试论TBM在铁路隧道施工中的应用

摘要：TBM作为新型的集掘进、钻进和支护为一体的新型系统数字化隧道挖掘机，相对传统的挖掘技术更加准确便利，已被广泛应用于交通、水利水电、市政、矿山开采和国防等工程中。TBM岩石挖掘速度是传统常规钻爆法的4～10倍，施工速度快，方便快捷，经济安全，能够有效地节省工时和建造成本，极大地提高了施工单位的经济效益，同时TBM推广对我国的铁路建设有着重要的意义。文章对TBM在铁路隧道施工中的应用进行了探讨，分析了TBM的优缺点，旨在为TBM在铁路隧道施工的推广使用提供参考意见。

关键词：TBM；数字化隧道挖掘机；铁路隧道施工；系统信息化

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0037-02

TBM主要采用回转刀进行挖掘，同时对洞内的围岩进行破碎和掘进，是铁路隧道施工的一种先进的施工设备；它利用信息、遥控、电子和遥测等先进的技术对整个施工作业进行监测和指导，保持挖掘的最佳状态。在国内铁路建设和城市地铁施工中普遍使用，目前常见的TBM挖掘机主要有全断面隧道掘进机和臂架式钻进机械。

1 TBM的分类和适用地质

根据TBM的适用地质，将TBM分为两种：

（1）岩石掘进机又叫做硬岩TBM，对于岩石坚硬、岩石厚度大、深度较大的地形，这种机器能够有效地破岩，保证施工的安全顺利和高效完成。硬岩TBM主要用于一些山岭隧道的挖掘，挖掘速度快，有效地减少了工时和劳动力，同时对环境的破坏较小，是铁路施工时常用的机械。硬岩TBM又分为护盾式TBM和敞开式TBM。敞开式TBM配置喷锚和钢拱架安装器等设备，同时可以用于软岩石的开掘。单护盾锚多用于地质恶劣的隧道施工中，掘进能力强，但是施工进度慢。双护盾TBM同敞开式TBM一样，可以运用于软硬岩石的开采。硬岩TBM的三种形式的相互配合可以保证铁路隧道施工的顺利进行。

（2）TBM还有一种主要用于城市建设的软岩硬岩TBM，这种机器主要用于城市地铁等基础建设中。

2 TBM的施工组织要求

TBM制作周期长，需要一年左右的时间，同时机械造价成本高，因此，施工单位在进行施工之前，应该提前进行TBM的采购和准备工作，保证施工的顺利进行，有计划地进行施工。TBM对不同的地质有着不同的施工特点，因此，在进行TBM的采购时要对地形进行详细的勘察，合理选择适当的机械，对机械配套的设备的型号和性能也要合理选择，保证TBM建造能够适应工程需要。TBM施工不同于传统的施工，这就要求施工单位在使用前做好准备工作，保证施工的顺利进行。TBM供电要采用10kV的高压变压器，其余施工设备电力需要由低压变压器提供，对施工线路进行提前架设，保证施工用电的良好，保证TBM工作中的充足供电。TBM机体较大，施工单位必须做好运输的准备工作，对所需的道路、桥梁等提前勘察，保证机器顺利安全到达施工现场，同时做好TBM的安装、调试等掘进前准备工作，机械的组装需要与施工现场需要相符合，科学组装配套装备，保证TBM性能的发挥。TBM操作需要较强的专业技术，施工单位要引进培训专业的施工人员，保证机械的安全高效操作，满足施工的要求。这些问题在采购TBM的时候就需要施工单位同步进行，避免耽搁工程时间。

3 TBM相较传统掘进机的施工优势

TBM相较传统掘进机主要有以下优势：

3.1 高效

TBM集多种先进的挖掘和控制技术于一身，实现了机械的连续工作，同时完成破岩、掘进、出渣和支护等施工作业，施工一体化，掘进速度快，减少时间的浪费，同时TBM的掘进速度是传统掘进机的4～10倍，能够有效地节省工期，提高了施工方的经济效益，TBM在挖掘时所需作业人员较少，节省了劳动力使用产生的成本，同时也降低了施工中资源的消耗。

3.2 优质

传统的掘进机工作需要爆破工作的支持，造成岩洞和周围岩层的震动，岩洞遭到破坏，TBM机掘进时无需爆破，避免对岩洞的破坏，保证洞壁的光滑完整。

3.3 安全环保

TBM施工过程中，无爆破施工，降低了爆破意外事故的发生，施工人员的安全得到了保证，也避免了爆破对环境造成的污染，对生态环境的破坏大大减少，水土流失现象明显减少。同时改善了洞内环境和施工环境，减少了施工人员的作业量，降低了作业人员的劳动强度。

3.4 系统信息化

TBM采用测量、传感器、超前地质探测、传感器、计算机控制和激光导向等计算机系统，隧道施工作业实现了气、光、液、电等的一体化，实现了信息化和自动化施工。

4 TBM施工存在的缺陷

TBM虽然有着以上优势，但是由于受到地质的限制和自身缺陷，有着明显的施工缺陷：

4.1 TBM体积大，配套设施多

TBM体积大，配套设施多，总重量达数千吨，体积庞大，运输难度较大，机械制作周期长，因此施工方不能随时进行施工，对铁路隧道施工造成了一定的限制。为了保证TMB的安全顺利运达施工地，企业需要对沿途的道路进行勘察和准备。TBM成本较高，要求施工单位必须有一定的经济实力，高成本也降低了TBM的适用性，不利于推广。TBM对水电和现场的环境要求较高，因此，施工单位在进行施工前需要耗费较大的精力、财力和人力为施工做准备，一定程度上增加了施工的成本。TMB施工要求较高，要求技术人员必须有专业的知识水平和过硬的实战经验才可进行操作，施工单位在人才引进和对人才的培训上需要花费一定的财力，无形中增加了施工成本。

4.2 TBM对地质敏感，适应性差

TBM对地质敏感，适应性差，虽然TBM不同型号可以对硬岩和软岩进行施工，但是对于高低应力隧道、软岩变形严重、溶岩暗河隧道等并不适用，这种地质下，爆破能够省时省力且更加灵活，更加适合施工需要。TBM对断层截面直径的要求一般保持在3～15cm，TBM对断面的适应性较差，断面直径小于3cm时，机械的配套设备不易安装布置，为施工带来一定的难度；断面大于15cm时又为TBM的运输带来困难，同时出现电力供给不足和造价过高等现象。对于断面变形的隧道，TBM也不适用。

4.3 TBM机体大，配套系统复杂

TBM机体大，配套系统复杂，移动困难，所需成本较大，因此，在一些中短隧道施工时并不适用，只有当隧道长度超过5.4km时才可以考虑使用。

5 结语

TBM相对传统的掘进方式，在铁路隧道开采中有着巨大的优势，然而也受到地质和经济成本等因素的限制。随着国家经济发展的需要，更多的新的铁路隧道被挖掘，西部大开发的需要和西部地形的实际情况都为TBM的使用提出了更高的要求，因此，建筑人员在对TBM使用操作的时候要不断地进行技术改良创新，以使TBM更加适应国家铁路建设和经济建设的需要，实现社会效益和企业的经济效益。

作者简介：李晓兰（1984—），辽宁鞍山人，供职于中铁十九局集团有限公司，研究方向：土木工程。

（责任编辑：刘 晶）