TBM隧道掘進機的四大部件是什么?TBM(Tunnel Boring Machine,隧道掘進機)是隧道施工的核心設(shè)備,其高效作業(yè)依賴于多個關(guān)鍵系統(tǒng)的協(xié)同工作。通常認為,TBM的四大核心部件(系統(tǒng))包括刀盤、護盾系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、出碴系統(tǒng),它們分別承擔破巖、防護、驅(qū)動前進和排碴的核心功能,具體介紹如下:

1. 刀盤
刀盤是TBM直接與掌子面(掘進工作面)接觸的部件,核心功能是破碎巖石或地層,為隧道開挖提供空間。
① 結(jié)構(gòu):通常為圓形(與隧道斷面匹配),由高強度鋼材焊接而成,盤面分布多個刀具安裝孔,根據(jù)地質(zhì)條件安裝不同類型的刀具(如滾刀、刮刀、切割刀等);部分刀盤設(shè)計有開口(碴口),用于破碎后的碴土進入機內(nèi)。
② 工作原理:由主驅(qū)動系統(tǒng)(電機或液壓馬達)驅(qū)動旋轉(zhuǎn),通過刀具與巖石的擠壓、剪切作用破碎地層。例如,硬巖TBM主要依賴滾刀(盤形滾刀)碾壓巖石產(chǎn)生裂紋并破碎;軟土盾構(gòu)(TBM的一種)則用刮刀切削土體。
③ 關(guān)鍵作用:直接決定掘進效率和刀具損耗,其設(shè)計需匹配地層硬度、完整性等特性(如硬巖刀盤需更高強度,軟土刀盤需防堵塞)。
2. 護盾系統(tǒng)
護盾系統(tǒng)是TBM的“保護殼”,主要功能是支撐掌子面和已開挖的隧道斷面,防止圍巖坍塌、水土涌入,同時為內(nèi)部設(shè)備(如推進油缸、管片拼裝機)提供安裝載體。
① 結(jié)構(gòu):根據(jù)TBM類型(敞開式、護盾式)有所差異,護盾式TBM(如土壓平衡盾構(gòu)、泥水盾構(gòu))的護盾通常分為前盾(靠近刀盤,保護主驅(qū)動)、中盾(安裝推進油缸)和尾盾(包裹管片拼裝區(qū)域,與管片間設(shè)密封裝置防滲漏);敞開式TBM的護盾較簡單,主要用于局部支護。
② 關(guān)鍵作用:保障掘進面穩(wěn)定和施工安全,尤其在軟土、富水地層中是核心防護部件。
3. 推進系統(tǒng)
推進系統(tǒng)是TBM的“驅(qū)動力源”,核心功能是提供軸向推力和扭矩,推動刀盤壓向掌子面并前進,同時控制掘進方向(姿態(tài))。
① 結(jié)構(gòu):主要由多組液壓油缸(推進油缸)組成,油缸一端連接中盾(或機架),另一端頂在已拼裝的管片(或圍巖)上,通過油缸伸縮產(chǎn)生推力;部分系統(tǒng)還包含導向機構(gòu)(如傾斜油缸),用于調(diào)整TBM的俯仰角、偏轉(zhuǎn)角,控制掘進軌跡。
② 工作原理:利用管片(或圍巖)的反作用力,將推力傳遞至刀盤,使刀具壓入巖石并隨刀盤旋轉(zhuǎn)破碎地層;推力大小需根據(jù)地層硬度動態(tài)調(diào)整(硬巖需更大推力)。
③ 關(guān)鍵作用:直接決定掘進速度和方向精度,是保證隧道線性符合設(shè)計要求的核心系統(tǒng)。
4. 出碴系統(tǒng)
出碴系統(tǒng)是TBM的“清運通道”,核心功能是將刀盤破碎的碴土(巖石碎屑、土體)從掌子面連續(xù)輸送至隧道外,避免碴土堆積阻礙掘進。
① 結(jié)構(gòu):根據(jù)TBM類型差異較大:
a. 硬巖TBM:通常采用“刮板輸送機+皮帶輸送機”組合,掌子面的碴土通過刀盤開口落入機內(nèi)集料斗,經(jīng)刮板輸送機轉(zhuǎn)運至皮帶輸送機,再由隧道內(nèi)的皮帶機輸送至洞口。
b. 軟土盾構(gòu)(如土壓平衡盾構(gòu)):采用螺旋輸送機,碴土通過刀盤開口進入密封艙,由螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)排出至皮帶機,同時可通過控制螺旋機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)艙內(nèi)壓力(平衡水土壓力)。
c. 泥水盾構(gòu):通過“泥水管道”系統(tǒng),利用高壓泥水將碴土從掌子面攜帶至地面,經(jīng)分離設(shè)備(泥水分離站)分離后,清水循環(huán)回盾構(gòu)。
② 關(guān)鍵作用:保證掌子面空間持續(xù)釋放,是實現(xiàn)TBM連續(xù)掘進的必要條件,其效率需與刀盤掘進效率匹配。
這四大部件(系統(tǒng))相互協(xié)同:刀盤破巖→出碴系統(tǒng)清運→推進系統(tǒng)驅(qū)動前進→護盾系統(tǒng)防護,共同實現(xiàn)TBM的高效、安全隧道開挖。