎｅｔＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＢＭ；Ｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅ；Ｄｅｄｉｃａｔｅｄｐａｓｓｅｎｇｅｒｌｉｎｅ；Ｔｕｎｎｅｌｇ融＆§TBM在客运专线隧道施工中的应用分析
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