（1）山区高速向长、大、深发展，跨河、跨海、地铁、城市管廊隧道逐渐成为未来隧道工程的增长点，四川路桥作为川内最大的工程承包商，未来的世界500强企业，面对愈加激烈的挑战和竞争，为了进一步拓宽市场、在更加高端的项目上有所作为，有必要在TBM为代表的先进装备、工艺上进行尝试，争取成为国内地下工程施工行业中的领军者。

（2）TBM施工代表了当前山岭隧道施工机械化、装备化的最高水平。随着国家对安全、质量、环保的日益重视，机械化换人、自动化减人成为土建施工行业发展的目标，TBM施工会逐渐成为未来隧道修建的重要、甚至是主流模式。

（3）与传统钻爆法相比，TBM施工的最大特点是集掘进、出碴运输、通风除尘和支护衬砌于一体，实现隧道施工半自动甚至全自动化，具有能连续作业、施工速度快、工期短、对围岩扰动小、对环境污染小、施工质量可控、安全性能高等优点。

（4）由于开敞式TBM各项指标均衡，最适合目前中国国情，也最适合复杂地质条件下的山岭隧道施工，推荐采用开敞式TBM。

（5）进口设备和国产设备在性能、价格、后期维护保养方面各有所长，目前国内正在施工的TBM总数约35台左右，其中国产30台。接下来我们会对国内正在施工的TBM的运行状况进行跟踪、评价，为购买决策提供支撑。

（6）与钻爆法比较，TBM施工的经济性主要表现在成洞的综合成本上，特别是对超特长隧道，采用TBM施工的隧道独头掘进可达20km，与钻爆法施工采用长洞短打、支洞折打相比，可大大减少辅助导坑道数量，只要选型合理、管理科学，TBM法施工的综合成本完全可以降低到与钻爆法竞争的程度；同时对于制约项目总工期的长大隧道，采用TBM施工可以大大缩短工期，提前通车带来的经济及社会效益显著。

（7）建议四川路桥尽快通过引进、培养等方式组建TBM技术、管理团队，为后期开展施工提供人力资源保障。

（8）TBM施工项目的选择：乐西大凉山隧道中导洞大概率成为国内高速公路建设TBM首例工程，其断面较小，相关技术及经验较为成熟，四川路桥若能在此项目中有所作为将极大提升知名度和影响力，同时通过小断面施工积累经验、锻炼队伍，为后期大断面TBM施工奠定基础。 

（1）建设模式

TBM设备采购费用庞大，且施工直接成本较高，需要在施工招标当中明确采用TBM的施工方式。

考虑到TBM设备的采购周期较长（制造周期为11～12个月）的特点，按工期要求，业主需在项目工可或初设阶段就着手TBM及后配套设备的采购工作。目前国内主要有两种TBM采购模式：

①施工单位自行采购，该种方式主要适用于拟投标项目隧道尺寸与施工单位已有TBM尺寸相同或接近。

②业主先行签订购买合同并且提前制造TBM，但不付款，最终设备的出资及后期养护由中标承包商完成。

（2）地质条件

TBM对隧道的地质条件比较敏感，不同类型的TBM适用的地层也不同，大多数地层及一般的硬岩、软岩、断层破碎带，可采用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、极高地应力隧道、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。

（3）隧道长度的选择

①根据国外实践，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。对于一般的高速公路2车道隧道，开挖直径通常在10-11m左右，按此计算，大于6km的隧道就可以考虑采用TBM施工。

②在我国，受国情影响，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10km～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。

（4）人力资源配备

TBM施工方式与钻爆有本质的区别，除了在洞外制作锚杆、钢架，洞内进行挂网、立架、喷混凝土的人员外，更重要的是系统维保人员，该部分占整个人力资源的一半。TBM施工过程中有1/3的时间是在进行保养，所谓磨刀不误砍柴工，只有让机器保持良好的状态，才能确保施工的顺畅。有一套成熟、稳定、技术经验丰富的后勤保障团队是决定TBM施工成败的关键因素。

（5）场地及运输条件

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，拼装长度都超过200多米。同时洞外配套设施多，主要有混凝土搅拌系统、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，有的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，则无法采用TBM施工。

1.3.1 设备价格

表1-1  TBM采购价格调查

1.3.2 TBM开挖速度统计

图1-1  TBM在国内各项目中的掘进平均速度

图1-2  TBM在各级围岩中的掘进平均速度

根据国内近年来多个TBM隧道施工情况统计，TBM在地质条件中等的Ⅲ-Ⅳ级围岩中掘进效率最高，围岩完整性较好的Ⅱ级围岩（岩质过硬导致刀盘钻进困难，同时道具磨损严重需要经常更换）与围岩条件较差的Ⅴ级围岩（需要进行大量的初期支护措施）中掘进效率较差。但综合比较，较钻爆法施工速度普遍快3~5倍，开挖速度优势非常明显。

①业主——负责项目的前期规划，在初设甚至是工可阶段就要确定建设模式，提前介入TBM的选型和制造，施工招标时明确TBM的施工方式。

②设计——完成详细而尽量准确的地勘工作，为TBM的制造提供足够的支撑；确定隧道断面尺寸，合理规划断面结构布局，在满足功能的基础上尽量减少空间的浪费；协助业主完成TBM的选型；TBM制造过程中提出功能要求建议；施工全程配合。

③施工——TBM制造过程中的监造，确保满足功能；进场道路及施工场地的提前准备完善；始发洞和到达洞的施工；电力设施和供水设施的准备；人力资源准备；维修保养车间的建造和易耗件的准备；全过程实施及养护。

本次调研主要分为三部分内容，第一部分为资料收集及分析，第二部分为专家讲座及交流，第三部分为工地考察和生产厂家调研。具体时间安排如下：

表2-1  调研时间计划

2018年5月16日，我们邀请了中铁18局隧道公司副总工程师兼TBM技术部部长杨国清、吉林引松项目部TBM经理苗斌在四川路桥进行《长大隧道TBM施工技术》交流，设计公司、川交公司、隧道公司、铁投建管部、沿江高速公司参加了本次交流。18局参建的西康铁路秦岭特长隧道是我国首次采用TBM掘进机施工，近年来采用TBM施工了中天山铁路隧道、锦屏二级水电站（目前亚洲规模最大的水工洞群）、吉林中部城市引松供水工程、新疆西水东引工程、北京奥运管廊等多个工程，是目前国内TBM施工经验最丰富的企业之一。 

图2-1 中铁18局隧道集团赴集团讲座

在这次交流会上，18局对他们多年来TBM施工的诸多案例和总结的经验进行了介绍，并赠送了我们内部总结的“全断面岩石隧道掘进机应用技术指南”。

2018年5月23日-5月24日，调研组到郑州中铁工程装备集团有限公司进行实地考察。 中铁工程装备集团有限公司是中铁高新工业下属的装备制造企业之一，专业从事盾构、TBM等隧道施工设备设计、制造和施工服务。该公司产品覆盖3-8米中小型TBM及8-15米大型TBM，目前成功运用在吉林引松工程、新疆达坂引水隧道、云南高黎贡山铁路隧道等工程中。

图2-2 中铁装备郑州总部生产车间

图2-3 河北冬奥会TBM管廊施工现场

5月25日调研组赴河北考察了中铁18局正在施工的北京冬奥会地下管廊TBM隧道施工现场，隧道直径10.2m，使用的是西秦岭隧道施工用过的那台罗宾斯的开敞式TBM 。通过对工厂及工地的现场考察，让我们对TBM的制造过程、部件组成、施工方式有了直观的印象。

在欧洲，盾构也称为TBM；但在日本和我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构，将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM。其实，TBM就是隧道掘进机的英文“Tunnel Boring Machine”的缩写，但通常定义中的“TBM”是指全断面岩石隧道掘进机，是以岩石地层为掘进对象，它与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。而盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是盾构工作原理的主要方面，也是盾构区别于TBM的主要方面。

TBM是由盾构技术发展而来，通常适用于岩石地层，靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成形。TBM具有掘进、出碴、导向、支护四大基本功能。掘进、出碴、导向这三个功能贯穿在TBM掘进全过程中，支护功能只是在必要时才使用。掘进功能分为掌子面破岩功能和推进掘进机前进的功能。出碴功能分为导碴、铲碴、溜碴、运碴功能。导向功能包含方向的确定、方向的调整、偏转的调整。支护功能分为掘进前未开挖地质的预处理、开挖后洞壁的局部支护和全部洞壁的衬砌。

现代的TBM采用了机械、电气和液压领域的高科技成果，运用计算机控制、闭路电视监视、工厂化作业，是集掘进、支护、出碴、运输于一体的成套设备。采用TBM施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的钻爆法施工有了质的飞跃。在国外使用TBM掘进隧洞已很普遍，尤其是3km以上的长隧洞，很多业主在招标书中规定，要求投标商必须采用TBM施工，国外一些TBM的工程实例如下表所示：

表3-1 国外TBM应用的一些工程实例

中国TBM技术发展主要阶段及其特征

第一阶段：20世纪60—70年代，TBM研发探索和试用阶段

在我国，有关于TBM的研究始于20世纪60年代。受当时国内基础工业水平、政治经济形势、产品开发思路及技术路线等方面影响，所研发生产的TBM破岩能力弱、掘进速度慢、故障率高、可靠性差，不能满足隧道快速掘进的要求，并且研制工作一度中断，与真正意义上成功的现代硬岩TBM技术水平相差甚远，未能推广应用。

第二阶段：20世纪80—90年代，以国外施工承包商为主体，采用国外设计制造TBM施工我国隧道工程

1980—1990年，以山西万家寨引黄入晋工程为代表，国外TBM承包商为主体，带着国外设计制造的TBM，承建我国的水利水电工程。该阶段的TBM工程还有广西天生桥水电站工程和甘肃引大入秦工程。

1993—2000年实施的山西引黄入晋工程，由罗宾斯公司等厂家生产的6台直径4.88~5.96 m双护盾TBM施工, 承包商为意大利CMC等公司。由于工程地质条件和TBM设备性能较好，承包商施工经验丰富，取得了令人瞩目的施工业绩，创造了最佳月进尺1 821.5 m的掘进纪录，平均月进尺达到650 m。

1991—1992年实施的甘肃引大入秦工程， 采用罗宾斯公司双护盾TBM，由意大利CMC公司施工，取得最佳日进尺65.5 m、最佳月进尺1 300 m的掘进业绩。

而1985年实施的天生桥水电站工程，采用双护盾TBM施工，期间遭遇溶洞而被迫退出。

该阶段我国TBM发展的特点：

国外制造商和承包商主导确定TBM设计和施工技术方案，在施工过程中锻炼成长了一批国内TBM施工作业操作人员，但缺乏工程全过程TBM专家和工程师队伍的培养。

第三阶段：1995—2005年，独立进行TBM招标采购和选型设计，并建立起自主的TBM施工队伍

西康铁路秦岭隧道为该阶段的代表性工程。此次为我国首次主导TBM选型设计，采购德国维尔特公司制造的2台直径为8.80 m的开敞式TBM(如图1-1)，由中铁十八局集团有限公司和中铁隧道集团有限公司施工。

该隧道工程在1997年下半年现场组装后始发掘进，于1999年底掘进贯通。工程围岩为混合花岗岩和混合片麻岩为主的极硬岩，抗压强度105～315 MPa。工程最高月进尺531 m，平均月进尺约310 m。

图3-1 我国首次自主施工应用于西康铁路秦岭隧道中的TBM

2000年，这2台TBM分别被转移至西安—南京铁路桃花铺 I 号隧道和磨沟岭隧道进行施工，面对隧道塌方、洞壁软弱无法支撑等技术问题，在施工中采用了超前注浆、管棚以及侧壁灌注混凝土等技术，首次自主取得了开敞式TBM长距离穿越软弱围岩隧道的实战经验，最佳月进尺为573 m。2007年，我国实现了这2台TBM的自主修复，并投入到南疆铁路吐库二线中天山隧道中施工。

该阶段TBM施工技术发展的主要特征：

我国主导了TBM招标采购和选型设计，并实现TBM自主施工，建立起自主的TBM施工队伍，为后来TBM工程的全过程实施奠定了基础。

第四阶段：2005—2015年，与国外厂家联合设计制造TBM，工程应用和自主施工快速发展

进入21世纪，以辽宁大伙房水库输水工程为代表，我国进入了与外商联合设计制造TBM、自主施工的大发展阶段。大伙房水库输水工程是目前世界上已运行的连续最长隧道（连续长85.3 km），隧洞开挖直径为8.03 m。该工程于2005年现场组装后始发掘进，2009年隧洞开始运行，采用3台开敞式TBM（见图1-2）和钻爆法联合施工。

图3-2 我国首次使用连续皮带机出渣的大伙房水库输水工程TBM

工程亮点：

1）首次在我国采用了刀盘变频驱动技术、大直径（19英寸）盘形滚刀技术、连续皮带机出渣技术、长距离低泄漏施工通风技术和“蛙跳式”钢枕木后配套轨道系统等10余项新技术，取得大直径TBM最高月进尺1 111 m、日进尺63.5 m的掘进记录，掘进作业利用率达到40%。

2）首次在中国证明长距离连续皮带机出渣技术是可靠的先进技术，为后来我国普遍采用TBM施工连续皮带机出渣技术提供了参考依据。

此后，新疆八十一达坂隧洞工程、四川锦屏Ⅱ级水电站工程、云南那邦水电站工程、兰渝铁路西秦岭隧道工程、甘肃引洮工程、青海引大济湟工程、陕西引红济石工程和重庆地铁等大批TBM工程项目相继开工建设，大多采取国外TBM制造商与中国装备制造企业和施工单位联合设计制造，在国内工厂组装调试的模式。

与此同时，我国TBM施工队伍不断壮大，陆续有中铁隧道集团有限公司、中铁十八局集团有限公司、中铁十九局集团有限公司、中国水利水电第三工程局有限公司、中国水利水电第六工程局有限公司和山西省水利建筑工程局等10多家施工企业具有了独立TBM施工经验。

该阶段TBM施工技术发展的主要特征：

呈现出与国外TBM制造商联合设计制造、自主施工工程大发展的特点，改变了以往传统钻爆法和TBM法长期争议迟疑的局面，使我国在TBM设计制造技术、施工技术和人才队伍建设上有了扎实的积累和跨越式进步。

第五阶段：自2015年后，实现TBM国产化，面向国内外TBM工程市场自主施工

图3-3 我国2015年研制直径8.0 m级开敞式TBM

该阶段TBM施工技术发展的主要特征：

中国TBM进入新的发展阶段，实现开敞式、双护盾、单护盾TBM主要机型的国产化设计制造，不仅面向中国未来TBM巨大市场，并已开始进入国外TBM工程市场。

总的来说，国内TBM应用主要集中在水工隧洞、铁路隧道煤炭能源及城市轨道交通领域，目前在公路隧道的应用较少，公开报道已经采用TBM施工的公路隧道有西藏派墨公路隧道工程,具体如表1-2所示。而施工中的新疆水利工程掘进长度为280km，规划中的南水北调工程（西线）掘进长度为260km。目前我国TBM应用主要有以下特点：

（1）隧道长度大，除部分城市轨道交通项目外，大部分长度均超过了10km；

（2）增加施工支洞的条件很差，甚至不具备条件，不得已而为之采用TBM法施工；

（3）采用TBM法施工的已经完工和正在施工的隧道工程中水工隧洞约占2/3；

（4）2000年之后开工的项目比例大，约占3/4，并且近5年开工的项目约占1/2；

表3-2 国内TBM应用的一些工程实例

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