全斷面硬巖隧道掘進機

硬巖TBM是利用旋轉刀盤上的滾刀擠壓剪切破巖，通過旋轉刀盤上的剷鬥齒拾起石渣，落入主機皮帶機上向後輸送，再通過牽引礦渣車或隧洞連續皮帶機運渣到洞外。

隧道掘進機裏，全斷面隧道掘進機安全可靠。

“每月最快可以掘進1000米，而傳統的打眼放炮的鑽爆法每月開挖距離在100米左右。”打眼放炮的施工方法原始又有極大的危險性，採用掘進機施工則相對安全、高效。

例如，第一條墨脱公路（即扎墨公路）的隧道是採用打眼放炮的施工方法，第二條即派墨公路的隧道是採用從德國進口的岩石TBM施工方法。

由於中國研製岩石TBM，中國工程裏使用的岩石TBM，主要是國產品和德國品。

歐美將全斷面隧道掘進機統稱為TBM，日本則一般統稱為盾構機，細分可稱為硬巖隧道掘進機和軟地層隧道掘進機。

中國則一般習慣將硬巖隧道掘進機（硬巖TBM）簡稱為TBM，將軟地層掘進機稱為盾構機。

硬巖TBM與軟地TBM

隧道掘進機(3張)

(1)在岩石中開挖隧道的TBM：通常用這類TBM在穩定性良好、中～厚埋深、中～高強度的岩層中掘進長大隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是如何破巖，保持掘進的高效率和工程順利。

(2)在鬆軟地層中掘進隧道的TBM（國內通常稱為狹義盾構機）：通常用這類TBM在具有有限壓力的地下水位以下的基本均質的軟弱地層中開挖有限長度的隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是空洞、開挖掌子面的穩定、市區地表沉降等。

對於全斷面隧道掘進機，在國內有兩種提法，其一是岩石掘進機（TBM），其二是盾構機。TBM就是適合硬巖掘進的隧道掘進機，盾構機指的是適於在軟巖、土中的隧道掘進機。當然，盾構機也有安裝硬巖TBM滾刀的複合盾構。而硬巖TBM又可分為敞開式TBM、雙護盾式TBM、單護盾式TBM。

硬巖TBM適用於山嶺隧道硬巖掘進，代替傳統的鑽爆法，在相同的條件下，其掘進速度約為常規鑽爆法的4～10倍，最佳日進尺可達40m；具有快速、優質、安全、經濟、有利於環境保護和勞動力保護等優點。特別是高效快速可使工程提前完工，提前創造價值，對我國的現代化建設有很重要的意義。

而軟巖TBM適用於軟弱性圍巖施工的隧道掘進機，是城市地鐵建設中速度快、質量好、安全性能高的先進技術。採用盾構機施工的區間隧道，可以做到對土體弱擾動，不影響地面建築物和交通，減少地上、地下的大量拆遷。這兩種設備的技術開發與應用，在我國地下工程領域具有十分廣闊的前景。

世界上生產硬巖掘進機TBM的廠家主要有美國羅賓斯ROBBINS，德國海瑞克HERRENKNECHT，德國WIRTH（2013年中國中鐵工程裝備集團有限公司收購該公司TBM知識產權），法國法碼通NFM（現屬中國北方重工NHI）。

盾構TBM與敞開式TBM

盾構TBM是採用盾構法（掘進的同時構建隧道之盾即支撐性管片），是廣義盾構機，無論硬巖還是較鬆軟的地層。

敞開式TBM：開挖隧道時不需要鋪設管片，而是集開挖、支護、出渣於一體，可以實現隧道的一次成型，主要應用於長大硬巖隧道施工。

中國國產首台的硬巖TBM，即價值1.8億元的“長春號”TBM，2014年12月27日下線，就是 大直徑全斷面硬巖隧道掘進機(敞開式TBM)，是全斷面雙護盾岩石隧道掘進機，自帶護盾，不需要鋪設管片。

（全斷面）隧道掘進機（Tunnel 隧道，Boring掘進）。它分為敞開式隧道掘進機和廣義盾構機。

盾構的施工法是掘進機在掘進的同時構建（鋪設）隧道之“盾”（指支撐性管片），它區別於敞開式施工法。

（全斷面）隧道掘進機一部分採用盾構法，一部分採用敞開式施工法，例如，由中國鐵建重工自主研製的全斷面雙護盾岩石隧道掘進機(TBM) 自帶雙護盾，不需要構建（鋪設）隧道之“盾”即不需要鋪設管片，而是集開挖、支護、出渣於一體，可以實現隧道的一次成型。

掘進、支護、出渣等施工工序並行連續作業，是機、電、液、光、氣等系統集成的工廠化流水線隧道施工裝備，具有掘進速度快、利於環保、綜合效益高等優點，可實現傳統鑽爆法難以實現的複雜地理地貌深埋長隧洞的施工，在中國鐵道、水電、交通、礦山、市政等隧洞工程中應用正在迅猛增長 ^[2]  。

狹義含義：全斷面隧道掘進機，在中國，將用於岩石地層的稱為（狹義）TBM（硬巖TBM），用於軟土地層的隧道掘進機稱為（狹義）盾構機。

TBM專家---石家莊鐵道大學杜立傑教授，自1995年近20年來，從事硬巖TBM領域的科研和技術攻關，長期駐紮TBM施工現場，參與了我國80%以上硬巖TBM工程的技術支持，在TBM設計、施工領域有深厚理論功底和豐富工程實踐經驗，被眾多企業聘請為TBM技術諮詢專家、TBM技術商務談判專家、TBM投招標專家，為我國重大工程建設做出了突出貢獻。《科學中國人》雜誌對杜立傑教授進行了報道：

大直徑全斷面岩石隧道掘進機作為國之重器，一個多世紀以來，這一設備一直被國外壟斷，在TBM下線之前，國內的工程建設需求全部依賴進口。

1996年，第一台TBM引進中國，被用於秦嶺鐵路隧道的施工，這台進口TBM價格為3.8億元，“當時我們的工資還不到一千元（1998年年中大學教師工資從五百多元調整為八百多元，1996年大學教授的工資還沒有一千元，但是企業不同，企業主要靠獎金），我被深深震撼了。”彭正陽回憶。這些進口產品價格高昂，標準化的產品卻不見得適用於中國地質，出現問題維修困難。

2011年下半年，鐵建重工與浙江大學、中南大學、天津大學，以及施工方中鐵十八局攜手研發國產TBM，突破了大功率、變載荷、高精度電液控制系統設計與集成技術、關鍵部件狀態監測等核心技術。

此外，還根據引松供水工程隧洞“長距離、大埋深、高應力、高水壓、高地温、大涌水、易巖爆”等地質特點和技術難點，針對性地研發出了這台價值1.8億元的“長春號”TBM。

2014年12月27日，擁有自主知識產權的國產 首台 大直徑全斷面硬巖隧道掘進機(敞開式TBM)，在湖南長沙中國鐵建重工集團總裝車間順利下線。它的成功研製打破了國外的長期壟斷，填補了我國大直徑全斷面硬巖隧道掘進機的空白。

2017年8月20日，採用中國自主研製的首台TBM硬巖掘進機施工的國家“十三五”水利建設重點項目——吉林省中部城市引松供水工程總幹線22.6公里引水隧洞貫通，為該項目按期在2019年年底建成通水奠定了基礎。

吉林省中部城市引松供水工程將松花江水由豐滿水庫調入吉林省中部城市，輸水線路總長263.45公里，總投資101.77億元，是吉林省有史以來投資規模最大、輸水線路最長、受水區域最廣、施工難度最高的大型跨區域引調水工程。

2020年9月9日，國內首台新型敞開式TBM（隧道掘進機）——“北江號”在中鐵十八局集團參建的廣州北江引水工程正式開始掘進 ^[1]  。

2022年5月，由中國鐵建所屬鐵建重工研製的塞爾維亞首台雙護盾TBM（全斷面硬巖隧道掘進機）順利始發，首次應用到海外礦業領域。 ^[5] 

全斷面硬巖掘進機（Full Face Rock Tunnel Boring Machine，以下簡稱TBM），TBM是集機械、電子、液壓、激光、控制等技術於一體的高度機械化和自動化的大型隧道開挖襯砌成套設備，是一種由電動機（或電動機——液壓馬達）驅動刀盤旋轉、液壓缸推進，使刀盤在一定推力作用下貼緊岩石壁面，通過安裝在刀盤上的刀具破碎岩石，使隧道斷面一次成型的大型工程機械。TBM施工具有自動化程度高、施工速度快、節約人力、安全經濟、一次成型，不受外界氣候影響，開挖時可以控制地面沉陷，減少對地面建築物得影響，水下地下施工不影響水中地面交通等優點，是岩石隧道掘進最有發展潛力的機械設備 ^[3]  。

2021年11月12日，四川樂西高速大涼山1號隧道“月城涼山號”TBM再次刷新單日掘進紀錄，日進尺達48米，累計掘進突破5000米大關，創造了國內高速公路TBM（全斷面硬巖隧道掘進機）隧道掘進5000米的最快紀錄。 ^[4]