硬岩掘进机与盾构机都是用于地下隧道挖掘的重型机械设备,但它们在设计、适用环境和操作原理上存在显著差异。了解这些差异对于选择合适的隧道挖掘设备至关重要。
一、硬岩掘进机(TBM - Tunnel Boring Machine)
硬岩掘进机,尤其是全断面硬岩掘进机,专门设计用于在坚固岩石中开挖隧道。其主要特征包括:
1. 刀盘设计:硬岩掘进机的刀盘上装有硬质合金或金刚石刀具,以破碎岩石。刀盘设计通常为圆盘形,直径较大,以便于切割岩石。
2. 适用环境:硬岩掘进机适用于地质条件稳定、岩石强度高的环境。在这些条件下,它们能够高效、持续地挖掘隧道,同时对岩石的破碎效果好,产生的岩屑易于处理。
3. 掘进速度:在合适的地质条件下,硬岩掘进机的掘进速度较快,效率高。
二、盾构机(Shield Machine)
盾构机,尤其是土压平衡或泥水平衡盾构机,主要用于在土壤、淤泥和较软岩层中挖掘隧道。其主要特征包括:
1. 刀盘与切削系统:盾构机的刀盘设计与硬岩掘进机不同,它通常配备有刮刀、滚刀和搅拌装置,以适应较软的地质条件。刀盘后方有盾体,用于支撑挖掘面,防止土壤坍塌。
2. 适用环境:盾构机适用于土壤、淤泥、较软岩石或不稳定地质条件下的隧道挖掘。在这些条件下,盾构机能够有效支撑挖掘面,防止隧道塌方。
3. 掘进方式:盾构机在掘进过程中会将切削下来的土壤或岩屑通过螺旋输送机排出,同时向前推进盾体,形成隧道。
三、主要区别
1. 工作原理不同:硬岩掘进机通常采用滚刀或切削刀具进行破岩,通过推进油缸将刀具推向岩石表面,实现岩石的破碎和掘进;盾构机则通常采用盾构壳体和刀盘进行挖掘,通过刀盘的旋转和推进将土壤或岩石切削下来,然后通过排土系统将渣土排出。
2. 设计与构造不同:硬岩掘进机的刀具更加坚固,适用于破碎岩石;盾构机则有盾体支撑,适用于不稳定地质。
3. 适用地质不同:硬岩掘进机适用于岩石,而盾构机适用于土壤和较软岩层。
4. 适用工程不同:硬岩掘进机适用于硬岩工程,如矿山、铁路、公路等隧道的挖掘;盾构机适用于软土或复合地层的工程,如城市地铁、地下管廊等隧道的挖掘。
5. 施工方式不同:硬岩掘进机通常采用钻爆法或机械挖掘法进行施工,需要在隧道内进行钻孔、爆破或机械挖掘等作业;盾构机则通常采用盾构法进行施工,需要在地面上进行盾构机的组装和调试,然后将盾构机推进到隧道内进行挖掘和衬砌等作业。
6. 掘进效率不同:在适宜的地质条件下,硬岩掘进机的掘进速度通常快于盾构机。
7. 施工成本不同:硬岩掘进机通常适用于长距离、大直径的隧道挖掘,施工效率较高,但成本也较高;盾构机通常适用于短距离、小直径的隧道挖掘,施工效率较低,但成本也较低。
选择硬岩掘进机还是盾构机,主要取决于隧道挖掘的具体地质条件、隧道设计要求以及项目成本和时间限制等因素。