在采礦與隧道工程領域，全斷面硬巖掘進機（TBM, Tunnel Boring Machine）作為一種高效、自動化的施工設備，發揮著舉足輕重的作用。本文旨在詳細梳理并擴寫全斷面硬巖掘進機的破巖機理、工作原理及分類，以期為相關從業人員提供更為全面和深入的理解。一、全斷面硬巖掘進機概述全斷面硬巖掘進機，又稱刀盤式掘進機，是一種集掘進、支護、出渣等功能于一體的隧道施工裝備。其顯著特點是具備強大的破巖能力，能夠連續不斷地在巖石地層中掘進，顯著提高了隧道工程的施工效率和安全性。全斷面硬巖掘進機的核心部件為刀盤，其上安裝有各種類型的滾刀和切削刀具，通過旋轉和推進實現對巖石的破碎。二、破巖機理首先第一個就是全斷面硬巖掘進機如何實現的一個破巖。根據上一篇文章《全斷面硬巖掘進機概述》的講解，讀者應該能夠知道，全斷面硬巖掘進機它前面兒有一個刀盤，所以說全斷面硬巖掘進機它實際上又叫做刀盤式掘進機。通過這個名字也能知道了，它破壞主要是通過前面的這個刀盤去給他進行破巖。這個就是典型的TBM的一個破巖的刀盤。
全斷面硬巖掘進機的破巖機理主要包括擠壓式和切削式兩種。1. 擠壓式破巖首先就是擠壓式的，擠壓式就是把這個刀盤上面這個滾刀先擠入到這個巖體當中，再在剪切力的作用下實現它的一個破巖。一般來用的滾刀的類型都是這種圓盤形。另外還有其他的這種楔齒形的、球齒型的等等，最常用的還是這種圓盤形。讀者可以看這圖，就是這上面的這個樣式，上面這個就是滾刀它破巖的一個原理。首先就是滾刀先切入到巖體當中，切出一道一道的這個槽槽來之后，然后整個刀盤在旋轉的時候會有一個剪切力，這樣的話就把中間的這一塊兒，中間的這一塊就切割完畢，這樣的話就實現了這個破巖，這個就是刀盤的擠壓式破巖，擠壓式破巖適用于各種硬度的巖石，特別是在處理高抗壓強度的巖石時表現出色。滾刀的類型多種多樣，包括圓盤形、楔齒形、球齒型等。其中，圓盤形滾刀因其結構簡單、制造方便、破巖效率高等優點而被廣泛應用。在滾刀破巖過程中，滾刀的尺寸、形狀、材質以及安裝角度等參數均會對破巖效果產生重要影響。2. 切削式破巖切削式破巖呢，顧名思義，就是我利用刀盤上的那個銑削，或者是其他的那種刀，來直接強力的去切削這個巖石。為什么能夠切下來呢？就是因為巖石的抗剪強度小，實際上只有抗壓強度的5%到10%，非常的小。
所以說它可以相對比較容易的給它切削下來。這樣的話通過擠壓，切削就實現了它的一個破巖。這個給讀者展示一下它破巖的一個過程，就是刀盤不斷的一個旋轉，在整個的工作面上，就形成了類似于這個同心圓的各種痕跡。這個巖石就會發生一個破碎，破碎之后再運到后面去。這張圖片就是經過切割之后，在工作面上形成的痕跡。
切削式破巖特別適用于中硬至軟巖地層，以及在需要精確控制掘進輪廓的場合。在切削式破巖過程中，切削刀具的選擇和布置至關重要。合理的刀具配置不僅可以提高破巖效率，還能有效延長刀具的使用壽命。此外，切削參數的優化也是實現高效破巖的關鍵環節之一。三、工作原理知道了破巖之后，那它怎么實現的這工作？這里通過一張圖給讀者展示一下，這個圖工藝上相對來說比較的簡單，前面就是刀盤進行一個切削，切削之后，刀盤上面有專門的鏟斗的一個設備，把這個破碎的巖石鏟到后邊來。后面來就是有專門的皮帶運輸機，直接從這兒然后運到后面去，直接再運出去。這個TBM它的這個施工工藝實際上是比較簡單的�？偨Y來看，就是刀盤旋轉破碎巖石巖渣由刀盤上的這種鏟斗鏟到掘進機的上方，靠著自重下落到這個溜渣槽當中，進入機斗內的這個運渣膠帶機，再運出去。
在掘進過程中，全斷面硬巖掘進機還配備了多種輔助設備和系統，以確保施工的安全和高效。例如，支護系統用于在掘進過程中及時對隧道壁進行支護，以防止圍巖失穩；除塵系統用于降低掘進過程中產生的粉塵濃度，改善施工環境；監測與控制系統則用于實時監控掘進機的運行狀態和掘進參數，確保掘進作業的精確性和安全性。四、分類與特點根據結構特點和適用范圍的不同，全斷面硬巖掘進機可以分為開敞式TBM和護盾式TBM兩大類。1. 開敞式TBM開敞式TBM是一種結構相對簡單的掘進機類型。其特點在于刀盤后方沒有護盾結構，直接暴露在圍巖之下。這種結構使得開敞式TBM在掘進過程中能夠更直接地接觸圍巖，便于進行支護作業。然而，由于缺少護盾的保護，開敞式TBM在圍巖穩定性較差的地層中施工風險較高。因此，它更適用于圍巖條件較好、支護作業相對簡單的隧道工程。
2. 護盾式TBM護盾式TBM則是一種結構更為復雜、功能更為全面的掘進機類型。其特點在于刀盤后方設有護盾結構，用于保護掘進機內部的設備和人員免受圍巖塌方等安全威脅。護盾式TBM根據護盾的數量和布置方式的不同，又可分為雙護盾TBM和單護盾TBM兩種。
雙護盾TBM：雙護盾TBM配備有前后兩個護盾，能夠在掘進過程中同時實現掘進和管片安裝作業。這種設計大大提高了掘進效率，并降低了施工風險。因此，雙護盾TBM在隧道工程中得到了廣泛應用。單護盾TBM：與雙護盾TBM相比，單護盾TBM的護盾數量較少，通常只有一個主護盾。這種設計使得單護盾TBM在掘進過程中無法同時進行掘進和管片安裝作業，需要分步驟進行，從而影響了掘進效率。然而，在特定工況下，如隧道斷面較小或地質條件較為復雜的區域，單護盾TBM憑借其結構緊湊、靈活性強的特點，仍具有一定的應用優勢。