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【摘 要】文章以某市超大型铁矿的基建工程为背景，从施工技术、质量、进度、安全以及经济成本等多方面，把TBM掘进机施工与钻爆法施工做了较详细的比较，探讨了TBM掘进机在矿山基建项目中应用的可行性，对地下深层的矿山开采中采用TBM掘进机机施工有一定的参考、推荐作用，在国内矿山施工中有一定的前瞻性。
【关键词】TBM掘进机；地下工程；矿山建设
1.工程概述
某铁矿床位于某市西南7km处 ，是全国著名的超大型铁矿床，迄今未经正式开发。矿区属构造剥蚀中低丘陵及平原地形，区内岩石主要由古老的变质岩系所组成，均受到了剧烈的构造变动及混合岩化作用。构造层主要包括太古代构造层 、元古代构造层 、震旦系构造层和下古生界构造层四个构造层。根据冶金地质勘查局地质勘查研究院对矿区山脉露天采场的排水量调查，其日排水量仅150m3/d左右。
该矿基建总工程量为442.5万m3。主要基建内容包括：1#、2#胶带斜井，副井，辅助斜坡道，1#、2#、3#进风井，1#、2#、3#回风井，-120m中段充填巷道，-300m、-540m无轨凿岩中段，-360m、-600m无轨出矿中段，-400m、-640m有轨运输中段，溜破系统，水泵房中央变电所及各类硐室、采切工程及探矿工程等。井下基建任务由副井、3条进风井、3条回风井、1#胶带斜井、2#胶带斜井、辅助斜坡道共同承担。
2.市场前景分析
近年来，随着我国大型基建设施、城镇化的发展与建设，以及房地产市场的持续开发，对矿产资源需求量不断增加，促使了采矿业的高速发展，矿山开采规模越来越大、基建期越来越长，一般建设周期需5年以上，5-10年时间才能实现投产。同时，由于多年的开采，国内大部分浅层有色金属矿石的开采已接近枯竭，不得不转向深层的地下开采。
目前，矿山开采主要采用技术成熟、施工灵活的工法——钻爆法。但随着技术的飞速发展，速度慢、污染重、风险高、使用劳力多的钻爆法越来越不适应社会发展的需要。而TBM全断面掘进机凭借着其施工安全、速度快、质量好、效率高等突出优点，在国内外的山岭隧道、水利隧道、城市隧道等多种形式地下工程的施工中得到了广泛应用。近年国内工程中TBM应用案例见表1。
由表1可以看出，在国内目前成功的案例中，TBM尚未在矿山基建工程中使用过。
TBM的优势在长大隧道施工中才能够体现，而矿山工程的巷道是相互贯通的几十公里以上的地下通道，如能引进TBM进行施工，将为TBM的使用开拓出一个非常大的潜在市场。下文笔者将对比钻爆法施工技术，从技术、质量、进度、安全以及经济成本等几方面，针对TBM在矿山基建工程中投入使用的可能性进行探讨。
3.TBM掘进机在矿山基建工程中的应用探讨
TBM的发展在国外已经历了一百多年的历史，由于其施工速度快、隧道成形好、对周边环境影响小和安全性较高的特点，已经成为当今世界隧道施工最先进设备的代名词，并被作为国外隧道开挖普遍采用的重要方法之一。
3.1施工技术
从技术方面讲，由于矿山建设的主要基建工程为地下环形的平盘巷道和连接各平盘间的斜坡道，TBM掘进机施工技术需克服入地掘进过程中的环形转弯半径和斜坡道的坡度两个问题。经我们与TBM生成厂家的设计研究，坡度方面TBM可以最大达到12%，而转弯半径最小可缩小至120m，能够满足工程要求，因此TBM掘进机在矿山基建工程中的应用是不存在技术问题的。
3.2施工质量
TBM掘进机切削过的表面光滑（图1），且断为圆形断面，观感漂亮的同时，根据新奥法原理，可有效的减少隧道结构的应力集中，使隧道结构更加稳固，从而减少隧道的后期的维护费用。钻爆法施工所爆破出来的断面（图2）是无法达到的。
3.3施工进度
根据矿岩条件和矿山实际情况，结合目前国内施工单位的技术水平井巷工程月掘进速度指标如下：胶带斜井70m；运输巷道100m，回风道100m；斜坡道100m。而如若采用TBM掘进机，根据表1中各项目的进度统计，月进度指标在600m-1500m，约10倍于钻爆法的施工进度。
3.4施工安全
安全更是TBM掘进机的一个优势所在，其施工人员较钻爆法少，且全部在机器护盾内部工作，掘进机为施工安全提供了一个“天然的安全屏障”（图3）。而钻爆法施工时，工人需要暴露在并不稳定的围岩下方工作（图4），安全隐患极大。
3.5经济成本
根据我们的测算，按照每掘进10km保养一次、30km一大修的标准，半径为6.0m的TBM掘进机掘进30km所需的费用近1亿元。但随着掘进长度的增加，设备摊销成本是逐步降低的，且掘进机成洞后洞体的支护、后期维护费用较钻爆法也是大幅减少的。经计算，采用TBM掘进施工超过10km后，费用与钻爆法基本相当。因此，开工前一次性投入的设备购置成本过高是制约TBM掘进机发展与应用的瓶颈。
4.结语
TBM掘进机的最大特点是广泛使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态，已广泛应用于各国的地下工程建设。由于其在安全、质量、进度、环境保护等多方面有着非常突出的表现，在一些发达国家，不少单位都明确规定，对于3km以上的隧道，必须用掘进机施工。但由于TBM的购置成本较高，该项技术的采用在很大程度上受到成本控制的约束，一般只适合在长大隧道中采用，而矿山建設中的巷道工程，经过较小的设计修改后，应该有着非常好的应用前景。
最后，在此对一同参加本课题研究的本单位同事及铁建重工的朋友表示感谢。
参考文献：
1.张志勇、陈小平. 重庆轨道交通敞开式TBM掘进机应用.西部探矿工程，2014年第4期
2.章跃林、王晓全、孙士英、刘艳艳. 关于TBM掘进深埋长达硬岩隧洞关键技术——在引黄入晋、伊朗等调水工程中设计施工的应用研究
3.丁宇. 锦屏二级水电站引水隧道TBM（隧道掘进机）施工岩爆综合预测研究（硕士学位论文）.2012年6月
【关键词】TBM掘进机；地下工程；矿山建设
1.工程概述
某铁矿床位于某市西南7km处 ，是全国著名的超大型铁矿床，迄今未经正式开发。矿区属构造剥蚀中低丘陵及平原地形，区内岩石主要由古老的变质岩系所组成，均受到了剧烈的构造变动及混合岩化作用。构造层主要包括太古代构造层 、元古代构造层 、震旦系构造层和下古生界构造层四个构造层。根据冶金地质勘查局地质勘查研究院对矿区山脉露天采场的排水量调查，其日排水量仅150m3/d左右。
该矿基建总工程量为442.5万m3。主要基建内容包括：1#、2#胶带斜井，副井，辅助斜坡道，1#、2#、3#进风井，1#、2#、3#回风井，-120m中段充填巷道，-300m、-540m无轨凿岩中段，-360m、-600m无轨出矿中段，-400m、-640m有轨运输中段，溜破系统，水泵房中央变电所及各类硐室、采切工程及探矿工程等。井下基建任务由副井、3条进风井、3条回风井、1#胶带斜井、2#胶带斜井、辅助斜坡道共同承担。
2.市场前景分析
近年来，随着我国大型基建设施、城镇化的发展与建设，以及房地产市场的持续开发，对矿产资源需求量不断增加，促使了采矿业的高速发展，矿山开采规模越来越大、基建期越来越长，一般建设周期需5年以上，5-10年时间才能实现投产。同时，由于多年的开采，国内大部分浅层有色金属矿石的开采已接近枯竭，不得不转向深层的地下开采。
目前，矿山开采主要采用技术成熟、施工灵活的工法——钻爆法。但随着技术的飞速发展，速度慢、污染重、风险高、使用劳力多的钻爆法越来越不适应社会发展的需要。而TBM全断面掘进机凭借着其施工安全、速度快、质量好、效率高等突出优点，在国内外的山岭隧道、水利隧道、城市隧道等多种形式地下工程的施工中得到了广泛应用。近年国内工程中TBM应用案例见表1。
由表1可以看出，在国内目前成功的案例中，TBM尚未在矿山基建工程中使用过。
TBM的优势在长大隧道施工中才能够体现，而矿山工程的巷道是相互贯通的几十公里以上的地下通道，如能引进TBM进行施工，将为TBM的使用开拓出一个非常大的潜在市场。下文笔者将对比钻爆法施工技术，从技术、质量、进度、安全以及经济成本等几方面，针对TBM在矿山基建工程中投入使用的可能性进行探讨。
3.TBM掘进机在矿山基建工程中的应用探讨
TBM的发展在国外已经历了一百多年的历史，由于其施工速度快、隧道成形好、对周边环境影响小和安全性较高的特点，已经成为当今世界隧道施工最先进设备的代名词，并被作为国外隧道开挖普遍采用的重要方法之一。
3.1施工技术
从技术方面讲，由于矿山建设的主要基建工程为地下环形的平盘巷道和连接各平盘间的斜坡道，TBM掘进机施工技术需克服入地掘进过程中的环形转弯半径和斜坡道的坡度两个问题。经我们与TBM生成厂家的设计研究，坡度方面TBM可以最大达到12%，而转弯半径最小可缩小至120m，能够满足工程要求，因此TBM掘进机在矿山基建工程中的应用是不存在技术问题的。
3.2施工质量
TBM掘进机切削过的表面光滑（图1），且断为圆形断面，观感漂亮的同时，根据新奥法原理，可有效的减少隧道结构的应力集中，使隧道结构更加稳固，从而减少隧道的后期的维护费用。钻爆法施工所爆破出来的断面（图2）是无法达到的。
3.3施工进度
根据矿岩条件和矿山实际情况，结合目前国内施工单位的技术水平井巷工程月掘进速度指标如下：胶带斜井70m；运输巷道100m，回风道100m；斜坡道100m。而如若采用TBM掘进机，根据表1中各项目的进度统计，月进度指标在600m-1500m，约10倍于钻爆法的施工进度。
3.4施工安全
安全更是TBM掘进机的一个优势所在，其施工人员较钻爆法少，且全部在机器护盾内部工作，掘进机为施工安全提供了一个“天然的安全屏障”（图3）。而钻爆法施工时，工人需要暴露在并不稳定的围岩下方工作（图4），安全隐患极大。
3.5经济成本
根据我们的测算，按照每掘进10km保养一次、30km一大修的标准，半径为6.0m的TBM掘进机掘进30km所需的费用近1亿元。但随着掘进长度的增加，设备摊销成本是逐步降低的，且掘进机成洞后洞体的支护、后期维护费用较钻爆法也是大幅减少的。经计算，采用TBM掘进施工超过10km后，费用与钻爆法基本相当。因此，开工前一次性投入的设备购置成本过高是制约TBM掘进机发展与应用的瓶颈。
4.结语
TBM掘进机的最大特点是广泛使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态，已广泛应用于各国的地下工程建设。由于其在安全、质量、进度、环境保护等多方面有着非常突出的表现，在一些发达国家，不少单位都明确规定，对于3km以上的隧道，必须用掘进机施工。但由于TBM的购置成本较高，该项技术的采用在很大程度上受到成本控制的约束，一般只适合在长大隧道中采用，而矿山建設中的巷道工程，经过较小的设计修改后，应该有着非常好的应用前景。
最后，在此对一同参加本课题研究的本单位同事及铁建重工的朋友表示感谢。
参考文献：
1.张志勇、陈小平. 重庆轨道交通敞开式TBM掘进机应用.西部探矿工程，2014年第4期
2.章跃林、王晓全、孙士英、刘艳艳. 关于TBM掘进深埋长达硬岩隧洞关键技术——在引黄入晋、伊朗等调水工程中设计施工的应用研究
3.丁宇. 锦屏二级水电站引水隧道TBM（隧道掘进机）施工岩爆综合预测研究（硕士学位论文）.2012年6月