五彩俄罗斯——莫斯科地铁施工大杀器：隧道掘进机

莫斯科地铁施工大杀器：隧道掘进机
　
　　盾构隧道掘进机，简称盾构机。是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
　

隧道掘进机（英文：tunnel boring machine(TBM)），是集机械、电气、液压和自动控制于一体的隧道施工设备。

隧道掘进机

隧道掘进机：学科：坑探工程，英文：tunnel boring machine(TBM)，隧道掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备。按掘进机在工作面上的切削过程，分为全断面掘进机和部分断面掘进机。按破碎岩石原理不同，又可分滚压式（盘形滚刀）掘进机和铣切式掘进机。

隧道掘进机又名“盾构机”，是指在隧道（隧洞）修筑中集全断面开挖一次成型、排土、护壁衬砌、行走导向、机电液光等多项技术于一体的系统集成大型施工机械设备。盾构机可在不影响地面状况的条件下作业。根据每个工程的具体情况量身定做的盾构机，会配置不同的功能部件和辅助系统，常用的盾构机总长为60-100米，整机重量为300-800吨，每台价格约5000万元。

中国产品多为滚压式全断面掘进机，适于中硬岩至硬岩。铣切式掘进机适用于煤层及软岩中。在推进油缸的轴向压力作用下，电动机驱动滚刀盘旋转，将岩石切压破碎，其周围有勺斗，随转动而卸到运输带上。硬岩不需支护，软岩支护时可喷射、浇灌混凝土或装配预制块。该机在岩性均匀、巷道超过一定长度时使用，经济合理。

隧道掘进机(TBM)自开始运用到隧洞施工中以来，其高效性和连续性赢得了业界的好评。隧道掘进机的出现提高了隧洞施工的工作效率，节省了各种物质资源(包括人力资源)。但是其高效性和连续性是建立在这样的一个基础上的，清楚地了解TBM各个子系统的组成和功用，熟悉各种类型的TBM适用的环境;清楚用TBM进行挖掘时的施工工序，清楚各种围岩环境的影响等等，如果我们对其中某些环节不了解，那么很难达到预想的进度，在这种情况下运用TBM施工，不但不能提高效率，反而增大了费用，国内外众多的施工历史事件就证明了这一点。

隧道掘进机

1、外企与国企合作方式 　　
目前，德国海瑞克、德国维尔特、美国罗宾斯等国外公司均已经与国内的重机厂合作生产隧道掘进机，并已有实际制造业绩，最具代表性的是德国海瑞克公司和维尔特公司。海瑞克公司于2003年4月与广重合资成立了广州海瑞克隧道机械有限公司，生产能力已达到中国第一，形成了年组装20台隧道掘进机的能力，至2005年，双方已成功合作制造了16台隧道掘进机。除了与广重合作外，海瑞克公司还与北京、成都、上海、武汉、大连等城市的制造企业广泛加强了合作。德国维尔特公司于2005年3月与沈阳重型机械集团成立了合资公司，目前已成功制造了1台5.93m双护盾TBM，2台11.38m泥水盾构，1台6.28m土压平衡盾构。目前正在制造的还有2台11.97m和4台11.17m泥水盾构。但这种外企与国企合作的产业化方式，不能使中国企业真正获得核心技术，国外公司严格对核心技术保密，实质上是国内工厂成为了外企的廉价分包工厂和廉价的劳务市场，除了高额利润被外企获得外，且国企永远不可能拥有自主知识产权。
2、国企独立制造方式 　　
隧道掘进机是根据隧道施工对象“度身定做”的，不同于常规的大型设备，其核心技术不在于设备本身的机电工业设计，而在于设备如何适用于各类工程地质，需要在长期的从实践到理论，再从理论到实践的反复探索，才能形成一套针对不同地质条件的隧道掘进机设计理论、模拟试验方法和系统的经验数据，因此需要几十年以上的工程施工经验和对地质情况的理解。由于国内制造工厂的工业设计人员具备地质经验需要相当长的时间，在短期内不能完成隧道掘进机的总体设计。因此，国内制造工厂独立制造方式至少在10年内不能制造出具有自主知识产权的盾构。 　　
3、施工企业产业化方式
中铁隧道集团与上海隧道股份是国家“863”隧道掘进机产业化基地，目前在隧道掘进机产业化方面，特别是自主开发方面，已经走在国内其他企业的前面，掌握了一定的核心技术，积累了较丰富的经验，形成了一套有效的运作机制，并取得实质性的成果。这些成果得益于科研、设计、制造和施工有机结合的机制和条件。追溯世界最早掘进机技术的起源，设计者同时也是施工者，在经历无数次失败和探索之后才使隧道掘进机技术不断的成熟和发展起来。隧道掘进机的生产特点是以工程为依托，由于工程的特殊性，因此隧道掘进机的开发不具有普遍性，只有具备科研设计制造和施工一体化的企业才有获得较大成功的可能。

隧道掘进机

1 、产业价值链分析 　　
隧道掘进机是根据隧道施工对象“度身定做”的，正如裁缝根据具体的人进行“量体裁衣”一样。隧道掘进机的制造特点是以工程为依托，根据施工环境（基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征）进行模块化设计和制造。隧道掘进机的特殊性决定了隧道掘进机产业链体系建立在以工程为依托，系统设计为核心，相关配件制造企业加盟生产，施工单位配合使用的基础上，其设计、制造必须与工程项目紧密结合。

2、 欧美模式 　　
欧美模式在产业链上的主要特征是自主设计，自主组装，同时为用户提供技术服务，部件制造则采取全球采购或采取和相关重型制造企业结成战略联盟的形式，其核心是以系统设计为主。

3、日本模式 　　
和欧美模式不同，日本企业都是制造企业，企业本身就有较强的大型机械设备制造能力，并把先进制造技术作为核心竞争力加以保护。日本模式在产业链上的主要特征是自主设计、自主采购、自主制造（关键部件自主制造，通用部件分包）、自主组装，并为客户提供技术服务。，其核心是以制造业为主。

4、中国模式 　　
按照中国的国情，隧道掘进机产业化应该走设计、制造、施工一体化道路，走施工企业产业化方式。施工企业实现隧道掘进机产业化的模式，既不同于欧美企业最初源于设计公司，也不同于日本企业源于重型制造工厂，施工企业隧道掘进机产业化以施工为核心，是一个边施工、边反馈、边制造、边提升的过程，其产业化模式是从产业价值链的末端向前延伸，其核心是以施工为主。

5、产业化实现途径 　　
施工企业实现隧道掘进机产业化的途径关键在于如何实现系统设计和生产制造能力，其重点是实现关键技术的自主能力，有效地利用国内、国外两种资源和两个市场，实现隧道掘进机最佳的技术经济性.产业化的前期采取 “自主设计，国际采购，国内制造、国内总装”的产业化理念，走具有中国特色的“引进－消化－仿制－创新”的研发路线，通过不懈努力和技术攻关，研制出拥有核心技术和自主知识产权的隧道掘进机。系统设计可采取自主研发或技术并购的方式，生产制造可以在国内组建区域性产业化战略联盟，关键部件通过合作伙伴生产，或通过控股合作伙伴进行关键部件生产。

中国首台遥控式大截面矩形隧道掘进机，最近在轨道交通6号线浦电路车站3号人行通道接受井精确进洞，圆满完成了首个横跨东方路闹市路段的掘进任务，标志着国内最大可变截面的矩形隧道掘进机成功问世。

1、产业化基地建设 　　
2002年8月，中铁隧道集团在河南建立了隧道掘进机产业化基地，成立了以盾构/TBM研究开发中心、盾构/TBM组装调试中心、盾构/TBM制造维修中心为主要发展方向的隧道机械制造公司。2004年7月，上海隧道工程股份有限公司也在上海外高桥建立了盾构产业化基地，成立了上海盾构设计试验研究中心和上海外高桥隧道机械有限公司。
2、土压平衡盾构的自主设计与制造 　　
2001年，国家科技部将6.3m土压平衡盾构的研究设计列入 “863“计划。通过公开招标，课题由中铁隧道集团有限公司和上海隧道工程股份有限公司为主承担。在国家“863”计划的引导下，中铁隧道集团已经完成了6.3m土压平衡盾构的结构设计、盾构控制原理流程图设计、盾构液压系统、电气系统、流体输送系统以及元器件的选型；完成了盾构刀具的研究设计、开发与制造，完成了盾构泡沫添加剂、盾尾密封油脂的开发应用研究，并实现了产品化。2004年7月，中铁隧道集团研制的刀盘及刀具、液压系统成功用于上海地铁2号线进行工业试验，实现连续掘进2650m，平均月掘进331m，最高月掘进470m，达到了项目要求的各项指标。2004年10月下旬，上海隧道工程股份有限公司成功制造了一台具有自主知识产权的 6.3m土压平衡盾构，并成功应用于上海地铁二号线西延伸隧道工程。2005年12月，中铁隧道集团又研制出了适用于北京地铁砂砾复杂地层的土压平衡盾构刀盘，并成功应用于北京地铁4号线19标颐和园～圆明园区间。
3、大直径泥水盾构消化吸收与设计 　　
大直径泥水盾构消化吸收与设计是以中铁隧道集团为主、由上海隧道股份、浙江大学等单位协助的国家“863”计划重大专项课题。目前已经完成《国内外大直径泥水盾构技术发展研究报告》；完成了泥水盾构开挖面稳定机理研究，掘进系统、主驱动系统、管片拼装系统、液压系统、控制系统和泥水输送系统技术剖析研究；以武汉11.38m泥水盾构为依托，完成了9m泥水盾构设计工作；完成了泥水盾构控制系统模拟试验台的设计和制造，模拟盾构的直径为2.5m，是具有自主知识产权的国内较大的实物模拟盾构试验平台。

隧道掘进机

1 全新的尺寸
隧道掘进机的制造商几乎一致地认为能够满足用户对巨大尺寸的圆形隧道的施工需要。易北河隧道掘进机的设计和制造商海瑞克先生认为，大尺寸掘进机不但可行，而且在操作上和它一半尺寸的掘进机没什么两样。他还说：“从技术上讲，我们可以提供用户需要的任何尺寸的掘进机。易北河的掘进机是用于一条包含双向高速公路和一个紧急车道的隧道施工；悉尼的机器用于一条单洞双线铁路隧道的施工；开罗和马德里的机器用于一条单洞双线地铁隧道的施工；巴黎A86工程的掘进机用于双向六车道高速公路隧道的施工。如果土建工程师能够用多大直径的掘进机开挖地下空间，我们就能够为他造多大”。加拿大诺瓦特公司的总裁诺瓦特先生说：“增加小型掘进机直径，如5、6、7m，这是线性可比的，但随着直径从10m到14m的增加，掘进机所需的扭矩和动力的增加是幂数关系。满足这种超常需要的任务主要落在机电和液压元件如驱动马达、液压系统和主轴承的设计者和制造商身上。大尺寸掘进机可行的观点不错，但技术上的需求只是判断一台大掘进机是否优于两台或多台小掘进机的一个方面。

川崎重工的Kondo先生也认为刀盘的推力和切削力将随直径增加而数倍增加。他补充说，油缸的安装空间和驱动元件都不可能按刀盘增加的比例来增加。尽管解决适应大尺寸刀盘驱动型式的问题是可能的，但是对于推进方面来说，推进油缸实际使用油压的增大是必须的。汉堡易北河现场经理Gert Wittneten解释了单一大刀盘隧道掘进机在运作上的明显不同。“比起两台有35m2切削面的掘进机分别施工两条单洞地铁隧道，直径14.2 m的掘进机有160 m2切削面。这样一来，刀具的更换要花更多的时间。当你要更换20或30把刀具或保养转场，我们就不得不花上小掘进机的4至5倍的时间，甚至更多。

尽管多头掘进机在日本本土之外还没有被接受，但是多头掘进机为地铁运营隧道的施工提供了最有效的施工模式。拿双头掘进机的造价来说，比两台6m直径的单头掘进机要高一些，但考虑管片衬砌的造价和开挖空间减小的造价节约后，双头掘进机施工的整个工程的造价和两台单头掘进机或一台直径10 m（单洞双线隧道）的掘进机的工程总造价持平或偏小。诺瓦特先生也认为使用大尺寸掘进机，实际上增加了掘进机的施工风险，因为整个工程依赖于一个机头，施工运作变得相当线性和单一。相比之下，用一台小的掘进机施工一条地铁隧道增加了对施工中所遇困难处理的灵活性。由于尺寸问题，海瑞克在制造和组装易北河掘进机的过程中不得不添加了新的厂房，运输同样也是个问题。5m、6m 的掘进机可以作为一个整体来运输，而为了运输，必须将大掘进机进行分块。Kondo也强调了运输和工地组装问题，特别是大轴承的运输和组装，他认为为运输的需要将大掘进机分块可能比机器设计本身更困难。在一定意义上讲，一台大掘进机的制造可能会制约整个工厂的生产，随之而来的还有配件管理、后续技术的保证以及现场服务等诸多问题。另一方面，大尺寸的掘进机有利于降低隧道的总造价（其组成的30%是掘进机费用、30%是施工费用、40%是衬砌费用）。ASCE日本分部的总裁、Taisei公司市政工程设计部总经理Hanamura如是说，“当直径大于10m以后，掘进机的造价迅速增加，尽管考虑整个工程的总造价是重要的，对于高速公路来说，大的隧道断面为通风除尘以及其它设施提供空间，但是对于铁路隧道，大断面的很大一部分空间没被利用，这无疑增加了整个工程的造价。

2 单洞双线地铁
用隧道掘进机开挖单洞双线的地铁隧道已相对普遍，也倍为法国工程师们推崇。象英国、德国、日本，还有美国和加拿大，他们从地面公共安全方面考虑倾向于两条并行隧道系统，尽管如此，单洞双线隧道还是得到了长足的发展。自二十世纪八十年代后期法国里尔开始做单洞双线地铁隧道之后，开罗、里斯本、马德里和悉尼等城市都沿用了这种隧道模式。单洞双线设计肯定有安全方面的优势，因为救援列车可以开近故障列车有利于较快的保护和疏散乘客，而且能够比有限空间的单线隧道更有效地排除烟尘。除此之外，还有一些设计上的优势，大直径的隧道可能获得足够的埋深；单洞双线隧道的线路走廊小于两条并行的单线隧道，保证了线路直接走在城市街道的下方，避免了线路穿过地面建筑物而产生的昂贵费用。Ferroconsult的工程师Rui Pina根据里斯本地铁得出结论：“我们的计算表明单洞大隧道的拆迁安置少于两条并行隧道，其地表拆迁范围相当狭窄”。

在日本，利用大于40m的深层地下空间很可能在2000年初通过立法而得到强调。Hanamura认为这将使公、私市政企业在城区进行基础设施计划并得到政府部门的支持变得容易，他认为尽管对隧道的研究和设计还有一些亟待解决的问题，象用5-8m的掘进机得到大于每月250 m的施工速度并且具有5km的寿命、较好地使用单台掘进机设备适应广泛的地质条件、在长隧道中更高效地进行人员、材料和出土的运输以及协调开挖和衬砌安装同时进行的问题。川崎的Kondo先生在伦墩土建工程师协会给英国隧道学会的介绍当中将讨论一个机器上装有8 个甚至更多刀盘的更奇异的多头掘进机以及其侧面带有一个附加刀盘进行垂直隧道方向开挖的机械系统。川崎的巴黎办公室的Matsuda告诉本刊计划中的东京周边地下公路将需要直径大于16m的隧道掘进机。虽然除掘进机之外还有其他有效的办法，奥地利的Voest Alpine 在掘进机的适应性方面，创造了辉煌的业绩，在巴黎Eole工程中用旧盾构机，在罗马地铁用一台二手的大尺寸掘进机施工。在论文[1]中，Peter Kogler Karl Gehring 认为泥水掘进系统和星型辐条式刀盘仍然分别是对付敏感的软弱地层和粘性地层的最好办法。

在罗马，直径10.6m的泥水盾构机用于断面为单洞双线的隧道施工，它有一个星型结构的刀盘，穿越泥质粉砂层和泥质粉细砂层，达到250m/月的推进速度，而另一台6.6m的盾构机穿越条件相同的地层也实现了大于250m/月推进速度。在Eole工程中所用的盾构机要同时对付淤泥-粉细砂质砂层和强度达到150Mpa的石灰岩及泥灰岩，直径7.4m的掘进机装配了型式为轮辋型的刀盘，其上带有滚刀和切削刀具，推进速度大于300m/月。除了影响掘进速度的最佳技术方案外，每一台掘进机及其参数都是根据工程“量身定做”的。“双洞单线地铁隧道工程的记录表明：拟合曲线和始发校正的需要导致第二台掘进机的推进速度比第一台要高出两倍。挖隧道的人都关心欧洲议会面临着有效地禁止向隧道周边间隙直接注入材料以保护地下水质的立法（见99年3月的《世界新闻》第7页），如果此项立法获得通过，将对本行业产生灾难性的负面影响。

3 有关衬砌
在任何软弱地层的隧道技术讨论中，衬砌都是基本组成部分。完善挤压衬砌的努力一直没有停止。在欧洲经过了众多的工程实践后，最新建设的米兰地铁（1992~1996）的预制混凝土管片在保留传统方法的同时，在吊装、浇注和衬砌密封方面都进一步发展，并伴有隧道大型化的趋势。易北河的管片衬砌厚为700mm，每环有9块组成，每2m间隔一个螺栓，合计64个螺栓。钢筋混凝土管片含钢量为100kg/m3，最大的管片重达18T，拼装一环要花90分钟的时间。日本在管片拼装机械系统发展方面，Hanamuna表示完全自动化的拼装机是可以做到的，这其中主要的困难在自动螺栓拧紧系统。英国C V Buchan 的主任工程师Terry Winterton，在他给T&TI的文章(99年元月，第44页)中描述了他公司的尼龙锁定销丁系统Buclock。他说自定位、高强度、耐久和不腐蚀的该系统将对全自动化的衬砌系统的提高速度和保障安全起到积极的促进作用。Hanamuna也认为管片无螺栓设计不失为提高推进速度和协调管片拼装与掘进机开挖的一个办法。英国Taywood Precast 的Sam Simons和John Mcglynn，在他们刊登在本刊89年12月第44页的文章中审查了这种管片设计和应用，他们证实衬块特性的关键问题是衬块在管片槽中的定位和环间衬块的匹配性，而不是衬块本身；螺栓系统和较小的螺栓孔误差保证了管片拼装不出现接缝张开和错台。他们表示将提供低维护且寿命设计大于100年的衬砌。

隧道掘进机

 英吉利海峡隧道

英吉利海峡隧道全长49.2km，海下37km，共有三条平行的隧道，其中两条单线铁路隧道，内径7.6m，相距30m，中间隧洞留作服务用，直径为4.8m。每条主洞有一单线铁路与一人行道。服务隧洞则用作通风、维修及整体安全，而在施工期间则作为超前地质预报。 

英吉利海峡海底隧道主要由三条长50km的平行隧道组成，但它还包括有大量的地下建筑物，这些是真正的大型建筑物，例如用以安装隧道掘进机的专门的大厅。有两个大厅或称为错车室，长200m，宽20m，这样大尺寸的地下建筑从未在此条件下开挖过。这些大厅用以列车错车，以及5个地下泵站连同缓冲蓄水池以确保隧道的持续排水。 隧道掘进机的安装在巨大的地下大厅里进行。法国一侧的安装大厅就在桑加特交通井下开挖的，以便吊入大尺寸的部件。大厅长500m，直径为隧道掘进机直径的一倍半以便在掘进开始前进行检验。 英国一侧的安装大厅在莎士比亚?克利夫地下综合体内。高20m的大厅取名为“大教堂”，是依奥地利的灵活、快速的新方法（即新奥法）开挖的。  

值得引起特别注意的是列车的高速运行，次数频繁，隧道较长并且在洞内同时有两万人在场。为防运载汽车的穿梭列车突发火灾的风险，考虑到汽车油箱内的汽油，火灾风险可能是很严重的，故采取了各种措施：首先，禁止在车厢内启动马达与抽烟，在穿梭列车里的人员都应保持警惕，每节车厢内设有火焰、烟雾、一氧化碳、碳氢化合物的探测器，这些探测器与驾驶室内的计算机连接口设有好几种手动及自动的灭火系统。有一普通类型的灭火器可在几秒钟内在燃烧着的汽油上喷上一层泡沫使其窒息。若乘客处于危险状态时即使用另一种灭火器，喷出烟雾可有效地防御有毒火焰。若灭火器数量不够，则防火门把乘客与火陷隔开至少可抵御半小时以上。

不锈钢结构的车厢也防火，可使其运行直至总站，进入专门装备的处理股道上去。当不可能把火车开出隧道或洞内有大火时，乘客们将引入服务隧洞，这是失火时的好庇护所，因其空气始终处于超压状态，乘客自服务隧洞乘服务车或去其它隧洞乘救护列车出洞。强力通风可排出铁路隧洞内的废气。 进行了60来次撤离测试与防火试验以测定乘客的反应能力、探测系统及设备的耐火程度。乘客们被置于与原型自然尺寸一样大的模型列车中，以便拟定数字模型予定出撤离出车厢的时间。依乘客年龄不同与有否烟雾，撤离时间自1分钟至3分20秒不等。列车故障时外侧有灯光照亮各车厢。不能排除炸弹袭击。必须要很大的装药量并嵌入隧道结构内才能炸塌隧道。但在穿梭列车上放置一个小炸药包就足以毁坏一节车厢，造成脱轨，并由之引起火灾。对此种灾难也采取了专门的预防措施，某些措施是用以探测炸药，其它一些措施则是秘密的。 英吉利海峡隧道工程是人类在工程技术领域中一项杰出的创举。这条欧洲隧道已于1994年年底正式运行，成为世界上最重要的运输系统之一，为建立一个无国境的欧洲，为促进人类交往和经济文化交流，会作出不可磨灭的贡献。

日本东京湾跨海公路隧道工程

日本东京湾跨海公路西端连接产业区域的神奈川县川崎市，东端连接自然田园区域的叶县木更津市，全长15.1km。该工程于1966年4月开始进行环境及地质调查，1989年5月正式开工，1997年12月竣工并投入营运，与周围的海岸高速公路、外环公路等形成公路网，大幅度改善了首都圈的交通状态。 该公路在方案比选阶段曾有3个大的方案：①大跨径吊桥案、②桥梁与沉埋隧道结合方案、③桥梁与盾构隧道结合方案。由于吊桥塔高及架设施工设备的高度对航空管制空中域有负面影响，故未采纳①方案，②方案存在对船舶航行、渔业、环境等的不良影响等，因而也未被采纳。加之盾构掘进技术在日本已相当发达，故决定按③方案实施。该工程主要由人工岛、盾构隧道及桥梁三部分构成，均在海岸上及海底内实施，因此工程技术相当复杂，是综合技术的产物。

该隧道内设有降烟雾用的水喷淋装置，按5m间距设置喷嘴，50m为一个水喷雾区段，可在二个区段同时放水。为提高控制火灾效果，采用水性泡沫灭火药剂（3％型）与水混合的水喷雾。该喷雾装置在消防队到达现场前可有效控制火灾的漫延。 当交通事故或火灾发生时，救援人员或救援车辆从受灾车辆后面到达现场较为困难，这时可从非火灾段隧道通过川崎人工岛的车道连接通道到达现场。另外，还可以浮岛、木更津两洞口利用管理通道（下部空间）到达现场，从而有效进行灭火、救援活动。 该隧道按每150m间距设置监视摄像器，可监视洞内任何位置的情况，与报警设施、灭火设施及避难设施等构成一个整体。东京湾海底隧道洞内情况，在日本道路公团东京第二管理局的交通管制室和设施控制室实行24小时不间断监控。当火灾检测器检测到火灾发生时，要选择火灾联动方式，即自动切换到将灭火水泵、照明设备、排烟设备、下部空间通风设施、紧急报警装置等相联动的状态；另外，当用紧急.电话报告或ITV摄像器发现火灾时，同样地由设施控制室切换到联动状态。东京湾海底隧道的安全设施及其通风系统非常先进、齐全，造价当然也高昂，这是以“优先考虑人的生命”为设计思想形成的。

隧道掘进机

世界各国大力发展经济，提高生产，导致大量的物资交换和文化交流，同时也要求不断改善环境。这必将推动长隧道的修建。随着欧洲联盟各国的政治经济一体化，运输系统的运输能力需要迅速提高，预计在今后20年里运输量翻番，而阿尔卑斯山脉为欧洲南北运输筑起了一道天然屏障，大部分货物只得通过高速公路由汽车运输，造成环境问题（当地自然条件的破坏、大气污染和噪音等），使居民越来越无法忍受。为此，计划从Rosenheim穿过阿尔卑斯山脉至Verona修建一条自动化地下货运铁路线，按双洞单轨布置，单洞总长大于500km。在国外拟建的长隧道还有：法国Lyon至意.大利Torin的长约54km的隧道；西班牙与摩洛哥之间穿过直布罗陀海峡的长约50km的隧洞；联接亚洲与美洲的长约90km的白令海峡隧道；南非莱索托高原水利工程6条隧洞总长200km。在国内除南水北调西线第一期工程隧道总长244.1km，其中最长的73km的隧道以外，计划的还有渤海海峡隧道长约57km；琼州海峡隧道长约30km以及祖国实现统一后长约144km的台湾海峡隧道等。
上述这些长隧道工程要求不断完善TBM，使之能更好地满足工程建筑的需要。TBM的发展趋势可归纳如下：
a. 要求TBM能更适应不利的地质条件。例如，上面提到的穿越阿尔卑斯山脉单洞总长大于500km的铁路隧道，其覆盖深度达1200m至2400m，围岩初始应力高，围岩径向变形可能在10cm～20cm范围内，在某些极端情况下，可达30cm，甚至更大，要求TBM的开挖直径是可变的。此项工程开挖直径约6.5m，共需20多台TBM同时在不同的围岩中掘进。因此，对TBM应进行专门的设计以满足开挖直径可变的要求。这样从发展趋势来讲，将趋向于两极化。这就是既要设计能适合复杂地质条件使用的、费用高的多功能TBM，又要生产用于地质条件简单的、廉价的TBM。

 b. 目前公路隧洞因多车道的需要,要求大断面。三车道或三车道以上要求路面宽至少大于20m，有的甚至达到30m。直径达20m～30m的TBM正处于“预研究”阶段。预计今后TBM将更大直径化。因此，大直径TBM的设计制造和部件运输组装是其技术上的主要趋势之一。
c. 未来的发展方向之一是全自动化TBM。

d. 由于计算机硬件和软件的迅速发展，TBM计算机优化设计和施工系统的开发也是发展方向之一。

e. 目前主要用于工业和民用管道施工的微型TBM发展很快。微型TBM技术水平日本居世界首位,其次为西欧。

总之，TBM已在全球长隧道工程中得到越来越多的应用，并且其技术水平日益得到提高。展望未来，TBM的应用前景将是宽广而喜人的！[1]

硬岩双护盾隧道掘进机合作制造成功 2006年4月27日，在沈阳重型机械集团有限责任公司举行了“中铁隧道集团、德国WIRTH集团、沈重集团公司硬岩双护盾隧道掘进机合作制造成功庆典”。

隧道掘进机包含盾构和TBM。一般来说，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“TunnelBoringMachine”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。
21世纪是地下空间的世纪，随着国民经济的快速发展，我国城市化进程不断加快，今后相当长的时期内，国内的城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程将需要大量的隧道掘进机。隧道掘进机是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的隧道施工重大技术装备。在发达国家，使用隧道掘进机施工已占隧道总量的90%以上。由于隧道掘进机的制造工艺复杂，技术附加值高。

目前国际上只有德国、美国、日本、法国、加拿大等少数几个国家的企业具有能力生产，且造价高昂。隧道掘进机在国内尚处于起步阶段，主要依赖进口，在国内的隧道建设中，德国和日本在中国的隧道掘进机市场占有率高达95％以上，处于绝对垄断地位。若不及早改变这一现状，就会在相当长的一段时间内，在地下工程建设中，面临高额施工成本和技术上受制于外企的尴尬境地。实施隧道掘进机产业化，既可打破外企在国内市场一统天下的局面，又能促进和带动相关的机电、液压、材料、传感器等产业的发展，增强装备制造业综合实力，提高我国重大装备在国际市场上的竞争力。 [2]

隧道掘进机施工现场

大型隧道掘进机助力兰渝铁路西秦岭隧道工程
13日上午，随着中铁十八局集团兰渝铁路工程指挥部常务副指挥长史振春一声令下，总重1800吨、全长180米的“巨无霸穿山甲”——隧道掘进机（TBM）开始启动，平稳地向隧道内步进，这也标志着隧道掘进机的组装、调试工作基本完成，将进入实质性的隧道挖掘阶段。

从兰州至重庆的兰渝铁路是国家《中长期铁路网规划》中的西北至西南地区的区际新通道，全长818.71公里。其中全长28.2369公里、作为全线咽喉工程的西秦岭隧道，是目前国内采用钻爆法和隧道掘进机法相结合施工的最长大隧道。

隧道掘进机（TBM）是目前世界上最先进的大型综合性隧道施工设备，对提高我国铁路隧道施工技术水平具有极大的推动作用。开挖直径10.23米，全长178米，总重1800吨，累计装运209车，其中最重、最宽的部件件是重达110吨、直径6.79米的主轴承，最高部件是5.1米的前主梁（重70.3吨）。该挖掘机的使用将实现隧道施工的工厂化，有利于加快隧道施工速度，减少围岩扰动，提高施工的安全性和成洞质量。同时优化提升洞内作业环境，减少粉尘、毒有害气体等对山区环境的破坏。

隧道掘进机部件2010年1月16日开始从成都向位于甘肃省陇南市洛塘镇的施工现场起运。克服了隧道掘进机拆卸进展不利导致运输不连贯、大型部件无法全部在工地存放、运输路况差等一系列的困难，采取工厂边拆卸、边组织运输、边工地组装的方案，统筹规划拆卸、运输、组装过程。31天内基本完成了整机的组装及部分调试。而通常情况下，类似设备的工地组装需要2个多月。

据了解，兰渝铁路建成后，兰州与成都、重庆的铁路运输距离将由现在的1172公里和1466公里，分别缩短至836公里和820公里，客车运行时间由现在的17.5小时和22小时缩短为7.5小时和6.5小时。