隧道建設是現代交通、公用設施和采礦業的必要組成部分,而隧道建設高度依賴于精密的機械設備。開挖方法的選擇至關重要,取決于地質條件、隧道直徑、長度、深度以及環境因素。如今,一系列強大的機械設備已基本取代了傳統的鉆爆法,成為大型工程的常用工具,顯著提高了安全性、速度和精度。本文將探討隧道掘進機的主要類型及其具體應用。
1. 隧道掘進機 (TBM)
a) 硬巖隧道掘進機:適用于穩定、堅硬且地下水含量低的巖層,例如花崗巖、玄武巖和片麻巖。它們常用于長距離鐵路隧道、水電站引水隧洞以及穿越山脈的公路隧道。其主要優勢在于能夠形成光滑的隧道壁,從而最大限度地減少后續襯砌的需求。
b) 軟土隧道掘進機:土壓平衡式掘進機主要用于城市地區的地鐵系統、污水隧道和城市地下公用設施隧道,在這些工程中,控制地基沉降對于保護地面結構至關重要。泥水盾構機則更適用于地下水位以下、河流下方或高滲透性、不穩定的土層中的隧道。
2. 掘進機:掘進機用途廣泛,最適合短隧道、礦井巷道或具有復雜非圓形輪廓(例如馬蹄形或矩形輪廓)的隧道。它們在混合巖面(巖石硬度不一)以及硬度不太高的沉積巖(如頁巖、石灰巖和砂巖)中表現出色。此外,它們還廣泛用于地下洞室開挖和輪廓擴大。
3. 微型隧道掘進機 (MTBM):主要用于非開挖方式安裝污水、供水、燃氣和電信等公用設施管道。它們非常適合在道路、鐵路、河流和現有建筑物下方進行安裝,最大限度減少對地表的擾動。
4. 豎井掘進機:主要用于采礦作業,用于建造通風井、礦石溜槽和逃生通道。它們也用于水電工程中的引水管以及其他需要精確、光滑豎井壁的應用。
5. 隧道掘進機:專為公路和鐵路隧道的非爆破開挖而設計。在 IV 級和 V 級圍巖條件下,其綜合開挖效率可達每小時 50 立方米,有效控制超挖和欠挖,降低滑坡風險。
6. 鉆爆法(配合挖掘機):這種方法適應性強,通常是偏遠地區硬巖隧道、超大截面或非標準截面隧道,以及地質條件復雜、盾構機可能卡住的隧道中最經濟的選擇。它常用于采礦和初步進場隧道。
選擇隧道挖掘機是一項關鍵的工程決策,需要權衡地質挑戰、項目規范和經濟因素。雖然大型盾構機在長而深的隧道中占據主導地位,但掘進機的靈活性和鉆爆法的強大適應性確保了它們的重要性。同時,小型隧道掘進機(MTBM)和豎井掘進機等專用機械也發揮著各自獨特的、至關重要的作用。