ＴＢＭ是怎樣打洞的？

Ｃａｐｐｕｃｃｉｎｏ

如果各位看過《十三羅漢》這部電影，那么肯定對片中的重要道具——隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Borin~Machine，縮寫為TBM)印象深刻：巴舍塔爾操作它使賭場產(chǎn)生共振，達(dá)到人造地震的效果，用來暫停班克酒店里的人工智能安全系統(tǒng)Greco。當(dāng)然制造地震、挖金庫、盜墓等只是TBM的副業(yè)，這種動輒幾層樓高的“圓筒”的主要工作是挖掘隧道，比如電影中的那臺就號稱挖過英法海底隧道。有史以來最大的兩臺TBM是德國海瑞克(HerrenknechtAG)為中國制造的“長江一號”和“長江二號”，它們的直徑達(dá)15 43米，不久前貫通的上海長江隧道就是它們的杰作。雖然這玩意在日常生活中并不多見，不過，TBM那巨大的體形和質(zhì)量，無堅不摧的氣勢，以及刀盤轉(zhuǎn)動起來后壯觀的場面，絕對能令每一個親見的人懾服。怎么，你也想弄一臺玩玩?那趁早下單，明年的今天大概可以到貨了。

TBM初印象

TBM的全稱是全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(Full FaceTunneI Betinq Machine)，它利用回轉(zhuǎn)刀具開挖，同時破碎洞內(nèi)圍巖及掘進(jìn)，形成整個隧道斷面的種新型隧道施工機(jī)械。TBM集鉆挖、掘進(jìn)、支護(hù)于一體，次成型，高效快捷，實(shí)乃管線鋪設(shè)、礦山開采、隧道挖掘必備。所以目前TBM已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在世界各地的許多工地上咱們都可以看到它們的身影。

如果你以為TBM僅僅是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)前面的刀盤就能把幾千米的隧道貫通，那就太天真了。根據(jù)開挖地層性質(zhì)的不同，TBM分為在巖石中工作的硬巖TBM和在松軟地層中掘進(jìn)的軟巖TBM。不管用哪種TBM，其基本工作步驟都包括掘進(jìn)、排土、管片拼裝。因?yàn)閹r石質(zhì)地的工作面(專業(yè)的說法是“掌子面”，記好了哦)比較穩(wěn)定，所以硬巖TBM的工作簡單一些。這時，它面臨的基本問題是如何高效率破巖。而軟巖TBM要考慮的問題就多了，地層中的空洞，開挖掌子面的穩(wěn)定，市區(qū)地表沉降……所以我們接下來主要講軟巖TBM是怎樣工作的，剩下的就得靠各位舉一反三了。

解剖TBM的身體

雖然每種TBM的結(jié)構(gòu)都不盡相同，但它們的基本構(gòu)造都包括盾體、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)三大部分，當(dāng)然還有多得數(shù)不清的其它裝置。上面這個是典型的土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)(EPBShield)的剖面圖，夠詳細(xì)吧?

刀盤：是一個帶有多個進(jìn)料槽的切削盤體，位于TBM的最前部，用于切削土體。刀盤上安裝有若干把刀具，刀具的類型、數(shù)量以及幾何布局都是有講究的。刀盤由組強(qiáng)勁的液壓馬達(dá)驅(qū)動，順轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)自如。想像帶著幾百把滾刀的刀盤飛速旋轉(zhuǎn)著向自己撲過來的情景……安啦，這玩意1分鐘也就轉(zhuǎn)1圈的樣子，至少不會把人割死。

盾體：主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，這三部分都是管狀簡體。前盾和與之焊在起的承壓隔板用來支撐刀盤驅(qū)動裝置，同時使泥土倉與后面的工作空間相隔離。前盾的后邊是中盾，中盾內(nèi)側(cè)的周邊位置裝有若干組液壓千斤頂。中盾的后邊是尾盾，尾盾通過被動跟隨的鉸接千斤頂和中盾相連，這種鉸接連接可以使TBM易于轉(zhuǎn)向。

推進(jìn)系統(tǒng)：TBM掘進(jìn)的動力靠的是液壓系統(tǒng)帶動千斤頂?shù)耐七M(jìn)機(jī)構(gòu)。推力千斤頂安裝于中盾內(nèi)側(cè)周邊，它們的壓力可通過前盾后部的承壓隔板作用到開挖面上，以起到支撐和穩(wěn)定開挖面的作用。在操作室中可單獨(dú)控制每一組千斤頂?shù)膲毫?，這樣TBM就可以實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、抬頭、低頭或直行。

拼裝系統(tǒng)：管片拼裝機(jī)是TBM的主要設(shè)備之，常以液壓為動力。拼裝機(jī)在鉗捏住襯砌管片后，還必須具備沿徑向伸縮、前后平移和360度旋轉(zhuǎn)等功能。一般常用環(huán)型拼裝機(jī)。

排土系統(tǒng)：TBM的排土機(jī)構(gòu)主要包括螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)。碴土由螺旋輸送機(jī)從泥土倉中運(yùn)輸?shù)狡л斔蜋C(jī)上，皮帶輸送機(jī)再將碴土向后運(yùn)輸至臺車的尾部，落八等候的碴土主的土箱中。

一起來打洞吧

簡單的說，TBM打洞就是把刀盤轉(zhuǎn)起來，然后用力往巖層里頂。當(dāng)然，作為《Geek》，還是要講得有技術(shù)含量一些才行。施工人員首先在隧道某段的端建造豎井或基坑，以供TBM安裝就位。TBM從豎井或基坑的墻壁開孔處出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計軸線，向另豎井或基坑的設(shè)計孔洞推進(jìn)。TBM推進(jìn)中所受到的地層阻力，通過推力千斤頂傳至尾盾后已拼裝的預(yù)制隧道襯砌結(jié)構(gòu)，再傳到豎井或基坑的后靠壁上。TBM每推進(jìn)一環(huán)距離，操作人員就在尾盾支護(hù)下拼裝一環(huán)襯砌管片，并及時向緊靠尾盾后面的開挖坑道周邊與襯砌環(huán)外周之間的空隙中壓注足夠的漿體，以防止隧道及地面下沉。在TBM推進(jìn)過程中不斷從開挖面排出適量的土方，通過排土系統(tǒng)運(yùn)送到豎井或基坑外，由龍門吊將土箱吊起并倒入碴土坑中。

或許有人要問了：在地底下的操作人員怎么判斷推進(jìn)的方向?比如那些用TBM挖金庫的大盜，萬一方向一偏，挖到了城市里的下水道……這就要靠隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)的幫助了。激光經(jīng)緯儀、帶有棱鏡的激光靶、測傾儀，只要測量出它們之間的距離、角度及各相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，電腦就可以計算出當(dāng)前TBM軸線的準(zhǔn)確位置。操作人員只需要在可視化控制臺上不斷修iTBM的掘進(jìn)軸線，就能使它與隧道設(shè)計軸線吻臺了。f