[科普中国]-隧洞掘进机

隧洞掘进机是一种用刀具切割岩层、开挖隧洞的多功能施工机械，能同时联合完成工作面的开挖和装碴作业，且能全断面连续推进。它由切割岩层的刀盘工作机构、斗轮式装碴机构、液力支撑和推进机构、连续转载机构和动力传动机构等组成。这些机构利用支撑液压缸能相对升降。走行机构有履带式和轨行式两种。

简介隧洞掘进机是一种用刀具切割岩层、开挖隧洞的多功能施工机械，能同时联合完成工作面的开挖和装碴作业，且能全断面连续推进。它由切割岩层的刀盘工作机构、斗轮式装碴机构、液力支撑和推进机构、连续转载机构和动力传动机构等组成。这些机构利用支撑液压缸能相对升降。走行机构有履带式和轨行式两种1。

工作原理掘进机的刀盘工作机构是在隧洞全断面上切割岩层的滚刀盘，分平面滚刀盘和球面滚刀盘两种。盘上装有数十把滚刀，布置形式有同心转轴式、行星转轴式等多种。刀盘工作机构用挡板与其他部分隔开。挡板前设有喷雾装置、吸尘设备，用以除尘。挡板后方有驾驶室，内有隔声设备，以及液压操纵阀和激光导向设备，便于按隧道的设计轴线控制掘进机走向。掘进隧洞时，电动机驱动各个传动机构，使工作机构的滚刀盘旋转，并由液压油缸将滚刀压向工作面岩壁。在轴向推进力作用下，所有滚刀的刀锋抵紧岩壁并不断滚动，此时岩石被刀锋的挤压力破碎，整个工作面岩壁被刻划出同心圈（或是内摆线）的沟槽和岩圈；同时，滚刀两侧的楔面挤紧沟槽所产生的侧向力将岩圈剪切碎裂。落下的石碴，由几个连续旋转的装碴铲斗轮流铲起，在转到最高位置时，卸入带式转载机的受料槽，再转载到轨道矿车，运出洞外。

隧洞掘进机根据以剪裂为主的滚刀破岩原理，充分利用岩石抗剪强度小的弱点（剪裂和压碎的破岩量比例约为5:1），石碴中条状碎石占80～90%,岩粉量相应减少2。

优缺点掘进机的功率强大，又是联合作业，故掘进速度高；同时还具有洞壁匀整，超挖量小（仅为钻爆法的1/4），能节省衬砌材料；又因不用爆破,不致扰动周围岩层，以及操作自动化，并能保证施工安全等优点。其缺点是机体庞大，且专用性强，而无法适应不同形状、不同尺寸的隧洞断面；工作中维修也较困难；施工初期投资高，故掘进短隧洞不经济2。

应用隧洞掘进机已成功地应用于硬粘土、页岩、砂岩、石灰岩、花岗岩等岩质地层的隧洞施工，且水平和倾斜隧洞均能使用；掘进的隧洞直径自2.4米至10.8米。自20世纪50年代出现隧洞掘进机以来，已应用于矿山运输巷道、引水和泄水隧洞、交通用山岭隧道和水底隧道及原子能工程用的洞室等。

中国自60年代中期开始研制，经过近二十年来的使用与改进，主机结构已基本定型，技术性能日臻完善，已能有效地用盘形滚刀掘进抗压强度为200兆帕的中硬岩层；用球齿（碳化钨）滚刀掘进抗压强度为250兆帕的硬岩。对抗压强度超过300兆帕的极硬岩层，则因刀具磨损剧烈,在经济上不合理。当前，正在对掘进机的刀具寿命和破岩机理作进一步研究，并试验用高压射流作辅助破岩1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学