不适合TBM施工的隧洞工程地质条件
⑴ 软弱岩体与隧道围岩大变形问题
软弱围岩大变形对隧道施工和运营的影响极为严重，常造成延误工期、增加投资等。如果采用TBM技术施工，则可能造成TBM掘进机报废。大量工程实践表明，隧道围岩大变形不仅受岩土体结构控制，而且与地层岩性关系密切。根据野外地质调查结果，滇藏铁路沿线不少地段发育有工程地质性质较差的软弱岩体，主要包括中新生代的泥质岩、不同时代变质的片岩、劈理化板岩以及热液蚀变作用形成的蚀变软岩等，它们在隧道开挖条件下，将产生隧道围岩大变形问题。
一、泥质岩与隧道围岩大变形
1.泥质岩的一般工程地质特征
泥质岩是各种泥岩、页岩、粘土岩及泥质粉砂岩的总称，从工程地质和岩石力学的角度，多数泥质岩属软弱易变的复杂岩石，或言之，大多数泥质岩属软岩（soft rock），很多工程事故的发生都与泥质岩的不良工程特性有关。值得一提的是，在工程实践中人们往往将泥质岩与膨胀岩联系在一起，实际上，膨胀岩是泥质岩中性质最坏的一类，并非所有的泥质岩都是膨胀岩。大量工程实践和研究表明，泥质岩的工程特性及其在工程影响下的性质变化取决于泥质岩的成岩胶结作用和工程活化作用。尽管我国不同地区不同时代的泥质岩成岩胶结类型和胶结程度极其复杂，但仍有一定的规律性（曲永新等，1991），即：①古生界泥质岩为强胶结和极强胶结的非膨胀泥质岩，但上二叠统上部（上石盒子组和石千峰组）分布有一定数量的弱-中等胶结的微膨胀和弱膨胀的泥质岩。②中生界和新生界泥质岩以弱胶结和中等胶结类型为主，我国主要区域性弱胶结的膨胀岩地层包括：上侏罗统—下白垩统泥质岩、古近系泥质岩、新近系泥质岩，它们是我国工程地质性质最差的区域性软弱岩石。③泥质岩成岩胶结作用不仅控制和影响岩石的膨胀势，而且控制和影响岩石的强度和风化耐久性，即随着胶结程度的升高，强度增大、耐久性增强。④受风化作用影响（包括古风化作用和现代风化作用）的泥质岩有胶结作用弱化、强度降低、物理化学活性增高的趋势。
滇藏铁路沿线的泥质软岩主要分布在滇西北的扬子地台区，三江造山带和喜马拉雅造山带地区的三叠系和古生界的泥质岩多发生了不同程度的变质作用而变成泥板岩、千枚岩和片岩等，其强度和崩解耐久性有所提高。滇西北地区的侏罗系和白垩系主要由砂岩与泥质岩互层组成，其中泥质岩（包括泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩）所占比例较大，主要表现为褐红色或紫红色及灰色或灰褐色，结构比较均一，呈块状或层状。
2.与泥质岩有关的工程地质问题
前已叙及，泥质岩往往易于风化，是风化耐久性较差的岩石，也是边坡易滑地层，工程场地以泥质岩作为边坡岩体时，会出现不同程度的滑坡灾害。根据以往工程实例分析，与泥质岩有关的隧道工程地质问题主要表现在以下方面：
（1）在深埋隧道开挖条件下，由于泥岩强度低，常常导致隧道围岩变形量大，从而影响隧道施工安全和支护方式的选择。
（2）弱胶结的泥质岩在盐井一带最大单层厚度可达3 m，在干湿交替变化条件下，将表现出明显的膨胀性，促使隧道围岩出现大变形，对隧道安全运营和支护有显著影响。
（3）当泥质岩以薄夹层形式出现时，往往容易形成层间剪切带，这种情况对边坡稳定和隧道围岩稳定都极为不利。
在滇西北大理-丽江段铁路建设过程中，已经出现了泥质岩不良工程性质引起的隧道大变形问题，并制约了铁路隧道施工安全。例如：2006年6月北衙隧道发生的塌方事故就与节理化泥质岩有很大的关系。
二、变质岩系中的软弱岩体和韧性剪切带与隧道围岩大变形
变质岩系列中富含片状矿物的片岩（绿泥石片岩、云母片岩、滑石片岩、云母石英片岩、角闪片岩等）、千枚岩、薄板岩等不仅岩性软弱，而且通常片理、板理发育，各向异性显著，在工程上通常属于软弱岩组。在浅埋隧道中，常因风化程度高，岩石性质变得极其软弱，隧道极难支护；在深埋隧道开挖条件下，可能出现围岩片帮、溃曲和底鼓等大变形现象，严重影响隧道施工安全和支护方式的选择。根据野外调查和区域地质资料综合分析，工程沿线该类软弱岩体主要分布于以下区段：①虎跳峡镇-小中甸；②奔子栏-德钦北；③通麦-鲁朗；④米林-加查等地段。还应当看到，滇藏铁路沿线穿越规模较大的断裂带不计其数，断层泥与碎裂岩的组合带可能引发较大规模的大变形，鉴于断裂带对工程的影响众人皆知，不再赘述。
在滇西北-三江地区，普遍发育一种特殊的构造型式——韧性剪切带，其与藏东南和喜马拉雅构造带的广大变质岩系均属造山带产物。在中温和中高压条件下，造山带强烈的构造变形作用形成的断裂大多表现为片理化、劈理化形式的韧性剪切带，很少为脆性断裂，因此很少看到典型的断层泥、碎裂岩等。由于三江地区韧性剪切带的分布范围和伸展方向与规划中的滇藏铁路线路总体延伸方向基本一致，铁路线不可避免地要穿过这些韧性剪切带，因而对滇藏铁路的规划和建设具有一定的影响。
1.滇西北-三江地区韧性剪切带的构造特征
滇西北地区韧性剪切带的发育主要受区域地质构造控制。受地质历史时期多次构造运动的影响，滇西北地区反映挤压剪切作用的韧性剪切带十分发育，其空间分布和产状多与区域活动断裂一致，局部成为断裂带的重要组成部分。按其集中分布区域和与之相关的区域断裂带，从云南丽江至西藏盐井，由南到北可划分为3个劈理化带密集分布区：中甸断裂韧性剪切带分布区、金沙江断裂韧性剪切带分布区和澜沧江断裂韧性剪切带分布区（图11-20）。3 个集中分布区空间展布方向由近SN向NW-SE偏转，呈右阶雁行排列。各分布区内韧性剪切带分布集中，规模大（上百米至几百米），空间排列交错断续。
（1）澜沧江断裂韧性剪切带
该韧性剪切带北起西藏自治区芒康县盐井镇，向南经佛山、古水，到云南省德钦县升平镇境内，长度大于130 km。区内韧性剪切带广泛分布，澜沧江断裂沿澜沧江河谷蜿蜒延伸，与韧性剪切带走向一致，时而切割韧性剪切带。剪切带主要以劈理形式出现，走向一般为330°～340°，高角度倾斜，倾角一般在80°以上。劈理穿过不同时代的地层，其中最新地层是古近系湖相浅黄色变质长石砂岩夹白色灰岩，说明韧性剪切带在新生代有活动。劈理切割不同岩性的岩石，以板岩中板劈理最整齐，常常与层理相一致；灰岩中劈理分布不均，往往夹有挤压透镜体，有的是大型挤压透镜体；砂岩和玄武岩中劈理发育程度介于板岩和灰岩之间（图11-21）。劈理带中有岩脉穿插，局部沿劈理面发育有擦痕、阶步和羽列，指示沿劈理面有多期位移。
图11-20 挤压劈理化带分布区
图11-21 澜沧江右岸鲁瓦村北的韧性剪切带剖面图
（2）金沙江断裂韧性剪切带
与金沙江断裂相关的韧性剪切带主要分布在断裂两侧及其断裂剪切带范围内，在调查区域内，金沙江韧性剪切带在德钦县奔子栏镇-贺龙桥段比较典型，该处劈理间距0.5～20 cm，呈330°～350°方向展布，倾角较陡，一般在70°～80°左右，局部直立（图11-22）。沿韧性剪切带发育断层三角面地貌。在软硬相间的岩石中，软弱层强烈片理化，坚硬层破碎并受挤压形成透镜体，灰岩中透镜体常形成江边突出的礁岛。当沿劈理化方向有岩性软硬变化时，则发生揉皱弯曲。片理或劈理产状具有不稳定性，面与面之间有相互穿插，这种穿插导致岩石碎裂化。
（3）中甸断裂韧性剪切带
该韧性剪切带主要沿中甸断裂方向延伸，在断裂两侧一定范围内分布。韧性剪切带中劈理分布密集，局部地段韧性剪切带成为断裂带的主要组分。在上虎跳峡口，韧性剪切带产状与中甸断裂关系密切，走向310°～330°，倾角较陡，一般75°～85°，劈（片）理化岩体剖面上延伸宽度超过400 m，发育在灰黑色板岩、灰色劈（片）理化玄武岩和深灰色劈理化灰岩中，被EW向断裂切割，反扭错断（图11-23）。劈理化结构面间距一般1～20 cm，结构面平直细密，岩体中多见方解石、石英细脉穿插；局部片理化发育，厚约0.2～5 cm，揉皱发育，较破碎，在重力作用下易变形，在400 m范围内，有多处崩塌落石和滑坡地质灾害点。
图11-22 德钦县奔子栏一带的韧性剪切带剖面图
图11-23 丽江玉龙县金沙江右岸上虎跳峡口韧性剪切带剖面图
2.韧性剪切带对隧道工程的影响分析
滇西北地区韧性剪切带分布广泛，常表现为劈理密集、岩体破碎，带中岩性复杂，工程地质性质多变，常常和其他方向的断裂、劈理带及节理岩脉相交切，在后期的构造运动和外动力作用中受到进一步的改造，有的揉皱作用强烈，使得带内劈理变得更加密集和复杂，岩体性质进一步恶化。除了对斜坡稳定性产生显著影响外，韧性剪切带对隧道稳定性的影响也比较显著。
图11-24 劈理化岩体弯折溃曲机理和简化力学模型
当韧性剪切带的劈理面或片理面倾角较陡，岩体（如板岩、千枚岩）强度软弱时，隧道围岩可以发生弯折、溃曲破坏；在隧道顶板和肩部，劈理面和其他次一级节理面组合，容易形成不稳定的块体，造成隧道顶板掉块甚至冒顶；若设计隧道走向与劈理面走向平行，作为隧道围岩中的一组优势岩体结构面，在边墙附近岩体沿劈理面容易产生片帮剥落或垮塌；在岩体片理化程度高，揉皱发育地段，岩体比较破碎，对隧道整体稳定性不利，当与其他结构面在空间上有不利组合时，可能会发生大范围的塌方。特别是当地应力水平较高、隧道埋深较大、劈（片）理化岩体储能性质较强时（片理化灰岩，片理化玄武岩等），在一侧围压卸除条件下，容易发生快速弯折溃曲现象，其发生机理为：隧道开挖造成岩体快速卸荷，在较强的地应力作用下，沿平行隧道壁的劈（片）理面进一步发育成张裂隙，将围岩分割成薄板状，薄岩板受力弯曲，储存应变能，同时向隧道临空方向位移，当位移超过某临界值，裂隙迅速扩展，使隧道围岩发生快速大变形，甚至发生岩爆（图11-24）。
三、粘土化蚀变软岩与隧道围岩大变形
滇藏铁路途经的三江和藏东南地区地质构造演化异常复杂，经历了多期强烈的构造岩浆作用并伴随发生岩浆热液成矿和热液蚀变作用，加之新近纪以来青藏高原强烈隆起为特色的差异性新构造活动及高山峡谷地貌，使得滇藏铁路建设面临着极为复杂的工程地质环境，遇到了多种多样的复杂工程地质问题。其中，铁路沿线广泛分布、类型多样的火成岩侵入体在热液蚀变作用下常形成粘土化（蒙脱石化、伊利石化、高岭石化）蚀变岩带，尤其是蒙脱石化蚀变岩既是强度极低的软岩，又是典型的膨胀岩，由其引起的隧道和边坡变形破坏问题比较突出（照片11-1）。研究表明，造山带、构造岩浆带、热液成矿带的区域发育规律决定了蚀变岩的区域分布和发育特征及工程特性，例如滇藏铁路滇西北段多为蒙脱石化，西藏段多为高岭石化和伊利石化。因此，很有必要根据铁路沿线构造-热液作用和成矿规律，对蚀变岩的类型、形成机理和发育规律进行分析，并研究蚀变岩的不良工程地质特性，从而指导滇藏铁路蚀变岩分布区的工程地质预测及工程问题防治。
滇藏铁路沿线的蚀变岩是喜马拉雅-三江成矿域的重要组成部分，跨越青藏东部、川滇西部的横断山区，面积50×104 km2。该带地处特提斯-喜马拉雅构造带的东部及向南急转弯部位，是中国最重要的岩浆热液成矿域之一。蚀变岩的分布规律主要表现在蚀变岩类型和发育程度具有明显的分区性。根据野外调查和测试分析，大致可以将滇藏铁路沿线划分为3个区，即：滇西北蒙脱石化基性超基性蚀变岩分布区、德钦-八宿蚀变岩分布区、藏南蚀变岩分布区。
1.滇西北蒙脱石化蚀变岩分布区
该分布区出露的多为蒙脱石化蚀变岩带，蚀变岩具有单体规模小、蚀变程度高、工程性质差的特点。蚀变岩的粘土矿物组成绝大多数都是单矿物的蒙脱石，导致该地区的蚀变岩既是强度极低的软岩，又是典型的膨胀岩。该分布区的蚀变岩，以母岩普遍发生蒙脱石化为主要特征。主要属于岩浆期后的热液蚀变岩，少量为火山岩的热液蚀变。根据滇西北蒙脱石化基性超基性蚀变岩分布特征，大致可划分出3个蚀变岩带（图11-25）。
（1）大理-金坪基性和超基性岩带 位于金沙江-哀牢山缝合带东缘，扬子准地台的西缘，中小型火成岩体密集成群分布在大理海东一带和南端的金坪地区，单个岩体延伸排列与所处构造方位一致。其岩石组合主要可分为环状和层状2种类型：① 环状基性超基性岩体多呈NW-SE向呈带状分布，单个岩体呈似层状、扁豆状和扁柱状。岩体通常内部为超基性、外部为基性，多与围岩呈近似整合状接触，少数切穿围岩。岩体长度一般小于1.0 km，宽数百米，MgO含量28.8%～39.2%。② 层状基性超基性岩体主要为众多分布广但规模小的岩墙，厚数米至数十米，少数呈岩株状出现，其岩石类型包括辉绿岩、辉长辉绿岩或辉绿玢岩。这些岩脉大多沿区内次级断裂及其交汇的部位分布。
（2）金沙江基性和超基性岩带 主要位于金沙江断裂与德钦断裂之间，岩带长约240 km、宽25 km的南北地带，已知岩体超过200个，组成20余个岩群，如德钦白茫雪山垭口、东竹林等岩群，每个岩群由几至十几个岩体组成。超基性岩体的分布通常与断裂一致，单个岩体长数十至数百米，长宽比一般5：1～20：1，岩体多呈单斜层状或透镜状，与围岩产状近乎一致。基性岩一般呈长条状出露，长数十至数百米，宽数米至数十米。岩石类型主要为辉绿玢岩、辉绿岩、辉长岩等，也有中性、酸性侵入体分布。德钦白茫雪山北麓冰碛物中的大量蒙脱石矿物即来自于该蚀变岩带。
（3）中甸-丽江中性和中酸性斑（玢）岩带 单个岩体形态复杂，规模较小，主要岩石类型为闪长玢岩、花岗闪长玢岩、石英二长斑岩、二长花岗斑岩、花岗斑岩，多分布在区域断裂两侧。
2.德钦-八宿蚀变岩分布区
本区可划分为2个带，一是澜沧江基性和超基性岩带，另一个是三江上游分布区。前者主要位于澜沧江断裂东侧，已知岩体近百个，其展布与构造线一致，多呈NNW-近SN向。后者比较分散，并且常与干燥河谷硫化矿床氧化带的硫酸盐类析出物相伴生。该分布区的蚀变岩带具有以下发育特征：
照片11-1 滇藏铁路沿线典型蚀变软岩特征
图11-25 三江地区地质背景和主要蚀变岩带分布图
（1）蚀变岩多处于构造断裂部位或遭到构造破碎的区域。
（2）大量表生硫酸盐类沉积和氧化带棕色、棕红色、橘黄色等颜色特征以及黄铁矿的分布说明，许多蚀变岩的形成与硫化物矿床（矿脉）的热液蚀变和表生氧化作用有关。
（3）蚀变程度及蚀变岩性质都极不均一。
（4）根据现场调查和原岩XRD测试结果，发生蚀变的火成岩侵入体以中酸性岩浆岩为主，岩石的蚀变主要是斜长石的蒙脱石化；黑云母、角闪石的绿泥石化。
（5）处于硫化矿氧化带部位的蚀变岩，因受水的作用，在粘土矿物组成上出现明显的高岭石化现象（高岭石相对含量达19%～25%）。
3.藏南蚀变岩分布区
该区可以按照蚀变岩类型进一步划分为3个带（亚类），即喜马拉雅高温水热蚀变岩带、波密区域性大断裂花岗岩中低温水热蚀变岩带、基性超基性岩蒙脱石化蚀变岩带。
（1）喜马拉雅高温水热蚀变岩带 喜马拉雅缝合带属于中国乃至世界热流高异常区，温度高于80℃温泉43处，沸泉42处，地下水富含S、Cl、Na等元素，热水的水化学类型包括：SO4·HCO3—Na，HCO3 ·SO4—Na，SO4 ·Cl—Na。由于地下水富含、Cl-，蚀变岩普遍发生了高岭石化现象，尤其是日多温泉一带安山岩的蚀变岩中高岭石含量达28%～55%。应当指出，该蚀变岩带水热作用不均一，沿裂隙呈面状蚀变，蚀变岩性质较差（图11-26，图11-27）。
（2）波密区域性大断裂花岗岩中低温水热蚀变岩带 XRD定量测试结果表明，该蚀变岩带的粘土矿物组成为高混层比的伊利石/蒙脱石混层矿物、少量伊利石和绿泥石。其中，伊利石主要来自钾长石的蚀变作用，绿泥石为角闪石、黑云母的蚀变产物。在中低温地下水作用的断裂带中常有次生CaCO3分布，由于断裂带岩石比较破碎，加上高混层比的I/S混层矿物的大量分布，此类断裂蚀变岩通常具有很高的物理化学活性和极低的强度，在隧道或边坡开挖中极易产生地质灾害。
图11-26 西藏日多温泉一带的蚀变岩发育特征剖面
图11-27 西藏德仲温泉一带蚀变岩特征剖面
（3）基性超基性岩蒙脱石化蚀变岩带 该类蚀变岩以曲松红旗铬铁矿为代表，矿体围岩（辉橄岩）蒙脱石化蚀变程度高，工程性质差（照片11-1）。
4.粘土化蚀变软岩对隧道工程建设的影响
由于粘土化蚀变岩不良的工程地质特性，在隧道掘进和边坡开挖中常出现严重的岩体变形破坏问题。例如，滇藏铁路大理-丽江段的禾洛山隧道，围岩为遭受热液蚀变的玄武岩，在宏观上表现为相对较完整的玄武岩夹蒙脱石化蚀变岩组合。在2005年隧道工程施工过程中，自DK55+622至DK61+710约5 km的范围内，曾发生过5次与蒙脱石化蚀变岩有关的塌方问题，有时甚至不到100 m就会出现一次塌方，塌方体积一般20～30 m3。由于强烈粘土化蚀变的岩体常呈土状或泥状，现场技术人员常把它们看作是凝灰岩及其全-强风化的产物。而实际上塌方的出现主要是由于蒙脱石化蚀变岩的性质非常软弱，在干湿交替和松弛条件下极易发生膨胀变形，加上围岩节理发育、破碎程度高，开挖后自稳能力差，从而造成围岩坍塌（图11-28）。在西藏段，由于蚀变作用常与干燥河谷硫化矿床氧化带盐类析出物相伴产出，不仅岩体的工程性质软弱，而且硫酸盐类析出物的腐蚀作用和盐胀作用也是重要的工程地质难题，因而使得问题更加复杂化。
图11-28 禾洛山隧道掌子面（DK61+235）处的蚀变岩破坏特征
现场调查和室内测试认为，蚀变岩的分布与铁路沿线热液矿床的分布具有相似的规律。在蚀变岩工程地质调查中，不仅要搞清热液矿床和区域热液蚀变岩带的分布，还要注意温泉和地下热水的分布，它们的长期作用亦可使岩石产生蚀变。隧道建设主要应从以下方面加强防治工作：
（1）根据工程区蚀变岩的发育特征和分布规律，结合前期地质勘察成果，开展隧道工程地质超前预报，主要可以采用深入细致的隧道地质编录与水平超前钻及TSP综合预报相结合，及时掌握蚀变岩的分布及其工程性质变化。
（2）在粘土化蚀变岩带开挖隧道，应加强超前支护，根据蚀变岩的厚度和性状加长超前支护导管的长度，并在蚀变岩出露部位缩短环向支护间距，适时实施全封闭支护，稳定开挖面。对于正常支护的径向锚杆，应根据围岩情况长短结合。在软弱破碎岩体区，锚杆可适当地加密、加长。
（3）在粘土化蚀变岩分布区，应合理选择施工方法，隧道开挖宜采用微台阶法，少爆、多挖，减少扰动。此外，蚀变岩分布区的隧道围岩通常软硬变化较大，使用TBM施工时，可能因软弱围岩大变形和不均一变形而造成卡机事故，因此，TBM技术不适用于大量分布此类围岩的隧道施工。
（4）粘土化蚀变岩的物质组成和结构决定了在有水的情况下隧道塌方、冒泥问题更为显著，因此，在富水地段应采取堵排结合的方法，采用帷幕注浆或超前钻引水，尽量减少隧道围岩与地下水的作用。
⑵ tbm施工方法的缺点有哪些
设备购置成本及使用成本高；
施工途中不能改变开挖半径；
地质适应性差；
断面适应性差；
设备运输困难
⑶ TBM技术在中国哪些水利水电工程监理施工中有应用啊
1、TBM的发展历史
TBM是在1846年由意大利人Maus发明的。1851年，美国人查理士·威尔逊开发了一台TBM，在花岗岩中试用，未获成功。1881年波蒙特开发了压缩空气式TBM，并成功应用于英吉利海峡隧道直径为2.1m的勘探导坑。
美国罗宾斯(Robbins)公司自1952年开发制造出了现代意义上的第1台软岩TBM后，1956年又研制成功中硬岩TBM。从此，TBM进入了快速发展时期。目前，全世界范围内的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，这为复杂地质条件下的隧道工程建设提供了技术保障。
2、TBM的分类及地质适应性
目前，TBM主要分为以下3种类型，并分别适应于不同的地质。
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。适用于各种地质，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。常用于劣质地层。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2者不能同时进行，施工速度较慢。单护盾TBM与盾构的区别有2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作业条件下使用单护盾TBM;在良好地质中则使用开敞式TBM;双护盾TBM常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适用于中厚埋深、中高强度、地质稳定性基本良好的隧道，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的情况介绍
我国最早使用TBM施工的是水利水电工程。早在20世纪70年代，云南西洱河一级电站引水隧道使用了上海水工厂制造的TBM，直径为?.8m。1985-1990年，天生桥二级水电站引水隧洞工程使用了美国罗宾斯公司制造的TBM，直径为?0.8m，由于选型与地质不适应，进度较低，最低月进尺为31m，最高月进尺仅92m。1991-1992年，引大入秦工程30A号和38号输水隧洞，总长约17km，相继采用了美国罗宾斯公司制造的?.54m双护盾式TBM施工，应用比较成功，平均月进尺980m，最高月进尺1400m。随后，在引黄入晋工程中相继使用了5台罗宾斯、1台法国法马通公司制造的双护盾TBM，开挖了总长为122km的隧道，创造了日掘进113m、月掘进1637m的纪录。其中，总干6号、7号、8号隧洞采用1台美国罗宾斯双护盾TBM施工，开挖直径为?.125m;南干4号、5号、6号、7号隧洞采用4台双护盾TBM施工，其中3台为罗宾斯、1台为法国法马通公司制造，直径为?.82～?.94m。目前在建的工程还有辽宁大伙房水库引水工程，全长85.32km，采用TBM法和钻爆法施工，使用了3台?.03m开敞式TBM;正在施工的新疆大坂输水隧洞工程线路总长约32km，引水隧洞全长30.68km，采用TBM法与钻爆法相结合的施工方案，拟采用1台德国海瑞克公司制造的?.755m双护盾TBM施工，TBM总掘进长度约为19.7km;正在施工的青海引大济湟调水总干渠工程将由中铁隧道集团引进1台德国维尔特公司制造的?.93m双护盾TBM施工，引水隧洞全长24km，TBM总掘进长度约为19.94km。
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，至目前为止，仅有3个工程使用了开敞式TBM，具体如下:
(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?.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年平均月进尺为252.36m，1999年平均月进尺为290.64m，最高月进尺为528.48m。
(2)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?.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。
(3)磨沟岭隧道。磨沟岭隧道全长6114m，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?.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，成功掌握了开敞式TBM在软弱地层中的掘进技术。
4、TBM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套设备，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震动而破坏，洞壁完整光滑，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。
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(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;减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境;如果使用双护盾TBM还可以减少隧道内水的流失，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、施工数据管理功能以及施工数据实时远传功能，可实现信息化施工。
5、TBM施工的缺点
TBM的地质针对性较强，不同的地质条件和隧道断面，需要设计成满足不同施工要求的TBM，同时配置适应不同要求的辅助设备。
(1)地质适应性较差。
TBM对隧道的地层最为敏感，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开敞式TBM施工，Ⅲ、Ⅳ级围岩为主的隧道较适合采用双护盾TBM施工，对于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，开挖直径通常在9m左右，按此计算，长度大于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。我国则相反，钻爆法施工一直是我国的强项，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。在我国，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的隧道，考虑到施工安全和沉降控制等因素，不论隧道长短，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、造价昂贵等种种问题。一般地说，较适宜采用TBM施工的隧道断面直径在3～l2m;对直径在12～15m的隧道应根据围岩情况和掘进长度、外界条件等因素综台比较;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，主要有商品混凝土搅拌系统、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，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以及其高素质的技术人员和管理队伍，其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。
6、TBM的经济技术指标
(1)进度指标。
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TBM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。如引大入秦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(见表1)。
(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2。
7、TBM的施工组织特点
应充分考虑到TBM设备采购周期较长(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;这些应与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、工程措施以及场地和水电情况对TBM的特殊要求。
8、长大隧道应用TBM的建议
铁路部已引进了2台?.8m开敞式TBM，适用于时速160km/h的铁路单线隧道施工，可根据地质条件选择适当工点使用。
2006年，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，我国将修建客运专线1万km，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。对于长大隧道，钻爆法难以达到快速、优质、安全、经济建成的目的。
客运专线从隧道运营安全出发，由于压力波和真空度的存在，不宜采用单洞双线的模式，而宜分洞运行，设计成双洞单线。对于长大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3所列铁路隧道可经专家论证后优先采用TBM施工，使用TBM施工会使工期提前，将产生巨大的经济效益和社会效益。
9、适宜采用盾构法施工的铁路隧道
目前，广深港客运专线10.8km长的狮子洋隧道(双洞单线)，拟采用4台?1.12m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?1.93m大型泥水盾构施工。位于浦东铁路下穿黄浦江段的黄浦江隧道，隧道建筑长度8.18km，隧道内径9.24m，可采用1～2台盾构施工。位于新建铁路上海至南通段的沪通铁路长江隧道，现正在进行桥梁方案和隧道方案论证阶段，如果采用隧道方案，则该隧道的建筑长度达21.35km，可采用2～4台盾构施工。
⑷ TBM施工的弃渣为什么不适合加工混凝土骨料
对粒径进行二次加工，符合质量要求的是可以加工混凝土的，但不能是风化岩。
⑸ 隧道工程施工中的主要风险有哪些方面
1、工程地质、水文地质条件复杂性
隧道地质工作贯穿于整个隧道的建设过程。施工前的地质工作，通过地面测绘、物探、少量的槽探和钻孔查清工程区的地质背景、地质构造和主要的水文地质条件。长隧道往往是工程的控制点，应尽量避开大断层，大滑坡、大溶洞、松软地层等不良工程地质体。但施工前的地质工作仅出于搜集资料的技术手段限制，加上地质体的复杂性，所取得的资料不能完全满足施工要求。由地表工作为主推断制约隧道地质条件与隧道施工中实际遇到的地质条件相差很远，漏掉的一些不良地质体给施工带来许多想不到的困难。
施工前工程地质工作的重点是查清大的地质构造和工程区的工程地质条件，但是花巨额投资挖众多的探洞，钻数千米钻孔，全面弄清细微的地质条件是得不偿失的，也是不可能的。在隧道施工中，不但要了解宏观的地质构造，还要了解岩体的结构，不但要了解全隧道的地质条件，还要知道其出现的位置及稳定程度，以便确定每一段的围岩类别和开挖断面、支护设计参数、开挖方法、爆破进尺和装药量。
工程所在区域的水文地质条件是经过漫长的地质年代形成的，经历了各种各样的自然和人为因素作用，其介质特性表现出很大的随机变异性。同时，地层中还存在大量水的活动与作用，如地表径流、地下潜水和承压水等。由于地质勘察、现场和室内试验等设备条件的限制，人们只能通过个别测试点的现场试验和若干试样的室内试验对岩土性和水文参数作近似的量测估计。大量的试验统计结果表明，岩土体的水文地质参数是十分离散、不确定的，具有很高的空间变异性，这些复杂因素的存在给隧道及地下工程的建设带来了巨大的本质上的风险，如地震、滑坡、洪水、雷击、严寒、高温、雨季等，以及开挖造成的围岩扰动，岩体内有毒气体释放，影响地下水流，引起噪音、废气、废渣污染等。
2、施工方案的复杂性
隧道工程建设中，施工队伍、机械设备、施工操作技术水平等对工程的施工风险都有直接的影响。由于工程施工技术方案与工艺流程复杂，且不同的工法又有不同的适用条件，贸然采取某种方案、技术和设备势必会产生风险。同时，整个工程的建设周期长、施工环境条件差，这些对施工单位人员都很容易产生不良影响，容易导致出现各种意外风险事故。施工过程中，地质资料的不确定性、工作面塌方、密封漏损、岩爆、瓦斯爆炸、有毒气体释放、岩溶、突涌水、洞外危崖落石、危石、洞口滑坡、施工用电事故、通讯不畅以及安全措施不力等隐患也很大。
3、隧道工程的周边环境的复杂性
所建工程周围的地面构筑物和周围环境设施一般都很复杂，尤其是城市繁华地带，临近的建筑物的结构类型、基础类型，周边道路及管线的类别等。在隧道工程的建设过程中，无论采用何种工法或工艺都很难避免的对以上这些构筑物造成直接的影响或一定程度的破坏。
⑹ 隧道掘进机的施工技巧
1、困难地层及其特点
困难地层是指全断面岩石掘进机通过比较困难或对其施工速度有较大影响的地层。这样地层的具体出现形式是软弱地层、断层破碎带、岩爆、涌水、围岩变形、剥落与坍塌及古暗河道等，其对TBM施工的影响及应采取的一般措施见表2所示，注浆堵水措施见表1。
2、困难地层施工中TBM自身所应采取的辅助措施
如果隧道穿越的地质地层中，困难地层不可避免，且对TBM的施工有一定影响，则应考虑在TBM上增加一些辅助功能，以增加其通过这样地质地层的能力，见表3所示。
3、困难地层中TBM的施工技术
3.1困难地层中TBM施工的一般技术措施
在TBM施工的工程中，当遇到困难地层的程度较严重时，有时需借助钻爆法脱困。即：通过辅助方法开挖人行通道，以便操作人员能通过刀盘下面的通道进入掌子面，并对掌子向前方的岩石进行预处理。
3.2TBM通过溶洞的施工技术
TBM在某隧洞的施工中遇到一个天然大溶洞，溶洞下宽上窄，与隧洞轴线交角约15度，横向宽约5～7m，纵向宽约13～15m，顶部比TBM机头高约30m，溶洞底部为松散大块石，能看到的部分比TBM基础低约5～8m。处理方案是：先对溶洞底部松散岩体进行回填封堵和灌浆，再用素混凝土回填至隧洞底以下0.5m，用钢筋混凝土做TBM通过的基础，甲时考虑到溶洞与隧洞轴线的交叉，TBM在一边无支撑、无法掘进的情况下，用素混凝土将浴洞回填至TBM以上5m，再用TBM掘进通过，见图1所示。
TBM在一隧洞工程的施工中遇一溶洞横穿支洞洞线，沿洞线方向长20余米，高30余米；洞内堆积有夹石泥及泥砂质壤土，溶洞两端洞壁的上半部是泥加石混合物，下半部则是较完整的岩体。
治理措施是：钢支撑加浇、喷混凝土构成联合支护，见图2所示。利用下半部岩体打入楔缝式锚杆作根基，用14号槽钢对焊成箱形梁固定在锚杆上作为支座，在此支座上焊接20号工字钢构成环向支撑，在环向支撑顶部焊接桁架并补喷混凝土。
3.3 TBM在遇到大范围破碎带时的施工技术
TBM在一隧道掘进施工中，通过区域性大断层极大范围的破碎带，拱顶发生严重坍塌，大块岩体将刀盘和护盾卡住而被迫停机。采用固结掌子面、超前灌浆、开挖上导洞对拱顶岩层进行加固、清理刀盘前方塌落岩石等措施（见图3所示）进行整理。
4、结语
TBM在隧道（洞）工程施工中，具有快速、安全、经济和质量高的特点，但是这样特点的实现是与地质状况密不可分的。而对地质状况的完全充分掌握是不可能的，因此，在TBM的工程施工中，遇到不良地质状况是必然的，通过对以往工程案例的总结，发现对这样地质采取的规律性处理措施，将对今后TBM的工程施工发挥一定指导作用。
⑺ 浅埋隧道地质条件很差时，应采用哪些超前辅助方法施工
隧道辅助施工方法有长管棚、超前小导管配合长管棚、超前小导管、超前预注浆、开挖后拱墙径向注浆等围岩加固措施等预支护方法。
施工方法：暗挖隧道均应按新奥法原理组织施工，施工方法应根据工程地质和水文地质条件、开挖断面大小、衬砌类型、埋深、隧道长度、工期要求及环境制约等因素综合研究确定。对地质条件变化较大的隧道，选用的施工方法应有较大的适应性，当需要变换施工方法时，以工序转换简单和较少影响施工进度为原则，一般不宜选用多种施工方法。
⑻ 掘进机施工法（TBM）的优点和缺点有哪些
掘进机施工法(TBM)的优点和缺点如下：
掘进机施工法(TBM)是一种利用回转刀具开挖(同时破碎和掘进)隧道的机械装置。此法修筑隧道的方法称掘进机法。
(一)TBM施工方法的优点：施工速度快，工期得以缩短，特别是在稳定的围岩中长距离施工时，此特征尤其明显。无爆破围岩的损伤小，减轻支护的工作量。振动、噪声小，对周围的居民和结构物的影响小。因机械化施工，安全，作业人员少。安全性和作业环境有了较大的改善。
(二)TBM施工方法的缺点：费和运输、组装、解体等的费用高，初期投资高，不用于短隧道。
施工途中不易改变开挖直径和形状。地质的适应性受到一定限制。对软弱围岩，还存在不少问题；对硬岩，强度超过200MPa后，刀具成本急剧增大，开挖速度也降低。