另类双模式——日本开发TBM-NATM掘进机首次应用于隧道施工

2021年5月，日本黑部川电力新姬川第六发电站建设工程中，首次应用TBM-NATM双模式隧道掘进机“NATBM”施工的引水隧洞顺利贯通，隧洞总长3.8 km。

由鹿岛建设与小松制作所合作研发的NATBM是一种双模式隧道掘进机，它结合了TBM和NATM的功能，在遇到岩石地层时以TBM模式运行，在遇到软土地层时切换到NATM模式，前者可在岩石地层中高速掘进，后者则能应对日本复杂的地质条件。

NATBM掘进机的特点

1)TBM到NATM的快速转换。可以根据地质变化，在1.5 d内从TBM模式切换到NATM模式(见图1)。

(a) TBM模式： 高速掘进 (b) NATM模式： 稳定掘进

(a)前方勘察掌子面时刀盘 (b)NATM模式下刀盘

2)不同用途下的刀盘不同(见图2)。探测前方或稍微加强工作面时，刀盘上部的开口小； 在NATM模式下，刀盘中央的开口较大。

3)TBM的后退功能。TBM本体采用套管式伸缩结构，机器可以后退，确保NATM模式下前方有足够的作业空间。

4)不良地质采用NATM模式，在土体松动前进行开挖支护，安全可靠地进行掘进。

NATBM的施工顺序

1)岩石地层中以TBM模式运行。在掘进机后方安装支护，探查前方地质情况，尽早判断前方是否存在不良地质。

2)探查前方地质情况，到达不良地质处后，使机器后退(最大3.0 m)，确保有足够的挖掘空间。打开刀盘，取出内置斗轮式挖掘机，切换到NATM模式。

3)用斗轮式挖掘机挖掘，渣土由皮带输送机运送到后方。

4)挖掘完成后，更换挖掘机的尖端，并浇筑混凝土和进行锚杆钻孔。根据地质情况选择支护模式(钢架支护、混凝土浇筑、锚杆)。

据介绍，这台“NATBM”是世界首台能够切换TBM和NATM的双模式掘进机。为了应对复杂多变的地质，国内也相继开发了泥水-土压、土压-TBM等双模式掘进机。双模式掘进机相比单一模式掘进机能更好地应对地质变化，既可以发挥多种模式的特长，又能节约成本和时间，是未来隧道掘进技术发展的大势所趋。

(摘自 隧道网 https://www.tunnelling.cn/PNews/NewsDetail.aspx?newsId=44109 2021-07-01)