论文部分内容阅读
如果各位看过《十三罗汉》这部电影，那么肯定对片中的重要道具——隧道掘进机(Tunnel Borin~Machine，缩写为TBM)印象深刻：巴舍塔尔操作它使赌场产生共振，达到人造地震的效果，用来暂停班克酒店里的人工智能安全系统Greco。当然制造地震、挖金库、盗墓等只是TBM的副业，这种动辄几层楼高的“圆筒”的主要工作是挖掘隧道，比如电影中的那台就号称挖过英法海底隧道。有史以来最大的两台TBM是德国海瑞克(HerrenknechtAG)为中国制造的“长江一号”和“长江二号”，它们的直径达15 43米，不久前贯通的上海长江隧道就是它们的杰作。虽然这玩意在日常生活中并不多见，不过，TBM那巨大的体形和质量，无坚不摧的气势，以及刀盘转动起来后壮观的场面，绝对能令每一个亲见的人慑服。怎么，你也想弄一台玩玩?那趁早下单，明年的今天大概可以到货了。
TBM初印象
TBM的全称是全断面隧道掘进机(Full FaceTunneI Betinq Machine)，它利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的 种新型隧道施工机械。TBM集钻挖、掘进、支护于一体， 次成型，高效快捷，实乃管线铺设、矿山开采、隧道挖掘必备。所以目前TBM已经得到了广泛的应用，在世界各地的许多工地上咱们都可以看到它们的身影。
如果你以为TBM仅仅是转转前面的刀盘就能把几千米的隧道贯通，那就太天真了。根据开挖地层性质的不同，TBM分为在岩石中工作的硬岩TBM和在松软地层中掘进的软岩TBM。不管用哪种TBM，其基本工作步骤都包括掘进、排土、管片拼装。因为岩石质地的工作面(专业的说法是“掌子面”，记好了哦)比较稳定，所以硬岩TBM的工作简单一些。这时，它面临的基本问题是如何高效率破岩。而软岩TBM要考虑的问题就多了，地层中的空洞，开挖掌子面的稳定，市区地表沉降……所以我们接下来主要讲软岩TBM是怎样工作的，剩下的就得靠各位举一反三了。
解剖TBM的身体
虽然每种TBM的结构都不尽相同，但它们的基本构造都包括盾体、推进系统、拼装系统三大部分，当然还有多得数不清的其它装置。上面这个是典型的土压式平衡盾构机(EPBShield)的剖面图，够详细吧?
刀盘：是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于TBM的最前部，用于切削土体。刀盘上安装有若干把刀具，刀具的类型、数量以及几何布局都是有讲究的。刀盘由 组强劲的液压马达驱动，顺转逆转自如。想像带着几百把滚刀的刀盘飞速旋转着向自己扑过来的情景……安啦，这玩意1分钟也就转1圈的样子，至少不会把人割死。
盾体：主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体。前盾和与之焊在起的承压隔板用来支撑刀盘驱动装置，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离。前盾的后边是中盾，中盾内侧的周边位置装有若干组液压千斤顶。中盾的后边是尾盾，尾盾通过被动跟随的铰接千斤顶和中盾相连，这种铰接连接可以使TBM易于转向。
推进系统：TBM掘进的动力靠的是液压系统带动千斤顶的推进机构。推力千斤顶安装于中盾内侧周边，它们的压力可通过前盾后部的承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。在操作室中可单独控制每一组千斤顶的压力，这样TBM就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行。
拼装系统：管片拼装机是TBM的主要设备之，常以液压为动力。拼装机在钳捏住衬砌管片后，还必须具备沿径向伸缩、前后平移和360度旋转等功能。一般常用环型拼装机。
排土系统：TBM的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，皮带输送机再将碴土向后运输至台车的尾部，落八等候的碴土主的土箱中。
一起来打洞吧
简单的说，TBM打洞就是把刀盘转起来，然后用力往岩层里顶。当然，作为《Geek》，还是要讲得有技术含量一些才行。施工人员首先在隧道某段的端建造竖井或基坑，以供TBM安装就位。TBM从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另竖井或基坑的设计孔洞推进。TBM推进中所受到的地层阻力，通过推力千斤顶传至尾盾后已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井或基坑的后靠壁上。TBM每推进一环距离，操作人员就在尾盾支护下拼装一环衬砌管片，并及时向紧靠尾盾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止隧道及地面下沉。在TBM推进过程中不断从开挖面排出适量的土方，通过排土系统运送到竖井或基坑外，由龙门吊将土箱吊起并倒入碴土坑中。
或许有人要问了：在地底下的操作人员怎么判断推进的方向?比如那些用TBM挖金库的大盗，万一方向一偏，挖到了城市里的下水道……这就要靠隧道掘进激光导向系统的帮助了。激光经纬仪、带有棱镜的激光靶、测倾仪，只要测量出它们之间的距离、角度及各相关点的坐标等数据，电脑就可以计算出当前TBM轴线的准确位置。操作人员只需要在可视化控制台上不断修iTBM的掘进轴线，就能使它与隧道设计轴线吻台了。f
TBM初印象
TBM的全称是全断面隧道掘进机(Full FaceTunneI Betinq Machine)，它利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的 种新型隧道施工机械。TBM集钻挖、掘进、支护于一体， 次成型，高效快捷，实乃管线铺设、矿山开采、隧道挖掘必备。所以目前TBM已经得到了广泛的应用，在世界各地的许多工地上咱们都可以看到它们的身影。
如果你以为TBM仅仅是转转前面的刀盘就能把几千米的隧道贯通，那就太天真了。根据开挖地层性质的不同，TBM分为在岩石中工作的硬岩TBM和在松软地层中掘进的软岩TBM。不管用哪种TBM，其基本工作步骤都包括掘进、排土、管片拼装。因为岩石质地的工作面(专业的说法是“掌子面”，记好了哦)比较稳定，所以硬岩TBM的工作简单一些。这时，它面临的基本问题是如何高效率破岩。而软岩TBM要考虑的问题就多了，地层中的空洞，开挖掌子面的稳定，市区地表沉降……所以我们接下来主要讲软岩TBM是怎样工作的，剩下的就得靠各位举一反三了。
解剖TBM的身体
虽然每种TBM的结构都不尽相同，但它们的基本构造都包括盾体、推进系统、拼装系统三大部分，当然还有多得数不清的其它装置。上面这个是典型的土压式平衡盾构机(EPBShield)的剖面图，够详细吧?
刀盘：是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于TBM的最前部，用于切削土体。刀盘上安装有若干把刀具，刀具的类型、数量以及几何布局都是有讲究的。刀盘由 组强劲的液压马达驱动，顺转逆转自如。想像带着几百把滚刀的刀盘飞速旋转着向自己扑过来的情景……安啦，这玩意1分钟也就转1圈的样子，至少不会把人割死。
盾体：主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体。前盾和与之焊在起的承压隔板用来支撑刀盘驱动装置，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离。前盾的后边是中盾，中盾内侧的周边位置装有若干组液压千斤顶。中盾的后边是尾盾，尾盾通过被动跟随的铰接千斤顶和中盾相连，这种铰接连接可以使TBM易于转向。
推进系统：TBM掘进的动力靠的是液压系统带动千斤顶的推进机构。推力千斤顶安装于中盾内侧周边，它们的压力可通过前盾后部的承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。在操作室中可单独控制每一组千斤顶的压力，这样TBM就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行。
拼装系统：管片拼装机是TBM的主要设备之，常以液压为动力。拼装机在钳捏住衬砌管片后，还必须具备沿径向伸缩、前后平移和360度旋转等功能。一般常用环型拼装机。
排土系统：TBM的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，皮带输送机再将碴土向后运输至台车的尾部，落八等候的碴土主的土箱中。
一起来打洞吧
简单的说，TBM打洞就是把刀盘转起来，然后用力往岩层里顶。当然，作为《Geek》，还是要讲得有技术含量一些才行。施工人员首先在隧道某段的端建造竖井或基坑，以供TBM安装就位。TBM从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另竖井或基坑的设计孔洞推进。TBM推进中所受到的地层阻力，通过推力千斤顶传至尾盾后已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井或基坑的后靠壁上。TBM每推进一环距离，操作人员就在尾盾支护下拼装一环衬砌管片，并及时向紧靠尾盾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止隧道及地面下沉。在TBM推进过程中不断从开挖面排出适量的土方，通过排土系统运送到竖井或基坑外，由龙门吊将土箱吊起并倒入碴土坑中。
或许有人要问了：在地底下的操作人员怎么判断推进的方向?比如那些用TBM挖金库的大盗，万一方向一偏，挖到了城市里的下水道……这就要靠隧道掘进激光导向系统的帮助了。激光经纬仪、带有棱镜的激光靶、测倾仪，只要测量出它们之间的距离、角度及各相关点的坐标等数据，电脑就可以计算出当前TBM轴线的准确位置。操作人员只需要在可视化控制台上不断修iTBM的掘进轴线，就能使它与隧道设计轴线吻台了。f