日益完善的城市軌道交通，為人們的出行帶來了方便。人們在享受便捷、高效的軌道交通服務的同時，盾構(gòu)機也逐漸走進大眾視野，成為家喻戶曉的“國之重器”。今天，小編化身科普達人，帶您一起探秘“國之重器”全斷面隧道掘進機。

隧道掘進機基本信息

英文原文: Tunnel Boring Machine

中文名字：隧道掘進機

隧道掘進機分類

國外與國內(nèi)的稱呼區(qū)別

國際分類：歐美將隧道掘進機統(tǒng)稱為TBM，其他國家和地區(qū)一般會根據(jù)設備原理或應用地質(zhì)細分。

中國分類：國內(nèi)一般習慣將用于硬巖隧道掘進機稱為TBM，將用于復合地層隧道掘進機稱為盾構(gòu)機。

▲雪域先鋒號”TBM

▲“春風號”盾構(gòu)機

盾構(gòu)機類型

按斷面形狀分類

單圓盾構(gòu)機：常規(guī)圓形盾構(gòu)機

多圓盾構(gòu)機：可分為雙圓盾構(gòu)機和三圓盾構(gòu)機

非圓盾構(gòu)機：橢圓形盾構(gòu)機、矩形盾構(gòu)機、類矩形盾構(gòu)機、馬蹄形盾構(gòu)機、U形盾構(gòu)機

（多圓形盾構(gòu)機和非圓盾構(gòu)機統(tǒng)稱為“異形盾構(gòu)機”）

▲馬蹄形盾構(gòu)機

▲矩形盾構(gòu)機

▲多圓盾構(gòu)機

▲U形盾構(gòu)

盾構(gòu)機直徑12米以上稱為超大型盾構(gòu)機

（分類來源于《盾構(gòu)施工關鍵技術》）

按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構(gòu)造分類

按開挖面與作業(yè)室之間隔板的構(gòu)造分類示意圖

全敞開式盾構(gòu)機：

敞開式盾構(gòu)機是指盾構(gòu)機內(nèi)施工人員可以直接和開挖面土層接觸，對開挖面工況進行觀察，直接排除開挖面發(fā)生的故障。這種盾構(gòu)機適用于能自立和較穩(wěn)定的土層施工，對不穩(wěn)定的土層一般要輔以氣壓或降水，使土層保持穩(wěn)定，以防止開挖面坍塌 。有人工開挖盾構(gòu)機、半機械開挖盾構(gòu)機、機械開挖盾構(gòu)機。

部分敞開式盾構(gòu)機：

主要代表為擠壓式盾構(gòu)機，在日本稱為“盲口盾構(gòu)（Blind Type shild）”。擠壓式盾構(gòu)機，在擠壓推進時，對地層土體的干擾較大，地面易產(chǎn)生較大的隆陷變化，在地面有建筑物的地區(qū)不易使用。

密閉式盾構(gòu)機：

1、氣壓式盾構(gòu)機

原理是空氣壓力與地下水的靜水壓力保持平衡，因此也成為了“氣壓平衡盾構(gòu)機”。但空氣壓力不能直接抵抗土壓，土壓由自然或機械支撐承受。由于壓縮空氣盾構(gòu)機有“噴發(fā)”的危險，且工作條件極差，現(xiàn)已被泥水盾構(gòu)機取代。

壓縮空氣盾構(gòu)機

2、土壓平衡盾構(gòu)機

土壓平衡盾構(gòu)機簡稱EPB，土壓平衡盾構(gòu)機帶全斷面切削刀盤，并以土倉隔板、螺旋輸送機把開挖面和已開挖的隧道分隔開來，從而保證隧道內(nèi)部有安全可靠的作業(yè)環(huán)境。這種盾構(gòu)機的特點是在進行開挖作業(yè)時，切削刀盤背面與土倉隔板前面的土艙內(nèi)充滿開挖出來的渣土(在土艙內(nèi)形成一定土壓)，并依據(jù)土壓產(chǎn)生的大小情況，通過調(diào)節(jié)排渣土的螺旋輸送機的排渣能力，來實現(xiàn)對地層壓力的平衡調(diào)節(jié)，以此來保持開挖面穩(wěn)定防止坍塌，達到控制地表沉降或隆起的目的。

土壓平衡式盾構(gòu)機原理圖

2008年，中鐵裝備成功研制出國內(nèi)首臺具有知識產(chǎn)權的土壓平衡盾構(gòu)樣機“中國中鐵1號”，其開挖直徑6.39米，2009年2月在天津地鐵三號線始發(fā)，開啟了國產(chǎn)盾構(gòu)機的地下追光之旅。

2009年7月18日，“863計劃”復合式盾構(gòu)樣機通過河南科技廳科技成果鑒定，整機成果達到國際先進水平，兩項關鍵技術達到了國際領先水平，依托該項目的“盾構(gòu)裝備自主設計制造關鍵技術及產(chǎn)業(yè)化”獲得國家科技進步一等獎。

3、泥水平衡盾構(gòu)機

泥水平衡盾構(gòu)機，簡稱SPB，在全斷面切削刀盤后面裝設水密性良好的土倉隔板，把開挖面和已開挖的隧道完全分隔開來，把泥漿送到切削刀盤背面與土倉隔板前面的土艙，從而使開挖面保持穩(wěn)定并防止坍塌。這種盾構(gòu)機配置的高效率泥漿攪拌系統(tǒng)將開挖下來的渣土和泥漿混合后，把混合泥漿輸送到地面上的處理設備，以進行渣土和泥漿分離處理。這種盾構(gòu)機即使在含水率高的疏松沖積土層或洪積地層等不穩(wěn)定的地層中開挖隧道，亦可保證作業(yè)安全，同時具有較高的掘進效率，一般應用于水土壓力較大，地表沉降要求高的隧道。

按工作模式分類

可分為單一型式的單模盾構(gòu)機和可變換型式的多模盾構(gòu)機。其中多模式盾構(gòu)機還分為雙模式盾構(gòu)機（土壓泥水雙模盾構(gòu)機、土壓TBM雙模盾構(gòu)機、泥水TBM雙模盾構(gòu)機）和三模盾構(gòu)機（土壓泥水TBM三模盾構(gòu)機）。

多模式盾構(gòu)機動畫圖

TBM分類

按TBM機型分類

敞開式TBM

敞開式TBM采用錨網(wǎng)噴支護，主要用于全斷面硬巖隧道施工。在圍巖完整性較好時，具備快速的掘進速度；當圍巖較破碎時，可由配置的輔助設備完成打錨桿、立拱架、噴混凝土等支護措施，將圍巖加固后順利掘進。

單護盾TBM

單護盾TBM采用預制混凝土管片支護，同樣用于全斷面硬巖隧道施工，由于采用連續(xù)的管片支護，其在軟弱及破碎圍巖中支護速度快，施工效率高，在短距離軟巖淺埋隧道中具有明顯優(yōu)勢。

雙護盾TBM

雙護盾TBM采用預制混凝土管片支護，同樣用于全斷面硬巖隧道施工，其具有兩套推進系統(tǒng)，能夠在拼裝管片的同時進行掘進作業(yè)，因此其工序耽擱時間少，掘進效率高，配合連續(xù)皮帶機出渣系統(tǒng)，在良好的硬巖或軟巖地層均能發(fā)揮較高的掘進速度。

來源：中國工程報