隧道掘進機

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全断面隧道掘进机的正面照片。

全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine),或稱潛盾機,英文缩写为TBM,是專門用在開鑿隧道的大型機具。該機具具有一次開挖完成隧道的特色,從開挖、推進、撐開全由該機具完成,開挖速度是傳統鑽炸工法的5倍。然而該機具完全無法模組化,只能依照開挖隧道的直徑訂作,因此購買價格動輒上億元。

全断面隧道掘进机的分类[编辑]

全断面隧道掘进机可分为:

岩石隧道掘进机[编辑]

  • 开敞式(Open-type TBM),也称支撑式TBM或撑靴式TBM。特点是适应硬岩地层,没有盾构,使用支撑靴(gripper)和前后支撑交替撑紧洞壁上以承受TBM向前掘进的巨大反作用力与反扭矩,并可以调整掘进方向。 如果遇到局部不稳定岩层,开敞式TBM使用自带的辅助设备打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、加圈梁等方法加固,以保持洞壁稳定。当遇到局部特软弱围岩或破碎带,开敞式TBM使用自带的超前钻及灌浆设备,预先固结掘进前方的一段围岩,待围岩强度自稳后再安全掘进。永久性的洞壁衬砌待全线贯通后再集中进行。在西康铁路秦岭隧道施工、天生桥二级水电站引水隧道施工
  • 护盾硬岩TBM(shielded hard rock TBM)用于破碎岩层,在TBM后方混凝土衬砌支撑不稳定的洞壁。又可分为:
    • 双护盾TBM(Double Shield TBM)具有两种模式:在稳定岩层用支撑靴稳定TBM掘进;在不稳定岩层、破碎岩层,用TBM之后的洞壁作为支撑来稳定TBM。
    • 单护盾TBM(Single Shield TBM)用于破碎岩层,依靠混凝土洞壁来支撑稳定TBM

软土隧道掘进机[编辑]

  • 开敞式(open-face)软岩掘进机,用于稳定且少水的地层。掘进出的隧道土质洞壁在短期内保持直立稳定,不需要衬砌支护。
  • 封闭式(closed-face)或压力平衡式软岩掘进机
    • 土压平衡式(Earth Pressure Balanced)TBM 由刀盘切割土层,切削下来的土进入土仓(也叫开挖舱)并与工作面的水土压力保持平衡。土仓内的螺旋输送机出土量与刀盘的推进量取得平衡,进行连续出土工作。土压的稳定依靠刀盘切削速度、推进力和螺旋输送机的转速联合协调进行。
    • 泥水平衡式(Slurry Pressure Balanced)TBM用于水压很大、地下水丰富的土层掘进(如过江、跨海隧道等)。在刀盘后部为泥水室,里面的泥水与工作面的压力保持平衡,以保证开挖面泥土地层稳定。从泥水室取出的泥水要水-土分离,分离出的水用于泥水室与工作面加压;分离出的土装车运出隧道。

历史[编辑]

全斷面隧道鑽掘機於1853年誕生,設計者為Charles Wilson,首用于美國麻薩諸塞州西部的霍賽克隧道(Hoosac Tunnel)的挖掘上,在页岩中边掘进边支护隧道壁。但該台鑽掘機僅僅前進10呎便告損毀,後該隧道改採傳統人工挖掘方式,延遲至1875年始告竣工。全斷面隧道鑽掘機的首起使用成功案例為美國南達科他州的歐阿希水壩(Oahe Dam),於1952年投入使用,並在1962年竣工。然而隧道鑽掘機的打響名號,仍遲至1988年起的英法海底隧道建設工程。

參與的重大工程[编辑]

外部連結[编辑]