隧洞掘進機

隧洞掘進機是一種用刀具切割岩層、開挖隧洞的多功能施工機械，能同時聯合完成工作面的開挖和裝碴作業，且能全斷面連續推進。它由切割岩層的刀盤工作機構、鬥輪式裝碴機構、液力支撐和推進機構、連續轉載機構和動力傳動機構等組成。這些機構利用支撐液壓缸能相對升降。走行機構有履帶式和軌行式兩種 ^[1]  。

掘進機的刀盤工作機構是在隧洞全斷面上切割岩層的滾刀盤，分平面滾刀盤和球面滾刀盤兩種。盤上裝有數十把滾刀，佈置形式有同心轉軸式、行星轉軸式等多種。刀盤工作機構用擋板與其他部分隔開。擋板前設有噴霧裝置、吸塵設備，用以除塵。擋板後方有駕駛室，內有隔聲設備，以及液壓操縱閥和激光導向設備，便於按隧道的設計軸線控制掘進機走向。掘進隧洞時，電動機驅動各個傳動機構，使工作機構的滾刀盤旋轉，並由液壓油缸將滾刀壓向工作面巖壁。在軸向推進力作用下，所有滾刀的刀鋒抵緊巖壁並不斷滾動，此時岩石被刀鋒的擠壓力破碎，整個工作面巖壁被刻劃出同心圈（或是內擺線）的溝槽和岩圈；同時，滾刀兩側的楔面擠緊溝槽所產生的側向力將岩圈剪切碎裂。落下的石碴，由幾個連續旋轉的裝碴剷鬥輪流剷起，在轉到最高位置時，卸入帶式轉載機的受料槽，再轉載到軌道礦車，運出洞外。

隧洞掘進機根據以剪裂為主的滾刀破巖原理，充分利用岩石抗剪強度小的弱點（剪裂和壓碎的破巖量比例約為5:1），石碴中條狀碎石佔80～90%,巖粉量相應減少 ^[2]  。

掘進機的功率強大，又是聯合作業，故掘進速度高；同時還具有洞壁勻整，超挖量小（僅為鑽爆法的1/4），能節省襯砌材料；又因不用爆破,不致擾動周圍岩層，以及操作自動化，並能保證施工安全等優點。其缺點是機體龐大，且專用性強，而無法適應不同形狀、不同尺寸的隧洞斷面；工作中維修也較困難；施工初期投資高，故掘進短隧洞不經濟 ^[2]  。

隧洞掘進機已成功地應用於硬粘土、頁岩、砂岩、石灰岩、花崗岩等巖質地層的隧洞施工，且水平和傾斜隧洞均能使用；掘進的隧洞直徑自2.4米至10.8米。自20世紀50年代出現隧洞掘進機以來，已應用於礦山運輸巷道、引水和泄水隧洞、交通用山嶺隧道和水底隧道及原子能工程用的洞室等。

中國自60年代中期開始研製，經過近二十年來的使用與改進，主機結構已基本定型，技術性能日臻完善，已能有效地用盤形滾刀掘進抗壓強度為200兆帕的中硬岩層；用球齒（碳化鎢）滾刀掘進抗壓強度為250兆帕的硬巖。對抗壓強度超過300兆帕的極硬岩層，則因刀具磨損劇烈,在經濟上不合理。當前，正在對掘進機的刀具壽命和破巖機理作進一步研究，並試驗用高壓射流作輔助破巖 ^[1]  。