一種新型硬巖隧道掘進機設計及分析

曾祥盛，鄭康泰

（1.中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016；2.鄭州大學，河南 鄭州 450001）

全斷面隧道掘進機（盾構和TBM）施工技術因其高效性、安全性、環保性和低擾動等優勢得到了廣泛應用。據統計，國內輸水隧道盾構/TBM 使用率為60%，地鐵隧道盾構/TBM 使用率為30%。但是，在鐵路隧道和公路隧道的建設中盾構/TBM 設備一直未被大量使用，其重要原因就是鐵路隧道為減低工程成本，提高空間利用率，斷面形狀多為異形斷面（馬蹄形、門洞形等），而盾構/TBM 斷面為圓形，開挖后需進行回填，易造成資源浪費[1]。

目前，用于鉆爆法施工的成套化機械裝備也有很多，如三臂鑿巖臺車、懸臂掘進機、濕噴臺車等，但總體來說我國鐵路隧道機械化應用程度并不高，主要原因之一就是機械開挖作業與人工開挖作業工序循環時間相當[2]，而懸臂掘進機只能適應60MPa 以下的巖石地層。綜上所述，目前隧道施工領域亟需一種能夠高效、低成本、高度靈活的異形硬巖開挖裝備。

1 異型斷面掘進機現狀

目前矩形盾構、馬蹄形盾構、雙圓盾構、三圓盾構等異形斷面掘進機[3]能夠大幅提高異形斷面開挖效率，但這些設備只能用于軟土地層，且裝備斷面形狀固定單一。為實現單裝備的不同斷面開挖，除懸臂掘進機外，國內外進行柔性斷面裝備研究。小松礦業掘進機采用單刀旋切方式，但開挖效率低；中鐵裝備設計了一種旋切刀盤，安裝于懸臂掘進機，但開挖功率與底盤穩定性能還需進一步提升；安百拓研制了一種礦用擺臂式刀盤掘進機，但其工作空間與斷面靈活性難以適應鐵路硬巖隧道的需求；……