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摘要：岩石地下工程的施工方法有两种，一种是钻爆法，另一种则是掘进机施工法。本篇文章主要对掘进机施工法作详细探讨和分析，在介绍了掘进机种类和功能之后，对其施工技术和施工特点进行了具体的分析和论述，以供相关同志参考。
关键词：地下工程；岩石地下工程；掘进机施工法；施工特点
全断面隧道掘进机，又简称为TBM，它是一种特制的大型切削设备，主要用于隧道等岩石地下工程的施工建造中。掘进机法的工作原理是主机和相应的配套设备一起协同工作，并形成一条可移动的机械化施工作业线，对隧道工程施工中所遇到的大块岩石进行剪切、挤压，使岩石破碎，然后通过配套的运输设备将碎石运出隧道。在掘进机工作的时候，其主机主要负责破碎岩石和盛装岩石碎渣，而运输等其他工作则交由相应的配套设备来完成。就目前而言，我国大多数公路隧道和地下通道等工程的施工都是采用的掘进机施工法。
一、什么是岩石地下工程
地下工程是指地表下面的建筑物工程，比如公路隧道、水下隧道以及地下通道等等。地下工程是为了开发和利用地下空间，而在地表之下所建造的土木工程，这类工程大多具有着良好的热稳定性和密闭性，且由于是修筑在地下，不占据地球表面的土地资源，所以工程还具有着良好的社会效益和环境效益。但这类工程也有着施工难度大、施工周期长以及一次性投资较高等缺点。
综合地下工程的概念，我们可以得知，所谓岩石地下工程，其实就是指在地下岩石中挖设和建造的各种建筑工程。一般来说，岩石地下工程的建造都是通过机械来实现的，目前我国常用的岩石地下工程的施工方法有两种：一种是钻爆法，另一种则是隧道掘进机施工法。本篇文章主要对岩石地下工程的掘进机施工技术。
二、掘进机的种类
一般而言，岩石隧道工程的开挖和施工多采用隧道掘进机械来完成，而隧道掘进机械的种类有很多，比较常见的主要有全断面隧道掘进机和臂式掘进机两种。在我国的隧道工程施工中，使用最多的还是全断面隧道掘进机。截至目前，我国已成功采用过岩石掘进机单T型支撑敞开式、双X型支撑敞开式、双护盾三种掘进机械来进行地下工程的施工。总的来说，地下工程的施工可以采用多种的、不同的施工机械和施工手段，而对于岩石地下工程的施工，我们最常用到的，也最为适宜的施工机械还是全断面隧道掘进机中的岩石掘进机。
二、岩石掘进机的功能
岩石掘进机在使用时，主要具有四种功能，即掘进、出渣、导向和支护，且这四个功能是岩石掘进机所具有基本功能。在这四个基本功能中，掘进、出渣、和导向这三个功能是贯穿于掘进机施工全过程的，而掘进机的支护功能则仅仅只是在必要时候才会用到。
三、岩石掘进机的施工特点
1、快速
掘进机施工的核心优点是掘进速度快。掘进机可以实现连续掘进、能同时完成破岩、出渣、通风除尘、支护衬砌等作业，并一次成洞，掘进速度快，效率高。一般速率为常规钻爆法的3～10倍。
2、优质
掘进机施工，由刀具挤压和切洞壁岩石，避免了爆破作业，成洞周围岩层不受爆破震动而破坏；洞壁完整、光滑、美观。掘进机开挖隧道糙率一般为0.019，比钻爆法的光面爆破的糙率小17%；开挖的洞泾尺寸精确，误差可以控制在±2cm范围内；开挖隧道的洞线与预期洞线误差也小，可以控制在±cm范围内。
3、安全
岩石地下工程使用岩石掘进机进行开挖和施工，比起采用其他施工机械更加安全。因为掘进机在工作时，它对隧洞洞壁外面的围岩的影响较小，不容易对围岩造成破坏和干扰，所以能够保持围岩的稳定性；用于地下工程施工的岩石掘进机一般都带有护盾，施工人员可以在护盾的保护下进行隧道开挖操作；另外，相比于钻爆法，掘进机施工法没有炸药等化学物质的爆炸和污染，且其操作的自动化水平高，更加有利于保护施工人员的安全。
四、TBM的施工技术
1、开挖原理
在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，滚刀在掌子面固定的同心圆切缝上滚动，当推力超过岩石的抗压强度时，盘形滚刀下的岩石直接破碎，盘形滚刀贯入岩石，掌子面被盘形滚刀挤压碎裂而形成同心圆沟槽，随着沟槽深度的增加，掩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石的剪切强度和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落。
2、TBM施工前期准备工作
（1）洞外场地布置。TBM施工主要的洞外配套设施有：混凝土拌和系统，抑拱预制厂，修理车间，各种配件、材料库，供水、电、风系统，运渣和翻渣系统，装卸调运系统，进场场区道路，掘进机的组装场地等。根据TBM掘进机不同阶段的施工需求和现场的实际情况，科學合理地统筹布置，是充分发挥掘进机的性能，确保掘进机顺利施工的前提。
（2）预备洞、出发洞开挖。由于一般隧道洞口处覆盖层薄（30～40m），另有可能石质风化等原因，通常不适合敞开式TBN施工，为确保TBM早日投入正常掘进施工，一般采用人工开挖至围岩条件较好的洞段（此时TBN依靠自身步行装量进洞），成为预备洞。出发洞石质TBM步行至预备洞工作面开始掘进时，由于TBM本身要求最早掘进的辅助洞室，施工长度根据TBM的自身结构尺寸而定。
3、TBM的掘进操作
（1）启动准备。隧道施工中电、水、风是三大主要因素，对于TBM也是如此，在试运转或经长期停机后，启动器要考虑电、水、风是否以安全争取地输送到机器上，首先核实洞外中压电源是否输送到机器的变压器上，变压器的一次侧短路是否已经接通。电源接通后还要确认洞外的净水是否已经接通并送入洞内，同时确认洞外新鲜风机是否启动并把新鲜风送到机器尾部。
（2）启动。在确定控制电压接通后，启动净水泵（正常水压应在0.7MPa左右），启动风机。启动时，可接通组成启动按钮成组启动，亦可单独启动。在风机启动完毕后启动液压动力站。
（3）掘进。开始掘进前，确认一下工作：风机启动，泵站启动，点击启动，输送带启动，水系统正常，刀盘由润滑、脂润滑张楚；外机架已经前移并撑紧，后支承已经手气并前移，护盾夹紧，后配套系统已经拖拉完毕（以上工作在换步是完成）。
五、结束语
在不同地质条件下，TBM的推力、刀盘转速和刀盘扭矩等掘进参数是不同的。根据实际情况合理调整和设置TBM掘进参数，才能保证TBM高效、安全的通过不同地质地段并顺利施工。
参考文献
[1] 崔玖江. 提高我国隧道与地下工程施工技术水平[J]. 西部探矿工程. 2001（01）
[2] 吴成三. 隧道施工的新方法[J]. 铁道工程学报. 1988（01）
[3] 刘洪武. 地下工程的施工技术及其发展的探讨[J]. 民营科技. 2007（09）
[4] 王永刚. 地下工程的施工技术及发展展望[J]. 民营科技. 2007（07）
关键词：地下工程；岩石地下工程；掘进机施工法；施工特点
全断面隧道掘进机，又简称为TBM，它是一种特制的大型切削设备，主要用于隧道等岩石地下工程的施工建造中。掘进机法的工作原理是主机和相应的配套设备一起协同工作，并形成一条可移动的机械化施工作业线，对隧道工程施工中所遇到的大块岩石进行剪切、挤压，使岩石破碎，然后通过配套的运输设备将碎石运出隧道。在掘进机工作的时候，其主机主要负责破碎岩石和盛装岩石碎渣，而运输等其他工作则交由相应的配套设备来完成。就目前而言，我国大多数公路隧道和地下通道等工程的施工都是采用的掘进机施工法。
一、什么是岩石地下工程
地下工程是指地表下面的建筑物工程，比如公路隧道、水下隧道以及地下通道等等。地下工程是为了开发和利用地下空间，而在地表之下所建造的土木工程，这类工程大多具有着良好的热稳定性和密闭性，且由于是修筑在地下，不占据地球表面的土地资源，所以工程还具有着良好的社会效益和环境效益。但这类工程也有着施工难度大、施工周期长以及一次性投资较高等缺点。
综合地下工程的概念，我们可以得知，所谓岩石地下工程，其实就是指在地下岩石中挖设和建造的各种建筑工程。一般来说，岩石地下工程的建造都是通过机械来实现的，目前我国常用的岩石地下工程的施工方法有两种：一种是钻爆法，另一种则是隧道掘进机施工法。本篇文章主要对岩石地下工程的掘进机施工技术。
二、掘进机的种类
一般而言，岩石隧道工程的开挖和施工多采用隧道掘进机械来完成，而隧道掘进机械的种类有很多，比较常见的主要有全断面隧道掘进机和臂式掘进机两种。在我国的隧道工程施工中，使用最多的还是全断面隧道掘进机。截至目前，我国已成功采用过岩石掘进机单T型支撑敞开式、双X型支撑敞开式、双护盾三种掘进机械来进行地下工程的施工。总的来说，地下工程的施工可以采用多种的、不同的施工机械和施工手段，而对于岩石地下工程的施工，我们最常用到的，也最为适宜的施工机械还是全断面隧道掘进机中的岩石掘进机。
二、岩石掘进机的功能
岩石掘进机在使用时，主要具有四种功能，即掘进、出渣、导向和支护，且这四个功能是岩石掘进机所具有基本功能。在这四个基本功能中，掘进、出渣、和导向这三个功能是贯穿于掘进机施工全过程的，而掘进机的支护功能则仅仅只是在必要时候才会用到。
三、岩石掘进机的施工特点
1、快速
掘进机施工的核心优点是掘进速度快。掘进机可以实现连续掘进、能同时完成破岩、出渣、通风除尘、支护衬砌等作业，并一次成洞，掘进速度快，效率高。一般速率为常规钻爆法的3～10倍。
2、优质
掘进机施工，由刀具挤压和切洞壁岩石，避免了爆破作业，成洞周围岩层不受爆破震动而破坏；洞壁完整、光滑、美观。掘进机开挖隧道糙率一般为0.019，比钻爆法的光面爆破的糙率小17%；开挖的洞泾尺寸精确，误差可以控制在±2cm范围内；开挖隧道的洞线与预期洞线误差也小，可以控制在±cm范围内。
3、安全
岩石地下工程使用岩石掘进机进行开挖和施工，比起采用其他施工机械更加安全。因为掘进机在工作时，它对隧洞洞壁外面的围岩的影响较小，不容易对围岩造成破坏和干扰，所以能够保持围岩的稳定性；用于地下工程施工的岩石掘进机一般都带有护盾，施工人员可以在护盾的保护下进行隧道开挖操作；另外，相比于钻爆法，掘进机施工法没有炸药等化学物质的爆炸和污染，且其操作的自动化水平高，更加有利于保护施工人员的安全。
四、TBM的施工技术
1、开挖原理
在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，滚刀在掌子面固定的同心圆切缝上滚动，当推力超过岩石的抗压强度时，盘形滚刀下的岩石直接破碎，盘形滚刀贯入岩石，掌子面被盘形滚刀挤压碎裂而形成同心圆沟槽，随着沟槽深度的增加，掩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石的剪切强度和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落。
2、TBM施工前期准备工作
（1）洞外场地布置。TBM施工主要的洞外配套设施有：混凝土拌和系统，抑拱预制厂，修理车间，各种配件、材料库，供水、电、风系统，运渣和翻渣系统，装卸调运系统，进场场区道路，掘进机的组装场地等。根据TBM掘进机不同阶段的施工需求和现场的实际情况，科學合理地统筹布置，是充分发挥掘进机的性能，确保掘进机顺利施工的前提。
（2）预备洞、出发洞开挖。由于一般隧道洞口处覆盖层薄（30～40m），另有可能石质风化等原因，通常不适合敞开式TBN施工，为确保TBM早日投入正常掘进施工，一般采用人工开挖至围岩条件较好的洞段（此时TBN依靠自身步行装量进洞），成为预备洞。出发洞石质TBM步行至预备洞工作面开始掘进时，由于TBM本身要求最早掘进的辅助洞室，施工长度根据TBM的自身结构尺寸而定。
3、TBM的掘进操作
（1）启动准备。隧道施工中电、水、风是三大主要因素，对于TBM也是如此，在试运转或经长期停机后，启动器要考虑电、水、风是否以安全争取地输送到机器上，首先核实洞外中压电源是否输送到机器的变压器上，变压器的一次侧短路是否已经接通。电源接通后还要确认洞外的净水是否已经接通并送入洞内，同时确认洞外新鲜风机是否启动并把新鲜风送到机器尾部。
（2）启动。在确定控制电压接通后，启动净水泵（正常水压应在0.7MPa左右），启动风机。启动时，可接通组成启动按钮成组启动，亦可单独启动。在风机启动完毕后启动液压动力站。
（3）掘进。开始掘进前，确认一下工作：风机启动，泵站启动，点击启动，输送带启动，水系统正常，刀盘由润滑、脂润滑张楚；外机架已经前移并撑紧，后支承已经手气并前移，护盾夹紧，后配套系统已经拖拉完毕（以上工作在换步是完成）。
五、结束语
在不同地质条件下，TBM的推力、刀盘转速和刀盘扭矩等掘进参数是不同的。根据实际情况合理调整和设置TBM掘进参数，才能保证TBM高效、安全的通过不同地质地段并顺利施工。
参考文献
[1] 崔玖江. 提高我国隧道与地下工程施工技术水平[J]. 西部探矿工程. 2001（01）
[2] 吴成三. 隧道施工的新方法[J]. 铁道工程学报. 1988（01）
[3] 刘洪武. 地下工程的施工技术及其发展的探讨[J]. 民营科技. 2007（09）
[4] 王永刚. 地下工程的施工技术及发展展望[J]. 民营科技. 2007（07）