簡介
本書是一部較系統介紹全斷面隧道掘進機在不同地質地層施工技術的著作。內容包括全斷面隧道掘進機的基本結構及工作原理、全斷面隧道掘進機作業對象及特點、隧道勘測簡介、隧道全斷面施工方法、全斷面隧道掘進機施工前的技術準備、全斷面盾構掘進機施工技術、全斷面岩石掘進機的性能、全斷面岩石掘進機施工技術、複合地層隧道的全斷面機械化施工技術，最後介紹了全斷面隧道掘進機施工工程的典型實例。本書可供從事機械專業及鐵路公路隧道、城市地下鐵道、水利電力引輸水隧洞、煤礦巷道等地下工程施工專業的工程技術人員和高校師生閱讀參考。
前 言
全斷面隧道掘進機是用於鐵路公路隧道、城市地下鐵道、水利電力引輸水隧洞、煤礦巷道等地下工程施工的大型機械化施工設備。一般是指用於岩石地質地層施工的全斷面岩石掘進機(Full Face Rock Tunnel Boring Machine，簡稱TBM)和用於土質地層或混合地層施工的全斷面盾構機(簡稱盾構，Shield)。
全斷面岩石掘進機生產於20世紀中葉，由於其在岩質地層施工中所表現出來的優越性能，在國外得到了從事這樣地層施工的工程承包商的重視，因此發展相對較快，並且基本上已成為定型了的系列化產品，只要給出隧道(洞)的幾何參數和所穿越岩石地層的地質地層技術參數和相關地質狀況，就能設計製造，交貨周期10個月左右。
盾構機的發展歷史可追溯到1823年，但是全斷面機械化隧道盾構機也是在20世紀才發展起來的。盾構機原設計思想是以土質地層為主，即軟弱質地層，如塑性地層、砂等地質地層。盾構機主要套用於城市地下污水管道、城市地下鐵道等的工程施工。
全斷面隧道掘進機的發展經歷了一個曲折的歷程，特別是全斷面岩石掘進機，儘管埋在地下的事故不多，但卻引起過工程承包商、全斷面岩石掘進機的設計機構及其製造商的高度重視，從而加快了全斷面隧道掘進機的設計製造技術和施工技術的發展。近代科學技術的進步，特別是數位技術、可視化技術及控制技術的發展套用，為全斷面隧道掘進機的發展提供了可靠的技術基礎。全斷面隧道掘進機的發展趨勢應該是進一步提高其對地質地層的適應性。有些國家的設計製造廠商正在朝此方向努力，爭取設計出通用(萬能)的全斷面隧道掘進機--適應於各種地質地層的全斷面隧道掘進機，現在的混合式盾構機應該是其最基本的初級形式。
近年來，由於我國對基礎建設工程規模的擴大和進一步深入，全斷面隧道掘進機及其施工技術得到了政府和相關部門的重視。20世紀90年代，西安--安康鐵路中的秦嶺隧道工程使用的是從德國引進的兩台TB880E全斷面岩石掘進機和山西省萬家寨引黃工程中所使用的全斷面岩石掘進機等，在工程施工中的成功套用，以及城市地下鐵道採用盾構施工技術的進一步完善，應該是我們國家在21世紀發展全斷面隧道掘進機及其施工技術的良好開端。
全斷面隧道掘進機是集機、電、液、光於一體的大型複雜機械化地下工程施工設備，第一章就其基本結構和工作原理進行了探討，全斷面隧道掘進機施工對其作業對象的地質地層特點和狀況非常敏感，第二章就這部分內容進行了介紹；全斷面隧道掘進機施工工程一般情況下也可以採用傳統的鑽爆進行施工，這兩種施工方法對隧洞的勘測和規劃有著一定影響，第三章探討了這部分內容；考慮隧洞的幾何尺寸和形狀、隧洞施工用機械設備的不同，隧洞的全斷面施工有著不同的施工方法，第四章就這部分內容進行了簡述；全斷面隧道掘進機屬特大型機械化施工設備，適用地質條件和地質地層狀況針對性較強，一般情況下都是"量體裁衣"，從設計製造、運輸到安裝就位，周期相對較長，需要作較細緻的施工前的技術準備工作，第五章探討了這部分內容；以土質為主的地質地層和以岩石質為主的地質地層及土質和岩石質互層的地質地層的施工設備和施工技術是不同的，第六章、第八章和第九章分別對之進行了探討；第七章探討的是全斷面岩石掘進機的主要技術參數；第十章介紹了全斷面隧道掘進機施工實例。
展望21世紀，由於我國城市化規模的加快，基礎建設力度的加大，西部大開發戰略的實施，城市地下鐵道的公里數將會擴大，鐵路公路隧道的長度和數量都會增多，大型水電站和水利設施所需的隧洞工程施工周期將會要求儘可能的縮短。縱觀這些大型地下工程，全斷面隧道掘進機作為這樣工程施工的主力機械設備將會發揮更大的作用。這一願望的實現，不僅需要性能良好的全斷面隧道掘進機和對地質地層狀況的客觀準確勘測，更需要既掌握全
斷面隧道掘進機性能又掌握其在不同地質地層中掘進時的施工技術。在這些方面，國內外學者都進行了深入研究和相當的經驗總結。在此基礎上，結合我們的相關研究，編著成此書， 以期能為我們國家全斷面隧道掘進機的發展和地下工程建設作出貢獻。
本書承華北電力大學(北京)葉定海副教授，水利部發展研究中心李仕森教授級高工等的審閱，在他們的大力幫助和支持下，本書得以早日修改完成。此書在出版過程中還得到楊永江同志的大力支持和幫助。華北電力大學電站設備狀態監測與控制教育部重點實驗室、能源的安全與清潔利用北京市重點實驗室給予了資助，謹此一併致謝。
本書雖經反覆修改，數易其稿，仍難免疏漏甚或失誤之處，敬請讀者指正。
作 者
2005年7月
目錄
第一章 全斷面隧道掘進機概述1
第一節 全斷面隧道盾構1
第二節 全斷面岩石掘進機11
第三節 複合式全斷面隧道掘進機18
第四節 全斷面岩石掘進機刀具18
第五節 全斷面隧道掘進機後配套系統21
第六節 全斷面隧道掘進機的技術進步22
第七節 全斷面岩石掘進機結構實例22
第八節 土壓平衡式盾構結構實例28
第二章 全斷面隧道掘進機作業對象及其特點32
第一節 岩石的概念32
第二節 我國岩體分類標準介紹33
第三節 部分國家和地區的岩體分級標準38
第四節 全斷面岩石掘進機施工的地質參數48
第五節 全斷面盾構施工的地質參數 51
第三章 隧道(洞)勘測簡介60
第一節 施工方法與隧洞線路之間的關係60
第二節 洞線穿越地質勘測61
第三節 TBM施工隧洞的地質超前預報63
第四章 隧道(洞)的全斷面施工方法64
第一節 堅硬岩層中的隧道工程64
第二節 軟弱地層中的隧道施工74
第三節 全斷面隧道掘進機施工的風險及對策79
第五章 全斷面隧道掘進機設備報價及施工中的輔助措施82
第一節 全斷面隧道盾構82
第二節 全斷面岩石掘進機84
第六章 全斷面隧道盾構的性能與一般施工技術89
第一節 全斷面隧道盾構的性能89
第二節 盾構選擇應考慮的因素91
第三節 盾構施工工藝及襯砌92
第四節 盾構施工中泥餅的產生及應採取的措施93
第五節土壓平衡盾構工作時的異常現象及對策95
第六節 工程實例96
第七章 全斷面岩石掘進機的性能102
第一節 全斷面岩石掘進機的使用壽命102
第二節 全斷面岩石掘進機的掘進速度及利用率 102
第三節 刀具消耗106
第八章 全斷面岩石掘進機施工技術110
第一節 不良地質特點及採取的一般措施110
第二節 典型施工經驗介紹 113
第三節 義大利套用全斷面岩石掘進機的施工技術134
第四節 法國套用全斷面岩石掘進機的施工技術 140
第五節 加拿大套用全斷面岩石掘進機的施工技術 152
第九章 穿越混合地層的隧洞的全斷面機械化施工技術155
第一節 混合式盾構lbb
第二節 複合地層用混合式盾構的基本要求 156
第三節 含水粘土、冰磧層、沙石頁岩等地質地層的施工技術 157
第四節 砂礫石、細砂和粘土地層中的施工技術 159
第五節 岩層與少量軟土段的施工技術160
第六節 工程實例161
第十章 典型工程介紹164
第一節 英法海峽隧道工程 164
第二節 西安--安康鐵路秦嶺I線隧道TBM施工169
第三節 賴索托工程177
第四節 費爾艾那隧道工程 180
第五節 日本淹里發電站輸水隧洞工程181
第六節 天生橋隧洞工程186
第七節 丹麥大海峽鐵路隧道工程190
第八節 格蘭·哈特隧道及其施工用TBM 193
參考文獻202
