隧道掘进机施工法概述

隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）施工法是用隧道掘进机切削破岩，开凿岩石隧道的施工方法。隧道掘进机是一种机械化的隧道掘进设备，它问世于20世纪30年代，是一种针对性很强的施工机械。不同的地质条件需要不同的掘进方式，也就产生了不同类型的隧道掘进机，有些适用于软弱不稳定地层，称为（机械化）盾构。目前，盾构在我国城市地下铁道区间隧道的施工中已普遍采用，而在山岭隧道中的应用尚为鲜见。有些掘进机适用于坚硬岩石地层，我国习惯所说的隧道掘进机就是指这类岩石掘进机（图12-1-1）。由于在长大隧道中，地层性质往往都不是单一的，经常会遇到复杂多变的地质条件，因此需要有既能适应软岩又能适应硬岩的掘进机，通过将岩石掘进机与盾构相结合就成了实用性较强的混合式掘进机，称为护盾式掘进机。这类掘进机于20年代70年代已经研制出来，并得到成功应用。

图12-1-1　开敞式全断面掘进机

隧道掘进机广泛采用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态，可一次性完成隧道全断面掘进、初期支护、石渣运输、仰拱块铺设、注浆、风水电管路和运输线路的延伸等，就像一列移动的火车，实现了隧道的工厂化施工（图12-1-2），因此有“移动式掘进工厂”之称。从总体上来看，掘进机技术体现了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学等高新技术的综合和密集使用，是当今世界上最先进的隧道施工机械。(www.xing528.com)

图12-1-2　TBM施工场面示意图

掘进机施工具有施工安全、掘进速度快、机械化程度高、显著改善施工环境、劳动条件好、节省劳动力、围岩扰动小、对环境影响小、经济等优点。而其最大的优点是快速，施工速度可达到常规钻爆法的3～10倍。因此随着掘进机技术的迅速发展和机械性能的日益完善，隧道掘进机施工得到了很快发展。特别是近几十年来，隧道掘进机施工法已逐渐成为一种成熟并具有竞争力的隧道施工技术而被许多隧道作为主要施工方案进行比选。虽然目前山岭隧道施工中仍普遍采用钻爆法，而且掘进机也很难取代钻爆法，但用掘进机施工的隧道数量在不断上升。实践证明，当隧道长度与直径比大于600时，采用掘进机施工比较经济。可以根据不同工程对象选择不同的掘进机直径，一般来说，水工隧洞直径为3～10 m、铁路隧道直径为6～10 m、公路隧道直径为8～12 m时，掘进机可以一次掘进成形。对于高速铁路隧道和公路大断面隧道，还可以采用小直径的掘进机进行导洞施工然后进行钻爆法扩挖成形（图12-1-3）。

掘进机法也有其局限性，主要缺点有：主机重量大，运输不方便，安装工作量大，需要现场有良好的运输、装卸条件以及40～400 t的大型起重设备；购买掘进机的一次性费用高，还要购买配件、技术协助、运费等。因此，首先，短隧道使用掘进机是不经济的，要求隧道有一定的长度，一般使用掘进机的隧道经济长度为3～15 km；其次，掘进机必须一机一洞，即一个隧道施工完后下一个工程的横断面必须与前者相同，否则即使设备完好也难物尽其用。与钻爆法相比，掘进法对地质条件的适应性比较差，围岩的单轴抗压强度在50～200 MPa之间较为适宜，当遇到不良地质时，如遇到岩爆、暗河、断层等情况时，很难处理，会造成长时间停工，甚至不得不取消掘进施工方法。因此，在地质条件较复杂的条件下，采用掘进机法要格外慎重。