不適合TBM施工的隧洞工程地質條件
⑴ 軟弱岩體與隧道圍岩大變形問題
軟弱圍岩大變形對隧道施工和運營的影響極為嚴重，常造成延誤工期、增加投資等。如果採用TBM技術施工，則可能造成TBM掘進機報廢。大量工程實踐表明，隧道圍岩大變形不僅受岩土體結構控制，而且與地層岩性關系密切。根據野外地質調查結果，滇藏鐵路沿線不少地段發育有工程地質性質較差的軟弱岩體，主要包括中新生代的泥質岩、不同時代變質的片岩、劈理化板岩以及熱液蝕變作用形成的蝕變軟岩等，它們在隧道開挖條件下，將產生隧道圍岩大變形問題。
一、泥質岩與隧道圍岩大變形
1.泥質岩的一般工程地質特徵
泥質岩是各種泥岩、頁岩、粘土岩及泥質粉砂岩的總稱，從工程地質和岩石力學的角度，多數泥質岩屬軟弱易變的復雜岩石，或言之，大多數泥質岩屬軟岩（soft rock），很多工程事故的發生都與泥質岩的不良工程特性有關。值得一提的是，在工程實踐中人們往往將泥質岩與膨脹岩聯系在一起，實際上，膨脹岩是泥質岩中性質最壞的一類，並非所有的泥質岩都是膨脹岩。大量工程實踐和研究表明，泥質岩的工程特性及其在工程影響下的性質變化取決於泥質岩的成岩膠結作用和工程活化作用。盡管我國不同地區不同時代的泥質岩成岩膠結類型和膠結程度極其復雜，但仍有一定的規律性（曲永新等，1991），即：①古生界泥質岩為強膠結和極強膠結的非膨脹泥質岩，但上二疊統上部（上石盒子組和石千峰組）分布有一定數量的弱-中等膠結的微膨脹和弱膨脹的泥質岩。②中生界和新生界泥質岩以弱膠結和中等膠結類型為主，我國主要區域性弱膠結的膨脹岩地層包括：上侏羅統—下白堊統泥質岩、古近系泥質岩、新近系泥質岩，它們是我國工程地質性質最差的區域性軟弱岩石。③泥質岩成岩膠結作用不僅控制和影響岩石的膨脹勢，而且控制和影響岩石的強度和風化耐久性，即隨著膠結程度的升高，強度增大、耐久性增強。④受風化作用影響（包括古風化作用和現代風化作用）的泥質岩有膠結作用弱化、強度降低、物理化學活性增高的趨勢。
滇藏鐵路沿線的泥質軟岩主要分布在滇西北的揚子地台區，三江造山帶和喜馬拉雅造山帶地區的三疊系和古生界的泥質岩多發生了不同程度的變質作用而變成泥板岩、千枚岩和片岩等，其強度和崩解耐久性有所提高。滇西北地區的侏羅系和白堊系主要由砂岩與泥質岩互層組成，其中泥質岩（包括泥岩、粉砂質泥岩、泥質粉砂岩）所佔比例較大，主要表現為褐紅色或紫紅色及灰色或灰褐色，結構比較均一，呈塊狀或層狀。
2.與泥質岩有關的工程地質問題
前已敘及，泥質岩往往易於風化，是風化耐久性較差的岩石，也是邊坡易滑地層，工程場地以泥質岩作為邊坡岩體時，會出現不同程度的滑坡災害。根據以往工程實例分析，與泥質岩有關的隧道工程地質問題主要表現在以下方面：
（1）在深埋隧道開挖條件下，由於泥岩強度低，常常導致隧道圍岩變形量大，從而影響隧道施工安全和支護方式的選擇。
（2）弱膠結的泥質岩在鹽井一帶最大單層厚度可達3 m，在干濕交替變化條件下，將表現出明顯的膨脹性，促使隧道圍岩出現大變形，對隧道安全運營和支護有顯著影響。
（3）當泥質岩以薄夾層形式出現時，往往容易形成層間剪切帶，這種情況對邊坡穩定和隧道圍岩穩定都極為不利。
在滇西北大理-麗江段鐵路建設過程中，已經出現了泥質岩不良工程性質引起的隧道大變形問題，並制約了鐵路隧道施工安全。例如：2006年6月北衙隧道發生的塌方事故就與節理化泥質岩有很大的關系。
二、變質岩系中的軟弱岩體和韌性剪切帶與隧道圍岩大變形
變質岩系列中富含片狀礦物的片岩（綠泥石片岩、雲母片岩、滑石片岩、雲母石英片岩、角閃片岩等）、千枚岩、薄板岩等不僅岩性軟弱，而且通常片理、板理發育，各向異性顯著，在工程上通常屬於軟弱岩組。在淺埋隧道中，常因風化程度高，岩石性質變得極其軟弱，隧道極難支護；在深埋隧道開挖條件下，可能出現圍岩片幫、潰曲和底鼓等大變形現象，嚴重影響隧道施工安全和支護方式的選擇。根據野外調查和區域地質資料綜合分析，工程沿線該類軟弱岩體主要分布於以下區段：①虎跳峽鎮-小中甸；②奔子欄-德欽北；③通麥-魯朗；④米林-加查等地段。還應當看到，滇藏鐵路沿線穿越規模較大的斷裂帶不計其數，斷層泥與碎裂岩的組合帶可能引發較大規模的大變形，鑒於斷裂帶對工程的影響眾人皆知，不再贅述。
在滇西北-三江地區，普遍發育一種特殊的構造型式——韌性剪切帶，其與藏東南和喜馬拉雅構造帶的廣大變質岩系均屬造山帶產物。在中溫和中高壓條件下，造山帶強烈的構造變形作用形成的斷裂大多表現為片理化、劈理化形式的韌性剪切帶，很少為脆性斷裂，因此很少看到典型的斷層泥、碎裂岩等。由於三江地區韌性剪切帶的分布范圍和伸展方向與規劃中的滇藏鐵路線路總體延伸方向基本一致，鐵路線不可避免地要穿過這些韌性剪切帶，因而對滇藏鐵路的規劃和建設具有一定的影響。
1.滇西北-三江地區韌性剪切帶的構造特徵
滇西北地區韌性剪切帶的發育主要受區域地質構造控制。受地質歷史時期多次構造運動的影響，滇西北地區反映擠壓剪切作用的韌性剪切帶十分發育，其空間分布和產狀多與區域活動斷裂一致，局部成為斷裂帶的重要組成部分。按其集中分布區域和與之相關的區域斷裂帶，從雲南麗江至西藏鹽井，由南到北可劃分為3個劈理化帶密集分布區：中甸斷裂韌性剪切帶分布區、金沙江斷裂韌性剪切帶分布區和瀾滄江斷裂韌性剪切帶分布區（圖11-20）。3 個集中分布區空間展布方向由近SN向NW-SE偏轉，呈右階雁行排列。各分布區內韌性剪切帶分布集中，規模大（上百米至幾百米），空間排列交錯斷續。
（1）瀾滄江斷裂韌性剪切帶
該韌性剪切帶北起西藏自治區芒康縣鹽井鎮，向南經佛山、古水，到雲南省德欽縣昇平鎮境內，長度大於130 km。區內韌性剪切帶廣泛分布，瀾滄江斷裂沿瀾滄江河谷蜿蜒延伸，與韌性剪切帶走向一致，時而切割韌性剪切帶。剪切帶主要以劈理形式出現，走向一般為330°～340°，高角度傾斜，傾角一般在80°以上。劈理穿過不同時代的地層，其中最新地層是古近系湖相淺黃色變質長石砂岩夾白色灰岩，說明韌性剪切帶在新生代有活動。劈理切割不同岩性的岩石，以板岩中板劈理最整齊，常常與層理相一致；灰岩中劈理分布不均，往往夾有擠壓透鏡體，有的是大型擠壓透鏡體；砂岩和玄武岩中劈理發育程度介於板岩和灰岩之間（圖11-21）。劈理帶中有岩脈穿插，局部沿劈理面發育有擦痕、階步和羽列，指示沿劈理面有多期位移。
圖11-20 擠壓劈理化帶分布區
圖11-21 瀾滄江右岸魯瓦村北的韌性剪切帶剖面圖
（2）金沙江斷裂韌性剪切帶
與金沙江斷裂相關的韌性剪切帶主要分布在斷裂兩側及其斷裂剪切帶范圍內，在調查區域內，金沙江韌性剪切帶在德欽縣奔子欄鎮-賀龍橋段比較典型，該處劈理間距0.5～20 cm，呈330°～350°方向展布，傾角較陡，一般在70°～80°左右，局部直立（圖11-22）。沿韌性剪切帶發育斷層三角面地貌。在軟硬相間的岩石中，軟弱層強烈片理化，堅硬層破碎並受擠壓形成透鏡體，灰岩中透鏡體常形成江邊突出的礁島。當沿劈理化方向有岩性軟硬變化時，則發生揉皺彎曲。片理或劈理產狀具有不穩定性，面與面之間有相互穿插，這種穿插導致岩石碎裂化。
（3）中甸斷裂韌性剪切帶
該韌性剪切帶主要沿中甸斷裂方向延伸，在斷裂兩側一定范圍內分布。韌性剪切帶中劈理分布密集，局部地段韌性剪切帶成為斷裂帶的主要組分。在上虎跳峽口，韌性剪切帶產狀與中甸斷裂關系密切，走向310°～330°，傾角較陡，一般75°～85°，劈（片）理化岩體剖面上延伸寬度超過400 m，發育在灰黑色板岩、灰色劈（片）理化玄武岩和深灰色劈理化灰岩中，被EW向斷裂切割，反扭錯斷（圖11-23）。劈理化結構面間距一般1～20 cm，結構面平直細密，岩體中多見方解石、石英細脈穿插；局部片理化發育，厚約0.2～5 cm，揉皺發育，較破碎，在重力作用下易變形，在400 m范圍內，有多處崩塌落石和滑坡地質災害點。
圖11-22 德欽縣奔子欄一帶的韌性剪切帶剖面圖
圖11-23 麗江玉龍縣金沙江右岸上虎跳峽口韌性剪切帶剖面圖
2.韌性剪切帶對隧道工程的影響分析
滇西北地區韌性剪切帶分布廣泛，常表現為劈理密集、岩體破碎，帶中岩性復雜，工程地質性質多變，常常和其他方向的斷裂、劈理帶及節理岩脈相交切，在後期的構造運動和外動力作用中受到進一步的改造，有的揉皺作用強烈，使得帶內劈理變得更加密集和復雜，岩體性質進一步惡化。除了對斜坡穩定性產生顯著影響外，韌性剪切帶對隧道穩定性的影響也比較顯著。
圖11-24 劈理化岩體彎折潰曲機理和簡化力學模型
當韌性剪切帶的劈理面或片理面傾角較陡，岩體（如板岩、千枚岩）強度軟弱時，隧道圍岩可以發生彎折、潰曲破壞；在隧道頂板和肩部，劈理面和其他次一級節理面組合，容易形成不穩定的塊體，造成隧道頂板掉塊甚至冒頂；若設計隧道走向與劈理面走向平行，作為隧道圍岩中的一組優勢岩體結構面，在邊牆附近岩體沿劈理面容易產生片幫剝落或垮塌；在岩體片理化程度高，揉皺發育地段，岩體比較破碎，對隧道整體穩定性不利，當與其他結構面在空間上有不利組合時，可能會發生大范圍的塌方。特別是當地應力水平較高、隧道埋深較大、劈（片）理化岩體儲能性質較強時（片理化灰岩，片理化玄武岩等），在一側圍壓卸除條件下，容易發生快速彎折潰曲現象，其發生機理為：隧道開挖造成岩體快速卸荷，在較強的地應力作用下，沿平行隧道壁的劈（片）理面進一步發育成張裂隙，將圍岩分割成薄板狀，薄岩板受力彎曲，儲存應變能，同時向隧道臨空方向位移，當位移超過某臨界值，裂隙迅速擴展，使隧道圍岩發生快速大變形，甚至發生岩爆（圖11-24）。
三、粘土化蝕變軟岩與隧道圍岩大變形
滇藏鐵路途經的三江和藏東南地區地質構造演化異常復雜，經歷了多期強烈的構造岩漿作用並伴隨發生岩漿熱液成礦和熱液蝕變作用，加之新近紀以來青藏高原強烈隆起為特色的差異性新構造活動及高山峽谷地貌，使得滇藏鐵路建設面臨著極為復雜的工程地質環境，遇到了多種多樣的復雜工程地質問題。其中，鐵路沿線廣泛分布、類型多樣的火成岩侵入體在熱液蝕變作用下常形成粘土化（蒙脫石化、伊利石化、高嶺石化）蝕變岩帶，尤其是蒙脫石化蝕變岩既是強度極低的軟岩，又是典型的膨脹岩，由其引起的隧道和邊坡變形破壞問題比較突出（照片11-1）。研究表明，造山帶、構造岩漿帶、熱液成礦帶的區域發育規律決定了蝕變岩的區域分布和發育特徵及工程特性，例如滇藏鐵路滇西北段多為蒙脫石化，西藏段多為高嶺石化和伊利石化。因此，很有必要根據鐵路沿線構造-熱液作用和成礦規律，對蝕變岩的類型、形成機理和發育規律進行分析，並研究蝕變岩的不良工程地質特性，從而指導滇藏鐵路蝕變岩分布區的工程地質預測及工程問題防治。
滇藏鐵路沿線的蝕變岩是喜馬拉雅-三江成礦域的重要組成部分，跨越青藏東部、川滇西部的橫斷山區，面積50×104 km2。該帶地處特提斯-喜馬拉雅構造帶的東部及向南急轉彎部位，是中國最重要的岩漿熱液成礦域之一。蝕變岩的分布規律主要表現在蝕變岩類型和發育程度具有明顯的分區性。根據野外調查和測試分析，大致可以將滇藏鐵路沿線劃分為3個區，即：滇西北蒙脫石化基性超基性蝕變岩分布區、德欽-八宿蝕變岩分布區、藏南蝕變岩分布區。
1.滇西北蒙脫石化蝕變岩分布區
該分布區出露的多為蒙脫石化蝕變岩帶，蝕變岩具有單體規模小、蝕變程度高、工程性質差的特點。蝕變岩的粘土礦物組成絕大多數都是單礦物的蒙脫石，導致該地區的蝕變岩既是強度極低的軟岩，又是典型的膨脹岩。該分布區的蝕變岩，以母岩普遍發生蒙脫石化為主要特徵。主要屬於岩漿期後的熱液蝕變岩，少量為火山岩的熱液蝕變。根據滇西北蒙脫石化基性超基性蝕變岩分布特徵，大致可劃分出3個蝕變岩帶（圖11-25）。
（1）大理-金坪基性和超基性岩帶 位於金沙江-哀牢山縫合帶東緣，揚子准地台的西緣，中小型火成岩體密集成群分布在大理海東一帶和南端的金坪地區，單個岩體延伸排列與所處構造方位一致。其岩石組合主要可分為環狀和層狀2種類型：① 環狀基性超基性岩體多呈NW-SE向呈帶狀分布，單個岩體呈似層狀、扁豆狀和扁柱狀。岩體通常內部為超基性、外部為基性，多與圍岩呈近似整合狀接觸，少數切穿圍岩。岩體長度一般小於1.0 km，寬數百米，MgO含量28.8%～39.2%。② 層狀基性超基性岩體主要為眾多分布廣但規模小的岩牆，厚數米至數十米，少數呈岩株狀出現，其岩石類型包括輝綠岩、輝長輝綠岩或輝綠玢岩。這些岩脈大多沿區內次級斷裂及其交匯的部位分布。
（2）金沙江基性和超基性岩帶 主要位於金沙江斷裂與德欽斷裂之間，岩帶長約240 km、寬25 km的南北地帶，已知岩體超過200個，組成20餘個岩群，如德欽白茫雪山埡口、東竹林等岩群，每個岩群由幾至十幾個岩體組成。超基性岩體的分布通常與斷裂一致，單個岩體長數十至數百米，長寬比一般5：1～20：1，岩體多呈單斜層狀或透鏡狀，與圍岩產狀近乎一致。基性岩一般呈長條狀出露，長數十至數百米，寬數米至數十米。岩石類型主要為輝綠玢岩、輝綠岩、輝長岩等，也有中性、酸性侵入體分布。德欽白茫雪山北麓冰磧物中的大量蒙脫石礦物即來自於該蝕變岩帶。
（3）中甸-麗江中性和中酸性斑（玢）岩帶 單個岩體形態復雜，規模較小，主要岩石類型為閃長玢岩、花崗閃長玢岩、石英二長斑岩、二長花崗斑岩、花崗斑岩，多分布在區域斷裂兩側。
2.德欽-八宿蝕變岩分布區
本區可劃分為2個帶，一是瀾滄江基性和超基性岩帶，另一個是三江上游分布區。前者主要位於瀾滄江斷裂東側，已知岩體近百個，其展布與構造線一致，多呈NNW-近SN向。後者比較分散，並且常與乾燥河谷硫化礦床氧化帶的硫酸鹽類析出物相伴生。該分布區的蝕變岩帶具有以下發育特徵：
照片11-1 滇藏鐵路沿線典型蝕變軟岩特徵
圖11-25 三江地區地質背景和主要蝕變岩帶分布圖
（1）蝕變岩多處於構造斷裂部位或遭到構造破碎的區域。
（2）大量表生硫酸鹽類沉積和氧化帶棕色、棕紅色、橘黃色等顏色特徵以及黃鐵礦的分布說明，許多蝕變岩的形成與硫化物礦床（礦脈）的熱液蝕變和表生氧化作用有關。
（3）蝕變程度及蝕變岩性質都極不均一。
（4）根據現場調查和原岩XRD測試結果，發生蝕變的火成岩侵入體以中酸性岩漿岩為主，岩石的蝕變主要是斜長石的蒙脫石化；黑雲母、角閃石的綠泥石化。
（5）處於硫化礦氧化帶部位的蝕變岩，因受水的作用，在粘土礦物組成上出現明顯的高嶺石化現象（高嶺石相對含量達19%～25%）。
3.藏南蝕變岩分布區
該區可以按照蝕變岩類型進一步劃分為3個帶（亞類），即喜馬拉雅高溫水熱蝕變岩帶、波密區域性大斷裂花崗岩中低溫水熱蝕變岩帶、基性超基性岩蒙脫石化蝕變岩帶。
（1）喜馬拉雅高溫水熱蝕變岩帶 喜馬拉雅縫合帶屬於中國乃至世界熱流高異常區，溫度高於80℃溫泉43處，沸泉42處，地下水富含S、Cl、Na等元素，熱水的水化學類型包括：SO4·HCO3—Na，HCO3 ·SO4—Na，SO4 ·Cl—Na。由於地下水富含、Cl-，蝕變岩普遍發生了高嶺石化現象，尤其是日多溫泉一帶安山岩的蝕變岩中高嶺石含量達28%～55%。應當指出，該蝕變岩帶水熱作用不均一，沿裂隙呈面狀蝕變，蝕變岩性質較差（圖11-26，圖11-27）。
（2）波密區域性大斷裂花崗岩中低溫水熱蝕變岩帶 XRD定量測試結果表明，該蝕變岩帶的粘土礦物組成為高混層比的伊利石/蒙脫石混層礦物、少量伊利石和綠泥石。其中，伊利石主要來自鉀長石的蝕變作用，綠泥石為角閃石、黑雲母的蝕變產物。在中低溫地下水作用的斷裂帶中常有次生CaCO3分布，由於斷裂帶岩石比較破碎，加上高混層比的I/S混層礦物的大量分布，此類斷裂蝕變岩通常具有很高的物理化學活性和極低的強度，在隧道或邊坡開挖中極易產生地質災害。
圖11-26 西藏日多溫泉一帶的蝕變岩發育特徵剖面
圖11-27 西藏德仲溫泉一帶蝕變岩特徵剖面
（3）基性超基性岩蒙脫石化蝕變岩帶 該類蝕變岩以曲松紅旗鉻鐵礦為代表，礦體圍岩（輝橄岩）蒙脫石化蝕變程度高，工程性質差（照片11-1）。
4.粘土化蝕變軟岩對隧道工程建設的影響
由於粘土化蝕變岩不良的工程地質特性，在隧道掘進和邊坡開挖中常出現嚴重的岩體變形破壞問題。例如，滇藏鐵路大理-麗江段的禾洛山隧道，圍岩為遭受熱液蝕變的玄武岩，在宏觀上表現為相對較完整的玄武岩夾蒙脫石化蝕變岩組合。在2005年隧道工程施工過程中，自DK55+622至DK61+710約5 km的范圍內，曾發生過5次與蒙脫石化蝕變岩有關的塌方問題，有時甚至不到100 m就會出現一次塌方，塌方體積一般20～30 m3。由於強烈粘土化蝕變的岩體常呈土狀或泥狀，現場技術人員常把它們看作是凝灰岩及其全-強風化的產物。而實際上塌方的出現主要是由於蒙脫石化蝕變岩的性質非常軟弱，在干濕交替和鬆弛條件下極易發生膨脹變形，加上圍岩節理發育、破碎程度高，開挖後自穩能力差，從而造成圍岩坍塌（圖11-28）。在西藏段，由於蝕變作用常與乾燥河谷硫化礦床氧化帶鹽類析出物相伴產出，不僅岩體的工程性質軟弱，而且硫酸鹽類析出物的腐蝕作用和鹽脹作用也是重要的工程地質難題，因而使得問題更加復雜化。
圖11-28 禾洛山隧道掌子面（DK61+235）處的蝕變岩破壞特徵
現場調查和室內測試認為，蝕變岩的分布與鐵路沿線熱液礦床的分布具有相似的規律。在蝕變岩工程地質調查中，不僅要搞清熱液礦床和區域熱液蝕變岩帶的分布，還要注意溫泉和地下熱水的分布，它們的長期作用亦可使岩石產生蝕變。隧道建設主要應從以下方面加強防治工作：
（1）根據工程區蝕變岩的發育特徵和分布規律，結合前期地質勘察成果，開展隧道工程地質超前預報，主要可以採用深入細致的隧道地質編錄與水平超前鑽及TSP綜合預報相結合，及時掌握蝕變岩的分布及其工程性質變化。
（2）在粘土化蝕變岩帶開挖隧道，應加強超前支護，根據蝕變岩的厚度和性狀加長超前支護導管的長度，並在蝕變岩出露部位縮短環向支護間距，適時實施全封閉支護，穩定開挖面。對於正常支護的徑向錨桿，應根據圍岩情況長短結合。在軟弱破碎岩體區，錨桿可適當地加密、加長。
（3）在粘土化蝕變岩分布區，應合理選擇施工方法，隧道開挖宜採用微台階法，少爆、多挖，減少擾動。此外，蝕變岩分布區的隧道圍岩通常軟硬變化較大，使用TBM施工時，可能因軟弱圍岩大變形和不均一變形而造成卡機事故，因此，TBM技術不適用於大量分布此類圍岩的隧道施工。
（4）粘土化蝕變岩的物質組成和結構決定了在有水的情況下隧道塌方、冒泥問題更為顯著，因此，在富水地段應採取堵排結合的方法，採用帷幕注漿或超前鑽引水，盡量減少隧道圍岩與地下水的作用。
⑵ tbm施工方法的缺點有哪些
設備購置成本及使用成本高；
施工途中不能改變開挖半徑；
地質適應性差；
斷面適應性差；
設備運輸困難
⑶ TBM技術在中國哪些水利水電工程監理施工中有應用啊
1、TBM的發展歷史
TBM是在1846年由義大利人Maus發明的。1851年，美國人查理士·威爾遜開發了一台TBM，在花崗岩中試用，未獲成功。1881年波蒙特開發了壓縮空氣式TBM，並成功應用於英吉利海峽隧道直徑為2.1m的勘探導坑。
美國羅賓斯(Robbins)公司自1952年開發製造出了現代意義上的第1台軟岩TBM後，1956年又研製成功中硬岩TBM。從此，TBM進入了快速發展時期。目前，全世界范圍內的TBM製造商有30餘家，最具實力的是德國的威爾特公司、美國的羅賓斯公司、德國海瑞克公司、加拿大的拉瓦特公司、日本的三菱公司等。國外TBM技術已經相當成熟，這為復雜地質條件下的隧道工程建設提供了技術保障。
2、TBM的分類及地質適應性
目前，TBM主要分為以下3種類型，並分別適應於不同的地質。
①開敞式TBM。常用於硬岩，在開敞式TBM上，配置了鋼拱架安裝器和噴錨等輔助設備，以適應地質的變化。當採取有效支護手段後，也可應用於軟岩隧道。
②雙護盾TBM。適用於各種地質，既能適應軟岩，也能適應硬岩或軟硬岩交互地層。
③單護盾TBM。常用於劣質地層。單護盾TBM推進時，要利用管片作為支撐，其作業原理類似於盾構，與雙護盾TBM相比，掘進與安裝管片2者不能同時進行，施工速度較慢。單護盾TBM與盾構的區別有2點:一是單護盾TBM採用皮帶機出碴，而盾構則採用螺旋輸送機出碴或採用泥漿泵通過管道出碴;二是單護盾TBM不具備平衡掌子面的功能，而盾構則採用土壓力或泥水壓力平衡開挖面的水土壓力。
一般情況下，整條隧道地質情況都差的作業條件下使用單護盾TBM;在良好地質中則使用開敞式TBM;雙護盾TBM常用於復雜地層的長隧道開挖，一般適用於中厚埋深、中高強度、地質穩定性基本良好的隧道，對各種不良地質和岩石強度變化有較好適應性。
3、國內使用TBM的情況介紹
我國最早使用TBM施工的是水利水電工程。早在20世紀70年代，雲南西洱河一級電站引水隧道使用了上海水工廠製造的TBM，直徑為?.8m。1985-1990年，天生橋二級水電站引水隧洞工程使用了美國羅賓斯公司製造的TBM，直徑為?0.8m，由於選型與地質不適應，進度較低，最低月進尺為31m，最高月進尺僅92m。1991-1992年，引大入秦工程30A號和38號輸水隧洞，總長約17km，相繼採用了美國羅賓斯公司製造的?.54m雙護盾式TBM施工，應用比較成功，平均月進尺980m，最高月進尺1400m。隨後，在引黃入晉工程中相繼使用了5台羅賓斯、1台法國法馬通公司製造的雙護盾TBM，開挖了總長為122km的隧道，創造了日掘進113m、月掘進1637m的紀錄。其中，總干6號、7號、8號隧洞採用1台美國羅賓斯雙護盾TBM施工，開挖直徑為?.125m;南干4號、5號、6號、7號隧洞採用4台雙護盾TBM施工，其中3台為羅賓斯、1台為法國法馬通公司製造，直徑為?.82～?.94m。目前在建的工程還有遼寧大夥房水庫引水工程，全長85.32km，採用TBM法和鑽爆法施工，使用了3台?.03m開敞式TBM;正在施工的新疆大坂輸水隧洞工程線路總長約32km，引水隧洞全長30.68km，採用TBM法與鑽爆法相結合的施工方案，擬採用1台德國海瑞克公司製造的?.755m雙護盾TBM施工，TBM總掘進長度約為19.7km;正在施工的青海引大濟湟調水總乾渠工程將由中鐵隧道集團引進1台德國維爾特公司製造的?.93m雙護盾TBM施工，引水隧洞全長24km，TBM總掘進長度約為19.94km。
在鐵路隧道施工中使用TBM是從西安安康鐵路秦嶺I線隧道開始的，至目前為止，僅有3個工程使用了開敞式TBM，具體如下:
(1)秦嶺I線隧道。全長18.456km，採用TBM法和鑽爆法施工，由鐵道部1996年引進2台?.8m開敞式TBM，秦嶺北口TBM掘進長度為5.244km，秦嶺南口TBM掘進長度為5.621km，TBM施工中，1998年平均月進尺為252.36m，1999年平均月進尺為290.64m，最高月進尺為528.48m。
(2)桃花鋪1號隧道。西安南京鐵路桃花鋪1號隧道全長約7.234km，TBM掘進長度為6.2km，由中鐵十八局採用?.8m開敞式TBM施工(該TBM曾施工秦嶺I線隧道出口段)。最高月進尺為551.82m。
(3)磨溝嶺隧道。磨溝嶺隧道全長6114m，軟岩占隧道總長的70.5%，於2002年11月完工。該隧道由中鐵隧道集團採用?.8m開敞式TBM施工(該TBM曾施工秦嶺I線隧道進段)，TBM掘進長度為4.653km，最高月進尺為573.9m。通過施工，成功掌握了開敞式TBM在軟弱地層中的掘進技術。
4、TBM施工的優點
(1)快速。TBM是一種集機、電、液壓、感測、信息技術於一體的隧道施工成套設備，可以實現連續掘進，能同時完成破岩、出碴、支護等作業，實現了工廠化施工，掘進速度較快，效率較高。
(2)優質。TBM採用滾刀進行破岩，避免了爆破作業，成洞周圍岩層不會受爆破震動而破壞，洞壁完整光滑，超挖量少。
(3)高效。TBM施工速度快，縮短了工期，較大地提高了經濟效益和社會效益;同時由於超挖量小，節省了大量襯砌費用。TBM施工用人少，降低了勞動強度、降低了材料消耗。
<<首頁123末頁>>
(4)安全。用TBM施工，改善了作業人員的洞內勞動條件，減輕了體力勞動量，避免了爆破施工可能造成的人員傷亡，事故大大減少。
(5)環保。TBM施工不用炸葯爆破，施工現場環境污染小;減少了長大隧道的輔助導坑數量，保護了生態環境;如果使用雙護盾TBM還可以減少隧道內水的流失，有利於環境保護和減少水土流失。
(6)自動化、信息化程度高。TBM採用了計算機控制、感測器、激光導向、測量、超前地質探測、通訊技術，是集機、光、電、氣、液、感測、信息技術於一體的隧道施工成套設備，具有自動化程度高的優點。TBM具有施工數據採集功能、TBM姿態管理功能、施工數據管理功能以及施工數據實時遠傳功能，可實現信息化施工。
5、TBM施工的缺點
TBM的地質針對性較強，不同的地質條件和隧道斷面，需要設計成滿足不同施工要求的TBM，同時配置適應不同要求的輔助設備。
(1)地質適應性較差。
TBM對隧道的地層最為敏感，不同類型的TBM適用的地層也不同，一般的軟岩、硬岩、斷層破碎帶，可採用不同類型的TBM輔以必要的預加固和支護設備進行掘進，但對於大型的岩溶暗河發育的隧道、高地應力隧道、軟岩大變形隧道、可能發生較大規模突水涌泥的隧道等特殊不良地質隧道，則不適合採用TBM施工。在這些情況下，採用鑽爆法更能發揮其機動靈活的優越性。
一般情況下，以II、Ⅲ級圍岩為主的隧道較適合採用開敞式TBM施工，Ⅲ、Ⅳ級圍岩為主的隧道較適合採用雙護盾TBM施工，對於V級圍岩為主和地下水位較高的城市淺埋隧道或越江隧道則較適合採用盾構法施工。
(2)不適宜中短距離隧道的施工。
由於TBM體積龐大，運輸移動較困難，施工准備和輔助施工的配套系統較復雜，加工製造工期長，對於短隧道和中長隧道很難發揮其優越性。國外的實踐表明，當隧道長度與直徑之比大於600時，採用TBM施工是比較經濟的。對於一般的單線鐵路隧道，開挖直徑通常在9m左右，按此計算，長度大於5.4km的隧道就可以考慮採用TBM施工。
發達國家的隧道施工，一般優先考慮TBM法，只有在TBM法不適宜時才考慮採用鑽爆法。我國則相反，鑽爆法施工一直是我國的強項，採用鑽爆法已成功修建了5000多km的鐵路隧道，且鑽爆法施工的進度仍在逐年加快。在我國，一般認為，小於10km的隧道難以發揮TBM的優越性，而鑽爆法則具有相對經濟的優勢。對於10～20km的特長隧道，可以對TBM法和鑽爆法施工進行經濟技術比較，選擇適宜的施工方法。對於大於20km的特長隧道，則宜優先採用TBM法施工。另外，對於穿越江河、城市建築物密集或地下水位較高的隧道，考慮到施工安全和沉降控制等因素，不論隧道長短，宜優先考慮採用盾構法施工。
(3)斷面適應性較差。
斷面直徑過小時，後配套系統不易布置，施工較困難;而斷面過大時，又會帶來電能不足、運輸困難、造價昂貴等種種問題。一般地說，較適宜採用TBM施工的隧道斷面直徑在3～l2m;對直徑在12～15m的隧道應根據圍岩情況和掘進長度、外界條件等因素綜台比較;對於直徑大於15m的隧道，則不宜採用TBM施工。另一方面，變斷面隧道也不能採用TBM施工。
(4)運輸困難，對施工場地有特殊要求。
TBM屬大型專用設備，全套設備重達幾千噸，最大部件重量達上百噸，拼裝長度最長達200多m。同時洞外配套設施多，主要有商品混凝土攪拌系統、管片預制廠，修理車間、配件庫、材料庫、供水、供電、供風系統，運碴和翻碴系統，裝卸調運系統，進場場區道路，TBM組裝場地等。這些對隧道的施工場地和運輸方案等都提出了很高的要求，有些隧道雖然長度和地質條件較適合TBM施工，但運輸道路難以滿足要求，或者現場不具備布置TBM施工場地的條件。
(5)設備購置及使用成本大。
TBM施工需要高負荷的電力保證以及其高素質的技術人員和管理隊伍，其前期購買設備的費用較高，這些都直接影響到TBM施工的適用性。
6、TBM的經濟技術指標
(1)進度指標。
<<首頁123末頁>>
TBM在一定的地質條件下可實現快速施工，其施工進度一般是鑽爆法的3～6倍。如引大入秦30A隧洞使用雙護盾TBM施工時，從1991年3月開始，連續突破月進度1000m，最高月進尺達1300m，而鑽爆法施工在同類地質條件下的月平均進度僅為140m(見表1)。
(2)成本指標。
單線鐵路隧道採用TBM施工或鑽爆法施工的綜合成本指標對比見表2。
7、TBM的施工組織特點
應充分考慮到TBM設備采購周期較長(製造周期為11～12個月)的特點，按工期要求，有計劃地合理組織好TBM及後配套設備的采購工作。
應充分考慮TBM對地質的適應性，根據隧道的圍岩條件選用適應地質條件的TBM，合理組織好TBM及後配套設備的選型，並組織好TBM設備的監造工作。
應充分考慮到使用TBM的特殊性，作好施工現場的准備工作，包括用電線路的架設，通往施工現場的道路、橋梁的修築和加固，臨時工程的施工工作;組織好TBM大件的運輸、安裝、調試、掘進准備工作，並作好技術培訓和材料、機具需要量計劃;這些應與TBM的購置同步進行。
應充分考慮TBM施工的特點和TBM通過特殊地質地段的設計方案、工程措施以及場地和水電情況對TBM的特殊要求。
8、長大隧道應用TBM的建議
鐵路部已引進了2台?.8m開敞式TBM，適用於時速160km/h的鐵路單線隧道施工，可根據地質條件選擇適當工點使用。
2006年，作為鐵路跨越式發展重要標志的客運專線也已拉開了序幕，並迅速掀起了建設高潮，「十一五」期間，我國將修建客運專線1萬km，其中隧道約佔2000km。目前，鐵路及客運專線隧道一般採用鑽爆法施工。對於長大隧道，鑽爆法難以達到快速、優質、安全、經濟建成的目的。
客運專線從隧道運營安全出發，由於壓力波和真空度的存在，不宜採用單洞雙線的模式，而宜分洞運行，設計成雙洞單線。對於長大單線鐵路隧道建議優先採用TBM施工，並根據地質情況選用開敞式TBM或雙護盾TBM。
建議表3所列鐵路隧道可經專家論證後優先採用TBM施工，使用TBM施工會使工期提前，將產生巨大的經濟效益和社會效益。
9、適宜採用盾構法施工的鐵路隧道
目前，廣深港客運專線10.8km長的獅子洋隧道(雙洞單線)，擬採用4台?1.12m大型泥水盾構施工。北京鐵路北京站至北京西站地下直徑線隧道擬採用2台?1.93m大型泥水盾構施工。位於浦東鐵路下穿黃浦江段的黃浦江隧道，隧道建築長度8.18km，隧道內徑9.24m，可採用1～2台盾構施工。位於新建鐵路上海至南通段的滬通鐵路長江隧道，現正在進行橋梁方案和隧道方案論證階段，如果採用隧道方案，則該隧道的建築長度達21.35km，可採用2～4台盾構施工。
⑷ TBM施工的棄渣為什麼不適合加工混凝土骨料
對粒徑進行二次加工，符合質量要求的是可以加工混凝土的，但不能是風化岩。
⑸ 隧道工程施工中的主要風險有哪些方面
1、工程地質、水文地質條件復雜性
隧道地質工作貫穿於整個隧道的建設過程。施工前的地質工作，通過地面測繪、物探、少量的槽探和鑽孔查清工程區的地質背景、地質構造和主要的水文地質條件。長隧道往往是工程的控制點，應盡量避開大斷層，大滑坡、大溶洞、松軟地層等不良工程地質體。但施工前的地質工作僅出於搜集資料的技術手段限制，加上地質體的復雜性，所取得的資料不能完全滿足施工要求。由地表工作為主推斷制約隧道地質條件與隧道施工中實際遇到的地質條件相差很遠，漏掉的一些不良地質體給施工帶來許多想不到的困難。
施工前工程地質工作的重點是查清大的地質構造和工程區的工程地質條件，但是花巨額投資挖眾多的探洞，鑽數千米鑽孔，全面弄清細微的地質條件是得不償失的，也是不可能的。在隧道施工中，不但要了解宏觀的地質構造，還要了解岩體的結構，不但要了解全隧道的地質條件，還要知道其出現的位置及穩定程度，以便確定每一段的圍岩類別和開挖斷面、支護設計參數、開挖方法、爆破進尺和裝葯量。
工程所在區域的水文地質條件是經過漫長的地質年代形成的，經歷了各種各樣的自然和人為因素作用，其介質特性表現出很大的隨機變異性。同時，地層中還存在大量水的活動與作用，如地表徑流、地下潛水和承壓水等。由於地質勘察、現場和室內試驗等設備條件的限制，人們只能通過個別測試點的現場試驗和若干試樣的室內試驗對岩土性和水文參數作近似的量測估計。大量的試驗統計結果表明，岩土體的水文地質參數是十分離散、不確定的，具有很高的空間變異性，這些復雜因素的存在給隧道及地下工程的建設帶來了巨大的本質上的風險，如地震、滑坡、洪水、雷擊、嚴寒、高溫、雨季等，以及開挖造成的圍岩擾動，岩體內有毒氣體釋放，影響地下水流，引起噪音、廢氣、廢渣污染等。
2、施工方案的復雜性
隧道工程建設中，施工隊伍、機械設備、施工操作技術水平等對工程的施工風險都有直接的影響。由於工程施工技術方案與工藝流程復雜，且不同的工法又有不同的適用條件，貿然採取某種方案、技術和設備勢必會產生風險。同時，整個工程的建設周期長、施工環境條件差，這些對施工單位人員都很容易產生不良影響，容易導致出現各種意外風險事故。施工過程中，地質資料的不確定性、工作面塌方、密封漏損、岩爆、瓦斯爆炸、有毒氣體釋放、岩溶、突涌水、洞外危崖落石、危石、洞口滑坡、施工用電事故、通訊不暢以及安全措施不力等隱患也很大。
3、隧道工程的周邊環境的復雜性
所建工程周圍的地面構築物和周圍環境設施一般都很復雜，尤其是城市繁華地帶，臨近的建築物的結構類型、基礎類型，周邊道路及管線的類別等。在隧道工程的建設過程中，無論採用何種工法或工藝都很難避免的對以上這些構築物造成直接的影響或一定程度的破壞。
⑹ 隧道掘進機的施工技巧
1、困難地層及其特點
困難地層是指全斷面岩石掘進機通過比較困難或對其施工速度有較大影響的地層。這樣地層的具體出現形式是軟弱地層、斷層破碎帶、岩爆、涌水、圍岩變形、剝落與坍塌及古暗河道等，其對TBM施工的影響及應採取的一般措施見表2所示，注漿堵水措施見表1。
2、困難地層施工中TBM自身所應採取的輔助措施
如果隧道穿越的地質地層中，困難地層不可避免，且對TBM的施工有一定影響，則應考慮在TBM上增加一些輔助功能，以增加其通過這樣地質地層的能力，見表3所示。
3、困難地層中TBM的施工技術
3.1困難地層中TBM施工的一般技術措施
在TBM施工的工程中，當遇到困難地層的程度較嚴重時，有時需藉助鑽爆法脫困。即：通過輔助方法開挖人行通道，以便操作人員能通過刀盤下面的通道進入掌子面，並對掌子向前方的岩石進行預處理。
3.2TBM通過溶洞的施工技術
TBM在某隧洞的施工中遇到一個天然大溶洞，溶洞下寬上窄，與隧洞軸線交角約15度，橫向寬約5～7m，縱向寬約13～15m，頂部比TBM機頭高約30m，溶洞底部為鬆散大塊石，能看到的部分比TBM基礎低約5～8m。處理方案是：先對溶洞底部鬆散岩體進行回填封堵和灌漿，再用素混凝土回填至隧洞底以下0.5m，用鋼筋混凝土做TBM通過的基礎，甲時考慮到溶洞與隧洞軸線的交叉，TBM在一邊無支撐、無法掘進的情況下，用素混凝土將浴洞回填至TBM以上5m，再用TBM掘進通過，見圖1所示。
TBM在一隧洞工程的施工中遇一溶洞橫穿支洞洞線，沿洞線方向長20餘米，高30餘米；洞內堆積有夾石泥及泥砂質壤土，溶洞兩端洞壁的上半部是泥加石混合物，下半部則是較完整的岩體。
治理措施是：鋼支撐加澆、噴混凝土構成聯合支護，見圖2所示。利用下半部岩體打入楔縫式錨桿作根基，用14號槽鋼對焊成箱形梁固定在錨桿上作為支座，在此支座上焊接20號工字鋼構成環向支撐，在環向支撐頂部焊接桁架並補噴混凝土。
3.3 TBM在遇到大范圍破碎帶時的施工技術
TBM在一隧道掘進施工中，通過區域性大斷層極大范圍的破碎帶，拱頂發生嚴重坍塌，大塊岩體將刀盤和護盾卡住而被迫停機。採用固結掌子面、超前灌漿、開挖上導洞對拱頂岩層進行加固、清理刀盤前方塌落岩石等措施（見圖3所示）進行整理。
4、結語
TBM在隧道（洞）工程施工中，具有快速、安全、經濟和質量高的特點，但是這樣特點的實現是與地質狀況密不可分的。而對地質狀況的完全充分掌握是不可能的，因此，在TBM的工程施工中，遇到不良地質狀況是必然的，通過對以往工程案例的總結，發現對這樣地質採取的規律性處理措施，將對今後TBM的工程施工發揮一定指導作用。
⑺ 淺埋隧道地質條件很差時，應採用哪些超前輔助方法施工
隧道輔助施工方法有長管棚、超前小導管配合長管棚、超前小導管、超前預注漿、開挖後拱牆徑向注漿等圍岩加固措施等預支護方法。
施工方法：暗挖隧道均應按新奧法原理組織施工，施工方法應根據工程地質和水文地質條件、開挖斷面大小、襯砌類型、埋深、隧道長度、工期要求及環境制約等因素綜合研究確定。對地質條件變化較大的隧道，選用的施工方法應有較大的適應性，當需要變換施工方法時，以工序轉換簡單和較少影響施工進度為原則，一般不宜選用多種施工方法。
⑻ 掘進機施工法（TBM）的優點和缺點有哪些
掘進機施工法(TBM)的優點和缺點如下：
掘進機施工法(TBM)是一種利用回轉刀具開挖(同時破碎和掘進)隧道的機械裝置。此法修築隧道的方法稱掘進機法。
(一)TBM施工方法的優點：施工速度快，工期得以縮短，特別是在穩定的圍岩中長距離施工時，此特徵尤其明顯。無爆破圍岩的損傷小，減輕支護的工作量。振動、雜訊小，對周圍的居民和結構物的影響小。因機械化施工，安全，作業人員少。安全性和作業環境有了較大的改善。
(二)TBM施工方法的缺點：費和運輸、組裝、解體等的費用高，初期投資高，不用於短隧道。
施工途中不易改變開挖直徑和形狀。地質的適應性受到一定限制。對軟弱圍岩，還存在不少問題；對硬岩，強度超過200MPa後，刀具成本急劇增大，開挖速度也降低。