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(wù)的同時(shí)，盾構(gòu)機(jī)也逐漸走進(jìn)大眾視野，成為家喻戶曉的“國之重器”。今天，小編化身科普達(dá)人，帶您一起探秘“國之重器”全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)。
隧道掘進(jìn)機(jī)基本信息
英文原文: Tunnel Boring Machine
中文名字：隧道掘進(jìn)機(jī)
隧道掘進(jìn)機(jī)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(jìn)機(jī)統(tǒng)稱為TBM，其他國家和地區(qū)一般會根據(jù)設(shè)備原理或應(yīng)用地質(zhì)細(xì)分。
中國分類：國內(nèi)一般習(xí)慣將用于硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)稱為TBM，將用于復(fù)合地層隧道掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)機(jī)。
▲雪域先鋒號”TBM
▲“春風(fēng)號”盾構(gòu)機(jī)
盾構(gòu)機(jī)類型
按斷面形狀分類
單圓盾構(gòu)機(jī)：常規(guī)圓形盾構(gòu)機(jī)
多圓盾構(gòu)機(jī)：可分為雙圓盾構(gòu)機(jī)和三圓盾構(gòu)機(jī)
非圓盾構(gòu)機(jī)：橢圓形盾構(gòu)機(jī)、矩形盾構(gòu)機(jī)、類矩形盾構(gòu)機(jī)、馬蹄形盾構(gòu)機(jī)、U形盾構(gòu)機(jī)
（多圓形盾構(gòu)機(jī)和非圓盾構(gòu)機(jī)統(tǒng)稱為“異形盾構(gòu)機(jī)”）
▲馬蹄形盾構(gòu)機(jī)
▲矩形盾構(gòu)機(jī)
▲多圓盾構(gòu)機(jī)
▲U形盾構(gòu)
盾構(gòu)機(jī)直徑12米以上稱為超大型盾構(gòu)機(jī)
（分類來源于《盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)》）
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(jī)：
敞開式盾構(gòu)機(jī)是指盾構(gòu)機(jī)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(jìn)行觀察，直接排除開挖面發(fā)生的故障。這種盾構(gòu)機(jī)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(jī)、半機(jī)械開挖盾構(gòu)機(jī)、機(jī)械開挖盾構(gòu)機(jī)。
部分敞開式盾構(gòu)機(jī)：
主要代表為擠壓式盾構(gòu)機(jī)，在日本稱為“盲口盾構(gòu)（Blind Type shild）”。擠壓式盾構(gòu)機(jī)，在擠壓推進(jìn)時(shí)，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(jī)：
1、氣壓式盾構(gòu)機(jī)
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(jī)”。但空氣壓力不能直接抵抗土壓，土壓由自然或機(jī)械支撐承受。由于壓縮空氣盾構(gòu)機(jī)有“噴發(fā)”的危險(xiǎn)，且工作條件極差，現(xiàn)已被泥水盾構(gòu)機(jī)取代。
壓縮空氣盾構(gòu)機(jī)
2、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)
土壓平衡盾構(gòu)機(jī)簡稱EPB，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)帶全斷面切削刀盤，并以土倉隔板、螺旋輸送機(jī)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(jī)的特點(diǎn)是在進(jìn)行開挖作業(yè)時(shí)，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(jī)的排渣能力，來實(shí)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(dá)到控制地表沉降或隆起的目的。
土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)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(quán)的土壓平衡盾構(gòu)樣機(jī)“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(jī)的地下追光之旅。
2009年7月18日，“863計(jì)劃”復(fù)合式盾構(gòu)樣機(jī)通過河南科技廳科技成果鑒定，整機(jī)成果達(dá)到國際先進(jìn)水平，兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，依托該項(xiàng)目的“盾構(gòu)裝備自主設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”獲得國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
3、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)
泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，簡稱SPB，在全斷面切削刀盤后面裝設(shè)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(jī)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(shè)備，以進(jìn)行渣土和泥漿分離處理。這種盾構(gòu)機(jī)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(shí)具有較高的掘進(jìn)效率，一般應(yīng)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(jī)和可變換型式的多模盾構(gòu)機(jī)。其中多模式盾構(gòu)機(jī)還分為雙模式盾構(gòu)機(jī)（土壓泥水雙模盾構(gòu)機(jī)、土壓TBM雙模盾構(gòu)機(jī)、泥水TBM雙模盾構(gòu)機(jī)）和三模盾構(gòu)機(jī)（土壓泥水TBM三模盾構(gòu)機(jī)）。
多模式盾構(gòu)機(jī)動(dòng)畫圖
TBM分類
按TBM機(jī)型分類
敞開式TBM
敞開式TBM采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，主要用于全斷面硬巖隧道施工。在圍巖完整性較好時(shí)，具備快速的掘進(jìn)速度；當(dāng)圍巖較破碎時(shí)，可由配置的輔助設(shè)備完成打錨桿、立拱架、噴混凝土等支護(hù)措施，將圍巖加固后順利掘進(jìn)。
單護(hù)盾TBM
單護(hù)盾TBM采用預(yù)制混凝土管片支護(hù)，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(hù)，其在軟弱及破碎圍巖中支護(hù)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(hù)盾TBM
雙護(hù)盾TBM采用預(yù)制混凝土管片支護(hù)，同樣用于全斷面硬巖隧道施工，其具有兩套推進(jìn)系統(tǒng)，能夠在拼裝管片的同時(shí)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，因此其工序耽擱時(shí)間少，掘進(jìn)效率高，配合連續(xù)皮帶機(jī)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(jìn)速度。
來源：中國工程報(bào)
