单臂、双曲臂凿岩台车与隧道掘进机（TBM）的适用范围

发布时间:

2026-09-24

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在隧道与地下工程施工中，钻爆法（D&B）与全断面隧道掘进机法（TBM）是两条最主要的技术路线。而凿岩台车正是钻爆法机械化施工的核心装备，其技术发展与工程应用对我国隧道建设领域具有深远影响。
从机械定义来看，凿岩台车是一个更宽泛的概念，指以台车架持凿岩机进行钻孔作业的机械。单臂凿岩台车通常配1支钻臂，适用于中小断面掘进、辅助钻孔及多台阶工法转换中的机动布孔；双曲臂凿岩台车配2支钻臂，利用独特的曲臂结构实现仰拱开挖和立体交叉钻孔，可在大断面隧道施工中发挥主力作用。这两类设备均采用钻爆法原理，通过液压凿岩机将冲击能和回转扭矩传递给钻头，在掌子面岩石上钻凿炮孔，再配合装药爆破完成岩石破碎与开挖。
全断面隧道掘进机（TBM）的工作原理则与钻爆法截然不同。TBM利用刀盘上的滚刀对岩面施加碾压力，使岩石在剪切和拉伸作用下发生破碎，刀盘旋转一周即可完成全断面的切削破岩，实现掘进、出渣、支护等多工序连续作业，是一种连续化、工厂化程度更高的隧道施工方法。
一、单臂凿岩台车的适用范围
单臂凿岩台车的主要优势在于体积紧凑、机动灵活，能够适应中小断面巷道和复杂工法转换的作业需求。
断面尺寸与巷道类型。 单臂凿岩台车一般适用于巷道截面2×2m至6.5×6.2m的掘进作业。DW1-24轮胎式单臂凿岩台车在2.8×3m断面中作业，岩石硬度F6-8级，效率较风镐钻孔提高约3倍。山特维克DD212窄矿脉凿岩台车巷道断面覆盖范围从6m²至25m²，设计用于窄矿脉作业。该设备在3.4×3.2m断面、岩石硬度F8-10级的工况下同样表现出良好的适应性。
岩石硬度与钻孔能力。 单臂凿岩台车采用全液压驱动系统，凿岩速度可达0.8-2米/分钟，钻孔直径φ45-102mm，钻孔深度3405-4000mm。单臂台车配置高冲击功率液压凿岩机，钻孔效率是同等条件下使用气动凿岩机钻孔的2-4倍。在F8级硬度金矿巷道2.6×2.6m断面中，单臂台车打2.7m深孔30个炮孔，全断面进尺达2.5m。
机动性与多工法适应性。 在上下导台阶法开挖、径向锚杆孔、超前支护孔及锁脚孔等复杂钻孔作业中，单臂台车可多台并排使用，配合两台阶和三台阶掘进要求。适用于矿山、水利、铁路、公路、国防等领域巷道、涵洞的开挖和掘进，包括炮孔、锚杆孔、注浆孔和超前支护孔等多种钻孔作业。
二、双曲臂凿岩台车的适用范围
双曲臂凿岩台车通过独特的“Z型曲臂”结构，在两支钻臂上设置弯曲铰点，使臂架可作业至水平线以下，实现仰拱开挖和立体交叉钻孔，解决了传统凿岩台车不能实现仰拱施工的难题。
断面尺寸与覆盖能力。 双曲臂凿岩台车主要适用于30㎡至154㎡的公路铁路隧道、抽水蓄能电站、水电站、地下洞库的掘进孔作业和锚杆孔作业。部分型号适用于36-176m²断面，最大作业范围达16000×11000mm，覆盖面积约195m²，隧道最小通过宽度6m。双曲臂结构使作业范围大幅扩大，较传统臂架扩展40%以上，有效减少施工中的设备移位频率。
工法适应性与台阶法施工。 曲臂结构可满足两台阶、三台阶上中下台阶作业，克服传统凿岩台车断面适应性不强的问题。可适应高速公路、高铁主洞、斜井、横洞、平导施工，实现各凿岩施工环节机械施工效率的最大化。
钻孔效率与智能化。 单孔钻孔速度是人工风钻的5-6倍，大幅提高钻孔效率。配备高频液压冲击器（冲击频率达6000次/分钟），硬岩钻孔速度提升25%，能耗降低10%。双臂协同控制通过液压同步系统，双臂可同时钻孔或交替作业，单循环作业时间缩短30%。全电脑控制系统具备炮孔图自动生成、设备自动定位、自动钻孔及仰拱自动凿岩等功能，有效控制开挖体型和超欠挖。
三、隧道掘进机（TBM）的适用范围
全断面隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）是技术密集程度较高的机、电、液一体的大型地下施工设备，主要用于岩石地质结构的隧道掘进。它与钻爆法的核心区别在于工作原理和适用范围的不同：盾构机适用于土质或软岩隧洞，TBM适用于完整性较好的中硬岩隧洞。
适用地质条件。 敞开式掘进机适用于中硬岩、单轴抗压强度10-260MPa的适中范围，支护容易，处理难度不大。单护盾式掘进机主要适用于中等长度隧道有一定自稳性的软岩（5-60MPa）。双护盾掘进机在适应地质条件下可发挥快速掘进优势，世界掘进机最高速纪录大都由双护盾掘进机创造。
不良地质适应性。 TBM在极硬岩、岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水涌泥等不良地质条件下适应性受限。在富水破碎极软地层中容易发生卡机，在高地应力极硬岩地层中面临岩爆问题。特别坚硬的岩石会延缓掘进速度并加速设备的损伤和部件的磨损。隧道开挖过程中，TBM需要应对断层破碎带和软岩地质等多重挑战。在不良地质条件下，TBM的掘进优势会严重削弱，甚至被迫停工，改由钻爆法施工完成剩余段。
适用工程规模。 TBM主要优势在于连续掘进能力，适用于长度较长的隧道工程。特长隧道采用钻爆法受到独头掘进施工能力及环境保护等方面的限制，因此必然要更多地采用掘进机（TBM）。秦岭铁路隧道在岩石坚硬、石英含量高的地质条件下，采用TBM法施工非常艰难，刀具更换频繁，刀盘严重磨损。偏长的支护和出渣时间在复杂地质条件下会严重抵消掘进优势，表明TBM的适应性与钻爆法相比并非在所有工况下都具有绝对优势。
四、三类设备选型建议总结
选型维度 单臂凿岩台车 双曲臂凿岩台车 全断面掘进机（TBM）
工作原理 钻爆法—钻爆孔 钻爆法—钻爆孔及支护孔 机械滚刀切削破岩
适用断面 2×2m—6.5×6.2m 30—176m² 中硬岩、较长隧洞
掘进方式 钻爆法循环作业 钻爆法循环作业（可多台阶） 连续掘进、工厂化作业
工法适应性 多机并打、辅助钻孔 两台阶、三台阶、仰拱 连续长距离掘进、地质均一
地质适应性 中硬岩、复杂变断面 中硬岩、台阶法大断面 中硬岩、完整地层（不宜用于破碎带/涌水/极硬岩）
实际选型时，建议综合考量工程规模、断面尺寸、地质条件及工期要求等多方面因素，使设备选型与施工需求实现合理的匹配。

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