全断面硬岩隧道掘进机

机械设备

TBM（Tunnel Boring Machine）：

设备介绍

硬岩TBM是利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外。

优势

隧道掘进机里，全断面隧道掘进机安全可靠。

“每月最快可以掘进1000米，而传统的打眼放炮的钻爆法每月开挖距离在100米左右。”打眼放炮的施工方法原始又有极大的危险性，采用掘进机施工则相对安全、高效。

例如，第一条墨脱公路（即扎墨公路）的隧道是采用打眼放炮的施工方法，第二条即派墨公路的隧道是采用从德国进口的岩石TBM施工方法。

由于中国研制岩石TBM，中国工程里使用的岩石TBM，主要是国产品和德国品。

种类及用途

国际分类

欧美将全断面隧道掘进机统称为TBM，日本则一般统称为盾构机，细分可称为硬岩隧道掘进机和软地层隧道掘进机。

中国分类

中国则一般习惯将硬岩隧道掘进机（硬岩TBM）简称为TBM，将软地层掘进机称为盾构机。

硬岩TBM与软地TBM

(1)在岩石中开挖隧道的TBM：通常用这类TBM在稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道。这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩，保持掘进的高效率和工程顺利。

(2)在松软地层中掘进隧道的TBM（国内通常称为狭义盾构机）：通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。这类掘进机所面临的基本问题是空洞、开挖掌子面的稳定、市区地表沉降等。

对于全断面隧道掘进机，在国内有两种提法，其一是岩石掘进机（TBM），其二是盾构机。TBM就是适合硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。当然，盾构机也有安装硬岩TBM滚刀的复合盾构。而硬岩TBM又可分为敞开式TBM、双护盾式TBM、单护盾式TBM。

硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，最佳日进尺可达40m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。特别是高效快速可使工程提前完工，提前创造价值，对我国的现代化建设有很重要的意义。

而软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。

世界上生产硬岩掘进机TBM的厂家主要有美国罗宾斯ROBBINS，德国海瑞克HERRENKNECHT，德国WIRTH（2013年中国中铁工程装备集团有限公司收购该公司TBM知识产权），法国法码通NFM（现属中国北方重工NHI）。

盾构TBM与敞开式TBM

盾构TBM是采用盾构法（掘进的同时构建隧道之盾即支撑性管片），是广义盾构机，无论硬岩还是较松软的地层。

敞开式TBM：开挖隧道时不需要铺设管片，而是集开挖、支护、出渣于一体，可以实现隧道的一次成型，主要应用于长大硬岩隧道施工。

中国国产首台的硬岩TBM，即价值1.8亿元的“长春号”TBM，2014年12月27日下线，就是大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)，是全断面双护盾岩石隧道掘进机，自带护盾，不需要铺设管片。

广义狭义

广义

TBM（Tunnel Boring Machine）：广义含义：

（全断面）隧道掘进机（Tunnel 隧道，Boring掘进）。它分为敞开式隧道掘进机和广义盾构机。

盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建（铺设）隧道之“盾”（指支撑性管片），它区别于敞开式施工法。

（全断面）隧道掘进机一部分采用盾构法，一部分采用敞开式施工法，例如，由中国铁建重工自主研制的全断面双护盾岩石隧道掘进机(TBM) 自带双护盾，不需要构建（铺设）隧道之“盾”即不需要铺设管片，而是集开挖、支护、出渣于一体，可以实现隧道的一次成型。

掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。

狭义

狭义含义：全断面隧道掘进机，在中国，将用于岩石地层的称为（狭义）TBM（硬岩TBM），用于软土地层的隧道掘进机称为（狭义）盾构机。

专家介绍

TBM专家---石家庄铁道大学杜立杰教授，自1995年近20年来，从事硬岩TBM领域的科研和技术攻关，长期驻扎TBM施工现场，参与了我国80%以上硬岩TBM工程的技术支持，在TBM设计、施工领域有深厚理论功底和丰富工程实践经验，被众多企业聘请为TBM技术咨询专家、TBM技术商务谈判专家、TBM投招标专家，为我国重大工程建设做出了突出贡献。《科学中国人》杂志对杜立杰教授进行了报道：

中国研制

先是引进

大直径全断面岩石隧道掘进机作为国之重器，一个多世纪以来，这一设备一直被国外垄断，在TBM下线之前，国内的工程建设需求全部依赖进口。

1996年，第一台TBM引进中国，被用于秦岭铁路隧道的施工，这台进口TBM价格为3.8亿元，“当时我们的工资还不到一千元（1998年年中大学教师工资从五百多元调整为八百多元，1996年大学教授的工资还没有一千元，但是企业不同，企业主要靠奖金），我被深深震撼了。”彭正阳回忆。这些进口产品价格高昂，标准化的产品却不见得适用于中国地质，出现问题维修困难。

走向研制

2011年下半年，铁建重工与浙江大学、中南大学、天津大学，以及施工方中铁十八局携手研发国产TBM，突破了大功率、变载荷、高精度电液控制系统设计与集成技术、关键部件状态监测等核心技术。

此外，还根据引松供水工程隧洞“长距离、大埋深、高应力、高水压、高地温、大涌水、易岩爆”等地质特点和技术难点，针对性地研发出了这台价值1.8亿元的“长春号”TBM。

国产首台

2014年12月27日，拥有自主知识产权的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)，在湖南长沙中国铁建重工集团总装车间顺利下线。它的成功研制打破了国外的长期垄断，填补了我国大直径全断面硬岩隧道掘进机的空白。

投产成功

2017年8月20日，采用中国自主研制的首台TBM硬岩掘进机施工的国家“十三五”水利建设重点项目——吉林省中部城市引松供水工程总干线22.6公里引水隧洞贯通，为该项目按期在2019年年底建成通水奠定了基础。

吉林省中部城市引松供水工程将松花江水由丰满水库调入吉林省中部城市，输水线路总长263.45公里，总投资101.77亿元，是吉林省有史以来投资规模最大、输水线路最长、受水区域最广、施工难度最高的大型跨区域引调水工程。

2020年9月9日，国内首台新型敞开式TBM（隧道掘进机）——“北江号”在中铁十八局集团参建的广州北江引水工程正式开始掘进。

挺进海外

2022年5月，由中国铁建所属铁建重工研制的塞尔维亚首台双护盾TBM（全断面硬岩隧道掘进机）顺利始发，首次应用到海外矿业领域。

研究现状

全断面硬岩掘进机（Full Face Rock Tunnel Boring Machine，以下简称TBM），TBM是集机械、电子、液压、激光、控制等技术于一体的高度机械化和自动化的大型隧道开挖衬砌成套设备，是一种由电动机（或电动机——液压马达）驱动刀盘旋转、液压缸推进，使刀盘在一定推力作用下贴紧岩石壁面，通过安装在刀盘上的刀具破碎岩石，使隧道断面一次成型的大型工程机械。TBM施工具有自动化程度高、施工速度快、节约人力、安全经济、一次成型，不受外界气候影响，开挖时可以控制地面沉陷，减少对地面建筑物得影响，水下地下施工不影响水中地面交通等优点，是岩石隧道掘进最有发展潜力的机械设备。