在隧道工程領域,隧道掘進機和盾構機都是常用的大型機械設備,它們在隧道施工中發揮著重要作用。然而,很多人對這兩種機器的概念和區別存在疑惑,甚至認為它們是同一種設備。實際上,隧道掘進機和盾構機雖然有一定的相似性,但在特點、用途和工作原理等方面存在明顯的區別。

一、隧道掘進機(TBM)
(一)特點
隧道掘進機是一種用于開鑿地下隧道的大型機械化設備,具有高效、安全、自動化程度高的特點。它通常由刀盤、支撐系統、推進系統、出渣系統、液壓系統、電氣系統等部分組成。刀盤上安裝有各種類型的刀具,如滾刀、齒刀等,用于破碎巖石。支撐系統為機器提供穩定的支撐,確保掘進過程中的穩定性。推進系統通過液壓油缸推動機器前進,出渣系統則負責將破碎的巖石渣料排出隧道。
(二)用途
隧道掘進機主要適用于硬巖地層的隧道施工,如鐵路隧道、公路隧道、水利隧道、礦山隧道等。在硬巖地層中,隧道掘進機能夠快速、高效地開鑿隧道,提高施工效率,降低施工成本。它可以開鑿直徑從幾米到十幾米不等的隧道,適用于不同規模的隧道工程。
(三)工作原理
隧道掘進機的工作原理是利用刀盤上的刀具對巖石進行破碎和切割,通過推進系統推動機器前進,同時將破碎的巖石渣料通過出渣系統排出隧道。在掘進過程中,機器會根據地質條件自動調整刀具的壓力和轉速,以適應不同的巖石硬度和強度。
二、盾構機
(一)特點
盾構機是一種用于在軟土地層中開鑿隧道的大型機械設備,具有獨特的設計和功能。它主要由盾體、刀盤、推進系統、管片拼裝系統、出土系統、液壓系統、電氣系統等部分組成。盾體是盾構機的主體結構,起到支撐和保護作用,防止地面坍塌和地下水滲入隧道。刀盤用于切削土壤和巖石,推進系統通過液壓油缸推動盾構機前進,管片拼裝系統則負責將預制好的管片拼裝成隧道襯砌,形成穩定的隧道結構。
(二)用途
盾構機主要適用于軟土地層的隧道施工,如城市地鐵隧道、越江隧道、污水隧道等。在軟土地層中,由于地質條件復雜,容易發生坍塌和地下水滲漏等問題,盾構機能夠有效地解決這些問題,保證隧道施工的安全和質量。它可以開鑿直徑從幾米到十幾米不等的隧道,適用于不同類型的軟土地層。
(三)工作原理
盾構機的工作原理是利用盾體作為支撐,在開挖隧道的同時,通過管片拼裝系統將預制好的管片拼裝成隧道襯砌,形成一個穩定的隧道結構。在掘進過程中,刀盤切削土壤和巖石,切削下來的渣土通過出土系統排出隧道。同時,推進系統推動盾構機前進,使盾構機能夠不斷地向隧道深處掘進。
三、兩者的區別
(一)適用地層不同
這是隧道掘進機和盾構機最主要的區別之一。隧道掘進機主要適用于硬巖地層,如花崗巖、砂巖、石灰巖等,這些巖石硬度較高,需要強大的破碎能力才能開鑿隧道。而盾構機主要適用于軟土地層,如黏土、砂土、淤泥等,這些地層強度較低,容易發生坍塌和變形,需要盾構機的盾體來提供支撐和保護。
(二)結構和功能不同
隧道掘進機的結構相對簡單,主要側重于巖石的破碎和掘進,其刀盤上的刀具主要是滾刀和齒刀,用于破碎堅硬的巖石。而盾構機的結構更加復雜,除了具有掘進功能外,還具有管片拼裝、出土、防水等功能,其盾體內部設置了管片拼裝系統、出土系統等,能夠在掘進的同時完成隧道襯砌的拼裝和渣土的排出。
(三)工作原理不同
如前所述,隧道掘進機主要依靠刀盤上的刀具破碎巖石,通過推進系統推動機器前進,其工作過程中不需要進行隧道襯砌的拼裝,而是在掘進完成后進行二次襯砌施工。而盾構機則是在掘進的同時,通過管片拼裝系統將預制好的管片拼裝成隧道襯砌,形成一個完整的隧道結構,其工作過程中不需要進行二次襯砌施工,提高了施工效率。
(四)施工成本和效率不同
由于隧道掘進機和盾構機的結構和功能不同,它們的施工成本和效率也存在一定的差異。一般來說,隧道掘進機在硬巖地層中的施工效率較高,能夠快速開鑿隧道,但由于其結構復雜,設備成本較高,適用于長距離、大直徑的隧道工程。而盾構機在軟土地層中的施工效率也較高,能夠保證隧道施工的安全和質量,但由于其需要預制管片,管片成本較高,適用于城市地鐵等對施工環境要求較高的隧道工程。
所以,隧道掘進機和盾構機雖然都是用于隧道施工的大型機械設備,但它們在適用地層、結構和功能、工作原理、施工成本和效率等方面存在明顯的區別。在實際工程中,需要根據地質條件、隧道規模、施工要求等因素選擇合適的設備,以確保隧道施工的安全、高效和經濟。