隧道掘进机的基本构造包括:①开挖部分(刀盘及其主轴和驱动装置);②开挖反力支承部(支承靴)分;③推进部分(推进千斤顶)。
工作时,按下述动作反复进行:①扩张支承靴,固定掘进的机体在隧道壁上;②回转刀盘,开动千斤顶前进;③推进1行程后,缩回支承靴,把支承靴移置到前方,返回①的状态。
球面刀盘和平面刀盘:刀盘的前面,以一定的间隔配置滚刀。一般有中心滚刀,正滚刀(开挖面滚刀)和边滚刀。滚刀的配置间隔,决定于滚刀的负荷容量,岩石强度和目标日掘进进度等。在外周部分,为防止滚刀的刀体从刀头上飞出,配置以一定角度,并使刀头的切削断面形状呈圆弧形。这就“球面”之意。此时,边滚刀是与正滚刀同样地使用。
为了不在边缘处安设特殊的边滚刀,可采用平面滚刀。最近的趋势是,重视滚刀的互换性,因而,球面采用较多。
周边支持型和中央主轴型刀盘:周边支持型刀盘,是由圆筒状的筒体和主机架构成的。采用了大口径的轴承。其后背部有很大开口的周边支持结构。开挖石碴从设在刀盘前面,外周面的缝隙处,把主机架作为料斗提升,送到排土装置中。此中刀盘与软弱围岩使用的盾构掘进机是一样的做法。在崩塌性地质条件下是很有效的。滚刀的突出量可以比较小,同时,也能在机内进行更换。中央主轴型刀盘,是一个圆板构造体,在其中心处设主轴,用小口径的轴承支持的。滚刀配置在圆板上,出碴是用设在刀盘外周部的刮板粗下部收集的,而后用外周部的料斗由上部送到排土装置中。
滚刀:用鞍座安设在板的前面,因没有主轴等的限制,配置是比较自由的。此种构造,在敞开式IBM中采用较多。但出碴口受到限制,故视地质情况有时不能有效的排土。刀盘的驱动是把刀盘的主轴作为驱动轴由设在TBM后面的驱动马达进行驱动的。
其作用是作为推进时的反力,反力就是推进力、刀盘转矩。为充分承受此反力和不损伤隧道壁面,应使之大面积化,减小接地压力。通常,接地压多取3~5 MPa。如把此目的的支承靴称作主支承靴,则还有所谓的以控制震动,控制方向等为目的的各种支承靴。
盾构形TBM支承靴:在盾构型TBM中,有用于推进反力的主支承靴(尾部)和掌子面支承靴(前部)。主支承靴一般是左右水平设一对,但在大口径时,有时在周边上设置4~5个的情况。
敞开式TBM支承靴:有单支承靴方式和双支承靴方式两种。单支承靴方式是在主梁上左右设一对支承靴。可对应推进时主梁的方位变化。
双支承靴方式是前后各有一对支承靴。前面的支承靴有4个(X形)和2个、3个的(T形)。
方向修正不管何种方式,都在设置支承靴前进行,但在单支承靴方式时,开挖过程中也能改变方向。
双支承靴方式,在开挖过程中不能改变方向,但不太受地质变化的影响,直进性好。