第1章 TBM隧洞施工技术概述

1.1 现代隧洞工程特点

近年来，世界经济快速发展，人口密度急剧增加，各类基础设施(如水电、水利、公路、铁路、矿山及国防等领域)的建设正密集展开。在这些工程的建设中，由于地形、地貌、地质、经济及社会的原因，往往布置有大量的隧洞工程。现代的隧洞工程建设逐渐呈现出如下特点：

（1）应用范围越来越广，包括水工隧洞、铁路隧道、公路隧道和城市轨道交通及综合管廊等。

（2）长隧洞数目越来越多且隧洞越来越长，如国外的英吉利海峡隧道全长49.2km，由3条平行的隧道组成［1］，日本青函海底隧道长53.9km，南非莱索托调水工程隧洞总长200km，拟建的直布罗陀海峡隧道长60km，白令海峡海底隧道长90km［2］。国内方面，辽宁大伙房水库一期工程输水隧洞长85.3km［3］，山西万家寨引黄入晋工程隧洞总长124km［4］，拟建的南水北调西线一期工程7段隧洞总长252.7km［5］。

（3）洞径越来越大，日本东京湾高速公路工程海底隧道开挖直径13.9m［2］，荷兰生态绿心隧道设计直径13.3m［6］，锦屏二级水电站引水隧洞开挖直径12.4m［7］。

（4）埋深越来越大，法国谢拉水电站引水隧洞最大埋深2619m［8］，拟建的从德国罗森海姆（Rosenheim）穿越阿尔卑斯山脉至意大利维罗纳（Verona）的欧洲货运铁路隧道，埋深1200～2400m［9］，锦屏二级水电引水隧洞大部分洞段埋深在1000m以上，最大埋深2525m［7］。

（5）地质条件复杂，存在各种不良地质条件，如断层破碎带、软岩、膨胀岩、超硬岩、高耐磨性岩石、高地下水压力、涌水、突泥、岩爆、高地温、瓦斯及有害气体等，这些因素都会在一定程度上影响隧洞的施工方法选择、工程进度及工程投资，有些还会成为决定性的因素。

我国水资源在空间上分布极不均匀，总体上呈南多北少的特点，各省内的水资源同样呈不均匀分布。为缓解或解决部分地区的工业、农业、生活、生态等的缺水状态，国家和地方规划、开建、完成了较多的调水工程，如国家层面的南水北调东、中、西线工程。各省内的调水工程较多，已完成的有甘肃省引大入秦工程、青海引大济工程、甘肃引洮供水工程、辽宁大伙房水库输水工程、云南昆明掌鸠河供水工程、山西万家寨引黄工程等，这些完建的工程已经发挥了引调水功能，取得了良好的社会、经济效益。在建的工程有吉林省中部城市引水供水工程、陕西省引汉济渭工程、山西省中部引黄工程、北疆供水二期工程、广西桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程、兰州市水源地工程等；拟建的有南水北调西线工程、云南滇中调水工程及新疆北疆调水二期工程等。这些长距离调水工程穿越山区时，受地形条件限制，长隧洞成为最优选择，如兰州市水源地建设工程单条隧洞长31.5km，引汉济渭工程秦岭隧洞长81.6km。在这些长隧洞的施工中，受通风、出渣、材料运输等的影响，钻爆法独头施工长度一般不超过2km，这就要求布置较多的施工支洞、竖井、斜井以新开工作面。但受地形条件及环境保护等的限制，多数地区不具备布置施工支洞的条件，因此TBM法施工成为这些长隧洞施工的首选。TBM在中国的大规模应用正是从甘肃引大入秦工程、山西万家寨引黄入晋工程等长距离调水工程开始的，TBM法在这些调水工程中的成功使用，为我国长隧洞的施工技术和TBM设计、制造水平的提高积累了丰富的经验。

隧洞指的是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。各行业对隧洞的所采用的名称有所不同，如水利、水电工程称为隧洞，铁路行业、交通行业称为隧道，采矿行业称为巷道，轴线与地面垂直或呈较大的角度的称为竖井或斜井，本书在涉及具体工程时采用各行业的名称。