隧道掘進時,TBM(全斷面隧道掘進機)的適用范圍相對特定但具有顯著優勢,其適用范圍并不如鉆爆法那般廣泛,具體分析如下:
一、TBM的適用范圍
地質條件:TBM一般適用于中硬巖層,巖石單軸抗壓強度介于20~250MPa,尤以50~100MPa為最佳。它對地質條件較為敏感,在復雜地層中的適應性不如鉆爆法靈活。
隧洞形狀與尺寸:TBM通常適宜于圓形隧洞,開挖直徑一般在1.8~12m之間,以3~6m直徑最為成熟。銑削滾筒式TBM在軟巖層中可掘成非圓形隧洞,但整體而言,TBM對隧洞形狀和尺寸有一定的要求。
隧洞長度:TBM一次性連續開挖隧洞長度不宜短于3km,否則TBM的制造費用和待機資金積累時間占總施工費用和時間的比例會增加。同時,隧洞長度也不宜過長,超出TBM大修期限(一般為8~10km)會增加工程費用和延長施工時間。因此,TBM適用于長度適中(如3~8km)的隧洞。
二、TBM的優勢
掘進速度與安全:在技術較成熟的范圍內,TBM在速度和安全性上具有明顯的優勢。它可以實現快速掘進,同時施工人員面臨的安全風險相對較低。
環境友好:TBM施工沒有鉆爆法炸藥爆炸后的有害濃煙,改善了工人作業環境。
成洞質量:TBM掘進隧洞對圍巖擾動小,洞面光順,超挖量小,因此可以節省混凝土襯砌費用。同時,TBM法掘進的隧洞一般主洞走直線,相比鉆爆法的折線施工,可以節約隧洞長度和減少支洞開挖條數。
三、局限性
地質適應性:由于TBM對地質條件敏感,因此在復雜地層中的適應性受限。
投資成本:TBM的一次性成套設備投資較高,尤其是大斷面隧洞開挖時,設備投資顯著增加。
施工管理與技術水平:TBM施工要求施工人員具備較高的技術水平和管理水平。對于短隧道或直徑變化頻繁的隧道工程,TBM可能無法充分發揮其優越性。
綜上所述,TBM在隧道掘進中具有顯著的優勢,但其適用范圍相對特定,主要適用于中硬巖層、圓形或近似圓形隧洞、長度適中的隧道工程。在選擇施工方法時,應根據具體工程的地質條件、隧洞形狀與尺寸、施工要求以及投資預算等因素進行綜合考慮。
