前言

随着国民经济的快速发展及国家对基础设施建设的持续投入，预计在未来20年中，我国在铁路、水利水电工程、公路、地铁及城市隧道、采矿业等领域的隧道建设将达到6000km，在建和规划建设的工程规模之大、数量之多、经费投入之重都是前所未有的。近年来，我国实施了多项跨流域引调水工程，这些工程都设计了较多的深埋长隧洞，例如，已完成的山西万家寨引黄入晋工程隧洞总长124km，辽宁大伙房水库一期工程输水隧洞长85.3km；在建的云南滇中调水工程香炉山隧洞长63.4km，陕西引汉济渭工程秦岭隧洞长81.6km；拟建的南水北调西线一期工程7段隧洞总长252.7km，单洞最长约72km。

这些隧洞工程的共同特点是单洞长度长、洞径大、埋深大、工程地质条件及水文地质条件复杂，受地形地貌、施工工期、环境保护等条件的限制，钻爆法施工实施起来存在较大的困难，有时甚至不可行，因此采用TBM施工就成了唯一的选择。

隧道掘进机（Tunnel Boring Machine,TBM）是一种系统化、智能化、工厂化的高效能隧洞开挖施工机械，可一次成洞，同时完成开挖掘进、岩渣运输、通风除尘、导向控制、支护衬砌、超前处理、风水电及材料供应等工序，并实现了自动化控制，适用于长距离隧洞的施工。TBM施工的最大特点是广泛使用电子、信息、遥控等高新技术对全部作业进行控制，使掘进过程始终处于最佳状态，相对于钻爆法具有高效、快速、优质、安全等优点，掘进速度一般是钻爆法的3～10倍。采用TBM技术还有利于环境保护、节省劳动力、提高施工效率，整体上比较经济。

相对于钻爆法，TBM对地质条件的适应性差，隧洞的工程地质条件及水文地质条件对TBM选型、施工组织与管理、工程造价及工期等起着决定性的作用。在国内外的TBM隧洞施工过程中，由于不良地质条件造成的TBM掘进受阻、工期延误、工程造价剧增的事故时有发生。例如，青海引大济湟工程隧洞TBM施工过程中发生了多次涌水、突泥塌方等隧洞地质灾害，出口段TBM施工累计受阻和卡机10次，造成工程进度严重滞后，TBM掘进处于停滞状态达6年之久；新疆达坂隧洞存在强膨胀泥岩、断层、富水等严重不良地质问题，造成频繁卡机，工期延误1年以上；云南掌鸠河引水工程上公山隧洞受断层破碎带塌方、围岩大变形、涌水、突泥等地质灾害的作用，发生了多次TBM卡机事故，设备受到严重的损坏，最长一次停机时间达10个月，最终业主与承包商决定放弃TBM施工，将TBM拆除，改用钻爆法施工。

目前，国内尚无与TBM施工隧洞相关的地质工作规范、标准，施工前的工程地质勘察工作多是参考钻爆法隧洞施工的成熟方法，但TBM施工的隧洞具有其特殊性，如洞线长、穿越的地层多导致地质条件复杂，由于TBM设备庞大、灵活性差，不良地质条件对TBM的影响远大于钻爆法。因此，针对TBM隧洞施工的技术特点，研究隧洞的工程地质问题并提出对策，对保障TBM快速、安全施工具有重要的意义。

本书针对TBM施工隧洞的工程地质问题，以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞、兰州市水源地建设工程输水隧洞TBM施工为依托，结合“十一五”国家科技支撑计划重大项目“南水北调工程若干关键技术研究与应用”主课题“西线超长隧洞TBM施工关键技术”（编号：2006BAB04A06）的研究成果，开展了相关工程地质问题的研究并应用到工程实际。

本书共8章，包括：TBM隧洞施工技术概述，基于工程地质条件的TBM选型及工程应用，TBM施工隧洞工程地质勘察，TBM施工隧洞围岩分类，不同地质条件下的TBM滚刀磨损及掘进能耗，TBM施工隧洞超前地质预报，TBM施工隧洞地质灾害与对策，结论与展望。全书由杨继华统稿。

在本书的策划和写作过程中，黄河勘测规划设计有限公司的戴其祥教授级高级工程师从书的框架到最后的修改定稿，倾注了大量的时间和精力，给予了悉心指导，在此表示深深的敬意和最诚挚的感谢；李金都教授级高级工程师对本书的写作提出了很多有益的建议，李今朝高级工程师、张党立高级工程师、姚阳高级工程师、娄国川工程师、魏斌工程师、杨风威高级工程师、苗栋工程师等为本书提供了部分资料和图片，并参与了资料整理，在此深表感谢。本书在资料、数据的收集过程中，得到了中国水利水电第十四工程局有限公司、中国水利水电第十工程局有限公司、中国水利水电第四工程局有限公司、中国水利水电第三工程局有限公司、德国Herrenknecht股份公司、中国中铁工程装备集团有限公司、中国铁建重工集团有限公司的支持和帮助；书中参考了较多专家、学者的论著，在此一并深表谢意。

本书涉及内容较多，由于编著者水平有限，错误之处在所难免，恳请广大专家、读者批评指正。

编著者

2018年2月