岩石隧道掘进机刀盘设计方法研究

岩石隧道掘进机刀盘设计方法研究一、本文概述《岩石隧道掘进机刀盘设计方法研究》一文旨在深入探讨岩石隧道掘进机刀盘的设计方法，以提高掘进效率、降低能耗并延长设备使用寿命。文章首先概述了岩石隧道掘进机刀盘设计的重要性，指出了现有设计中存在的问题和挑战。接着，文章综述了国内外在岩石隧道掘进机刀盘设计领域的研究现状和发展趋势，为后续的深入研究提供了理论基础。本文将从刀盘的结构设计、材料选择、力学分析等方面展开详细研究。在结构设计方面，将重点分析刀盘的几何形状、刀具布置和排渣方式等因素对掘进性能的影响。在材料选择方面，将探讨高强度、高耐磨、高耐热等性能优异的材料在刀盘制造中的应用。在力学分析方面，将利用有限元分析等数值计算方法，对刀盘在工作过程中的受力情况进行模拟分析，以优化设计方案。通过本文的研究，期望能够为岩石隧道掘进机刀盘的设计提供更为科学、合理的方法，为实际工程应用提供有益的参考和指导。同时，本文的研究也有助于推动相关领域的技术进步和创新发展，为我国的隧道建设事业贡献力量。二、岩石隧道掘进机刀盘设计的重要性刀盘的设计直接影响着TBM在复杂地质条件下的掘进速度和连续作业能力。合理的刀具布局、刀间距、刀具形状及角度选择能够确保刀盘在面对不同硬度、磨蚀性、裂隙发育程度的岩石时，实现高效破岩与排渣。高效的切削刃口设计可减少刀具与岩石间的摩擦阻力，降低能耗，同时通过优化刀具的切削轨迹和掘进轨迹，可有效避免刀盘空转或过度磨损，从而提升整体掘进效率。刀盘的设计与制造成本占TBM总成本的相当比例，而其使用寿命及维护需求对施工期间的运营成本影响显著。精心设计的刀盘应具备良好的耐磨性和抗冲击韧性，能在复杂工况下保持较长的服役寿命，减少频繁更换刀具的需求，间接节省人力、时间及物资成本。易于维修和更换刀具的刀盘结构设计，能有效缩短非掘进时间，进一步控制项目工期与成本。刀盘设计还关乎隧道施工的安全性。稳固的刀盘结构能够承受巨大的地层反力，防止因局部应力集中导致的刀盘破裂或变形，保证设备及操作人员的安全。同时，良好的刀盘密封设计可以防止泥浆、地下水等有害物质侵入设备内部，确保工作环境的安全。刀盘工作性能的稳定性直接影响隧道开挖面的平整度和超欠挖控制，进而关乎隧道衬砌结构的稳定性和工程质量。针对不同的地质条件，如硬岩、软岩、夹层、断层带等，刀盘设计应具有足够的适应性。通过定制化刀具类型（如滚刀、齿刀、刮刀等）、刀具布置模式以及引入可变几何形状或可调节刀具技术，刀盘能够在遇到地质突变时迅速调整工作状态，有效应对各种复杂地质挑战，避免因地质适应性差导致的设备故障或工程延误。岩石隧道掘进机刀盘设计的重要性不言而喻。它既是提升掘进效率、控制施工成本的关键手段，也是保障施工安全、确保工程质量以及应对复杂地质条件的核心要素。对刀盘进行深入研究与持续创新，对于推动岩石隧道掘进技术的进步与地下工程建设的发展具有重要意义三、岩石隧道掘进机刀盘设计的理论基础岩石隧道掘进机刀盘设计是一项复杂且关键的任务，其理论基础涉及多个学科领域，包括机械工程、材料科学、地质工程以及土壤力学等。在设计过程中，需要充分理解和应用这些理论知识，以确保刀盘的性能和安全性。岩石隧道掘进机刀盘设计必须考虑地质条件。地质条件是决定刀盘设计参数的关键因素，包括岩石类型、岩石强度、岩石节理和断层等。对于不同类型的岩石，刀盘的切削方式和切削力都会有所不同。地质条件的详细分析和评估是刀盘设计的第一步。材料科学在刀盘设计中扮演着重要角色。刀盘通常由高强度、高耐磨的材料制成，如合金钢、硬质合金等。这些材料的选择直接影响到刀盘的耐磨性、强度和寿命。必须对各种材料的性能进行深入研究，选择最适合特定工作环境和工作任务的材料。机械工程中的切削理论也是刀盘设计的重要理论基础。切削理论涉及切削力、切削热、切削速度等多个方面。这些参数的选择和优化将直接影响到刀盘的切削效率和切削质量。在刀盘设计过程中，必须根据地质条件和工程要求，合理确定切削参数。土壤力学在刀盘设计中也起着重要作用。岩石隧道掘进机在掘进过程中，刀盘与岩石之间的相互作用涉及到复杂的土壤力学问题。例如，刀盘的切削过程实际上是一个岩石的破碎过程，这涉及到岩石的应力分布、破坏模式等问题。在刀盘设计中，必须充分考虑土壤力学的影响，以确保刀盘的设计合理性和安全性。岩石隧道掘进机刀盘设计的理论基础涉及多个学科领域，需要在设计中充分考虑和应用这些理论知识。只有才能确保刀盘的性能和安全性，满足工程要求。四、岩石隧道掘进机刀盘设计的关键因素分析在岩石隧道掘进机（TBM）的设计中，刀盘作为核心部件，其设计的合理性直接影响到整个掘进过程的效率和成本。本节将重点分析岩石隧道掘进机刀盘设计中的关键因素，包括地质条件、刀盘结构、刀具配置和驱动系统等方面。地质条件是影响刀盘设计的关键外部因素。不同的岩石类型（如砂岩、石灰岩、花岗岩等）和地质结构（如断层、褶皱等）对刀盘的耐磨性、切削效率和稳定性提出了不同的要求。例如，在硬岩地层中，刀盘需要更强的切削力和耐磨性而在软岩地层中，则需考虑减少刀具的磨损和提高掘进速度。刀盘设计时需充分考虑目标地质条件，进行相应的结构设计和材料选择。刀盘结构设计主要包括刀盘的形状、尺寸和布局。刀盘的形状通常为圆形或近似圆形，但其直径、开口率、刀臂布局等参数需要根据地质条件和掘进要求进行优化。合理的刀盘结构可以有效减少刀具的磨损，提高切削效率，并降低能耗。刀具配置是刀盘设计中的另一个重要方面。刀具的类型、数量、布置和磨损监测系统都需要根据地质条件和掘进目标进行精心设计。合理的刀具配置可以提高切削效率，减少更换刀具的次数，从而提高整体的掘进效率。刀盘的驱动系统负责提供掘进所需的动力。驱动系统的设计包括电机类型、功率、转速和扭矩等参数的选择。这些参数需要根据刀盘的尺寸、重量和掘进要求进行匹配，以确保刀盘能够高效、稳定地工作。岩石隧道掘进机刀盘设计是一个复杂的多因素决策过程。在设计过程中，需要充分考虑地质条件、刀盘结构、刀具配置和驱动系统等多个方面的因素。通过对这些关键因素进行深入分析和优化，可以设计出高效、稳定、适应性强的刀盘，从而提高整个岩石隧道掘进机的性能和经济效益。本节内容仅为大纲性质的分析，实际论文撰写时，每个小节都需进一步扩展和深化，以提供详细的数据、图表、案例研究和理论分析。五、岩石隧道掘进机刀盘设计的优化方法优化设计的基本概念：优化设计是指在满足特定约束条件下，寻找最优设计方案的过程。在岩石隧道掘进机刀盘设计中，优化设计的目标是在确保刀盘性能和寿命的同时，降低成本和提高效率。优化设计的方法：常见的优化设计方法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。这些方法能够有效地在庞大的设计空间中搜索最优解。刀盘结构参数化：将刀盘的结构参数（如直径、厚度、刀臂长度等）进行参数化处理，为后续的优化设计提供基础。刀盘结构优化目标：刀盘结构优化的目标是在满足强度和刚度的前提下，减轻刀盘的重量，降低制造成本。刀盘结构优化方法：采用有限元分析和优化算法相结合的方法，对刀盘结构进行优化设计。刀具布置参数化：将刀具的布置参数（如刀具数量、刀具间距、刀具角度等）进行参数化处理。刀具布置优化目标：刀具布置优化的目标是在保证切割效率的同时，降低刀具磨损和提高刀具寿命。刀具布置优化方法：采用数值模拟和优化算法相结合的方法，对刀具布置进行优化设计。驱动系统参数化：将刀盘驱动系统的参数（如驱动方式、驱动功率、驱动速度等）进行参数化处理。驱动系统优化目标：驱动系统优化的目标是在保证刀盘正常工作的同时，降低能耗和提高驱动效率。驱动系统优化方法：采用系统动力学分析和优化算法相结合的方法，对刀盘驱动系统进行优化设计。实验验证：通过实验室模拟实验，验证优化设计结果的正确性和有效性。现场试验验证：在真实的工作环境中进行试验，验证优化设计结果的实用性和可靠性。六、岩石隧道掘进机刀盘设计的实践应用在实际的岩石隧道掘进工程中，刀盘设计面临着多种挑战。地质条件的多样性要求刀盘设计具有广泛的适应性。不同的岩石类型，如砂岩、花岗岩、片麻岩等，其硬度、耐磨性、抗冲击性等物理特性差异显著，这对刀盘的材料选择和结构设计提出了不同的要求。隧道掘进过程中的高温、高压、高湿度等极端环境条件，对刀盘的耐久性和稳定性提出了更高的要求。为了提高掘进效率和降低能耗，刀盘的设计还需考虑其与隧道掘进机的整体匹配性和操作的便捷性。为了具体说明岩石隧道掘进机刀盘设计的实践应用，以下将分析几个典型的实际工程案例。案例一：某地铁隧道项目。该项目位于城市中心区域，地质条件复杂，包括软土层、砂卵石层和硬岩层。为了适应这种复杂的地质条件，刀盘设计采用了模块化设计理念，可以根据不同的地质条件快速更换刀头。在硬岩层掘进时，刀盘采用了高硬度的合金刀头，以增强其耐磨性和破岩能力。在软土层掘进时，则更换为适用于软土的刀头，以提高掘进效率。案例二：某水电工程隧道。该工程位于山区，地质条件以硬岩为主，岩石硬度高，对刀盘的磨损严重。为了应对这一问题，刀盘设计采用了耐磨材料和热处理技术，增强了刀盘的耐磨性和抗冲击性。同时，刀盘的结构设计进行了优化，以减少在掘进过程中的振动和噪音，提高掘进过程的稳定性。通过对上述案例的分析，可以看出岩石隧道掘进机刀盘设计在实践应用中的效果显著。刀盘设计的灵活性和适应性显著提高了隧道掘进机在不同地质条件下的工作效率。刀盘的耐磨性和稳定性提高了设备的使用寿命，降低了维护成本。刀盘设计的优化不仅提高了掘进效率，也减少了能耗，符合现代工程建设对环保和节能的要求。总结而言，岩石隧道掘进机刀盘设计在实践应用中展现了其重要价值，为隧道工程建设提供了有力的技术支持。未来的研究和发展应继续关注刀盘设计的创新，以适应更加复杂多变的地质条件和工程需求。七、岩石隧道掘进机刀盘设计的未来发展趋势随着隧道工程的发展，岩石隧道掘进机（TBM）在硬岩隧道开挖中的应用越来越广泛。刀盘作为TBM的关键部件，其设计的优劣直接影响到整个掘进过程的效率和安全。对刀盘设计方法的研究具有重要的实际意义。本节将探讨岩石隧道掘进机刀盘设计的未来发展趋势。随着材料科学的发展，新型高性能材料不断涌现。未来刀盘设计将更多地采用高性能复合材料，如碳纤维增强复合材料、钛合金等，以提高刀盘的耐磨性、抗冲击性和整体性能。纳米材料的应用也可能为刀盘设计带来革命性的变化，例如利用纳米涂层提高刀具的耐磨性。未来的刀盘设计将更加注重结构优化，以提高刀盘的稳定性和耐用性。利用先进的计算方法和仿真技术，如有限元分析（FEA）和计算流体动力学（CFD），可以更准确地预测刀盘在实际工作条件下的应力分布和温度变化，从而优化刀盘的结构设计。模块化设计也将成为趋势，便于刀盘的维修和更换。随着物联网、大数据和人工智能技术的发展，刀盘的智能化和自动化将成为未来发展的重点。通过在刀盘上安装传感器，实时监测刀具的工作状态，如磨损、温度等，可以实现刀具的智能监控和预测性维护。利用机器学习算法优化刀盘的工作参数，如转速、推进速度等，可以进一步提高掘进效率。环保和可持续性是未来工程领域的重要议题。刀盘设计也将朝着更加环保和可持续的方向发展。例如，通过优化刀盘的设计，减少能源消耗和噪音排放使用可回收材料制造刀盘，减少对环境的影响采用更高效的岩石破碎技术，减少对岩石资源的浪费。未来刀盘设计将更加注重综合性能的提升，包括掘进效率、刀具寿命、操作安全性和经济性等。通过综合运用先进的设计理念、材料科学、制造工艺和智能技术，不断优化刀盘的设计，以满足日益复杂的隧道工程需求。岩石隧道掘进机刀盘设计的未来发展趋势将集中在高性能材料的应用、结构优化、智能化和自动化、环保可持续性以及综合性能的提升等方面。这些发展趋势将为岩石隧道掘进技术的发展提供重要支撑，推动隧道工程向更高效、安全、环保的方向发展。八、结论本研究对岩石隧道掘进机刀盘设计方法进行了深入探究，综合分析了现有设计方法的优缺点，并提出了改进和创新的思路。通过理论分析和实验验证，验证了新设计方法的可行性和有效性，为岩石隧道掘进机刀盘的设计提供了更为科学和合理的方法论。研究发现，新设计方法在提高刀盘掘进效率、降低能耗、增强刀盘耐磨性和延长使用寿命等方面具有显著优势。特别是在刀盘结构设计和切削参数优化方面，新设计方法能够更准确地预测刀盘性能，从而指导设计制造出更符合实际工程需求的刀盘。本研究还针对不同类型的岩石和掘进环境，提出了相应的刀盘设计策略和适应性优化方法。这些策略和方法不仅有助于提升刀盘在复杂环境下的适应能力，还能有效降低掘进过程中的安全风险。本研究提出的岩石隧道掘进机刀盘设计方法具有创新性、实用性和广泛的应用前景。未来，我们将继续深入研究和完善这一设计方法，以期在岩石隧道掘进领域取得更为显著的成果。同时，我们也期待与业界同仁共同努力，推动岩石隧道掘进技术的不断发展和进步。参考资料：本文主要探讨了硬岩隧道掘进机位姿调控及刀盘驱动技术的研究。我们介绍了硬岩隧道掘进机的基本概念和位姿调控的重要性。接着，我们详细阐述了位姿调控的原理和方法，包括位姿传感器的选择、位姿数据的获取和处理、位姿调控算法的设计等。我们介绍了刀盘驱动技术的研究现状和发展趋势，包括刀盘驱动系统的设计、刀盘驱动电机的选择、刀盘驱动控制策略的优化等。随着交通建设的快速发展，隧道工程逐渐成为国内外研究的热点领域。硬岩隧道掘进机作为一种高效、安全、环保的隧道施工设备，在国内外得到了广泛应用。硬岩隧道掘进机在施工过程中，位姿调控和刀盘驱动是两个关键的技术问题。本文将围绕这两个问题展开研究，为硬岩隧道掘进机的优化设计提供参考。硬岩隧道掘进机是一种利用旋转刀具对硬岩进行切割破碎的设备，具有高效、安全、环保等优点。在施工过程中，硬岩隧道掘进机需要保持一定的位姿，以确保施工质量和效率。位姿调控是硬岩隧道掘进机施工过程中的一个重要环节。位姿调控是指通过调整设备的姿态和位置，使其达到预定的工作状态。在硬岩隧道掘进机中，位姿调控主要包括刀盘的旋转速度、推进速度、刀具的安装角度等参数的调整。为了实现位姿调控，我们需要采用一些传感器来获取设备的位姿数据，并通过相应的算法对数据进行处理和分析，从而得到设备的实时位姿信息。根据这些信息，我们可以调整设备的姿态和位置，使其达到预定的施工效果。刀盘驱动技术是硬岩隧道掘进机的核心技术之一。它直接影响到设备的施工效率和施工质量。在刀盘驱动技术的研究中，我们需要关注以下几个方面：刀盘驱动系统的设计：刀盘驱动系统是实现刀盘旋转的关键部件。我们需要根据设备的实际需求和施工环境来设计合理的刀盘驱动系统。刀盘驱动电机的选择：电机是实现刀盘旋转的动力来源。我们需要选择合适的电机类型和规格，以确保刀盘的旋转速度和稳定性满足施工要求。刀盘驱动控制策略的优化：控制策略是实现刀盘旋转的关键技术之一。我们需要根据设备的实际情况和施工环境来设计合理的控制策略，以确保刀盘的旋转速度和稳定性满足施工要求。同时，我们还需要关注控制策略的节能性和环保性，以降低设备的能耗和施工成本。本文主要探讨了硬岩隧道掘进机位姿调控及刀盘驱动技术的研究。通过本文的研究，我们可以得出以下位姿调控是硬岩隧道掘进机施工过程中的一个重要环节。通过调整设备的姿态和位置，我们可以提高施工效率和施工质量。刀盘驱动技术是硬岩隧道掘进机的核心技术之一。我们需要关注刀盘驱动系统的设计、电机的选择以及控制策略的优化等方面，以确保设备的施工效率和施工质量。在未来的研究中，我们需要进一步探讨位姿调控和刀盘驱动技术的优化方法和策略，以提高硬岩隧道掘进机的施工效率和施工质量。同时，我们还需要关注设备的节能性和环保性等方面的问题，以降低设备的能耗和施工成本。岩石隧道掘进机是一种广泛应用于岩石隧道施工的重要设备，其性能和效率直接影响到隧道施工的进度和质量。刀盘是岩石隧道掘进机的关键部件之一，其设计方法的研究对于提高掘进机的整体性能具有重要意义。本文将围绕岩石隧道掘进机刀盘设计方法展开讨论，旨在为掘进机的优化设计和应用提供理论支持和实践指导。本文将分为以下几个部分，详细介绍岩石隧道掘进机刀盘设计方法的研究背景、意义、基本原理、设计流程、现有问题以及本文的解决方案。随着岩石隧道建设的不断发展，对掘进机的性能要求也越来越高。刀盘作为掘进机的核心部件，其设计质量和效率直接影响到掘进机的整体性能。研究刀盘设计方法对于提高掘进机的性能和施工效率具有重要意义。刀盘设计的基本原理是利用旋转切削机构对岩石进行破碎和挖掘。在设计过程中，需要考虑刀盘的形状、尺寸、切削参数、耐磨材料等方面，以提高掘进机的挖掘效率、减少磨损和节约能耗。(1)明确设计目标：根据施工需求，确定掘进机的整体性能要求，并细化到刀盘的设计目标。(2)方案设计：根据设计目标，制定多种设计方案，并对每种方案进行初步分析和评估。(3)详细设计：对优选方案进行详细设计，包括结构设计、材料选择、切削参数确定等。(4)仿真分析：利用仿真软件对设计好的刀盘进行模拟分析，以验证设计的可行性和优越性。(5)试验验证：对仿真分析优秀的刀盘进行实际试验，以验证设计的实际效果和可靠性。本文对岩石隧道掘进机刀盘设计方法进行了系统研究，提出了建立系统完善的刀盘设计方法的重要性。通过分析现有问题，本文提出了相应的解决方案，为掘进机刀盘的优化设计和应用提供了指导。未来研究方向应包括进一步完善刀盘设计方法，提高设计的自动化和智能化水平，以及开展更深入的仿真分析和试验验证等方面。结构：它是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。两类隧道掘进机：在我国，习惯上将用于软土地层的称为盾构，将用于岩石地层的称为TBM。隧道掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备。按掘进机在工作面上的切削过程，分为全断面掘进机和部分断面掘进机。按破碎岩石原理不同，又可分滚压式（盘形滚刀）掘进机和铣切式掘进机。中国产品多为滚压式全断面掘进机，适于中硬岩至硬岩。铣切式掘进机适用于煤层及软岩中。在推进油缸的轴向压力作用下，电动机驱动滚刀盘旋转，将岩石切压破碎，其周围有勺斗，随转动而卸到运输带上。硬岩不需支护，软岩支护时可喷射、浇灌混凝土或装配预制块。该机在岩性均匀、巷道超过一定长度时使用，经济合理。两类隧道掘进机：在我国，习惯上将用于软土地层的称为盾构，将用于岩石地层的称为TBM。隧道掘进机包含盾构和TBM。一般来说，在欧洲，盾构也称为TBM；但在日本和我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构，将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM。其实，TBM就是隧道掘进机的英文“TunnelBoringMachine”的缩写，但通常定义中的TBM是指全断面岩石隧道掘进机，是以岩石地层为掘进对象，它与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。21世纪是地下空间的世纪，随着国民经济的快速发展，我国城市化进程不断加快，今后相当长的时期内，国内的城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程将需要大量的隧道掘进机。隧道掘进机是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的隧道施工重大技术装备。在发达国家，使用隧道掘进机施工已占隧道总量的90%以上。由于隧道掘进机的制造工艺复杂，技术附加值高，目前国际上只有德国、美国、日本、法国、加拿大等少数几个国家的企业具有能力生产，且造价高昂。隧道掘进机在国内尚处于起步阶段，主要依赖进口，在国内的隧道建设中，德国和日本在中国的隧道掘进机市场占有率高达95%以上，处于绝对垄断地位。若不及早改变这一现状，就会在相当长的一段时间内，在地下工程建设中，面临高额施工成本和技术上受制于外企的尴尬境地。实施隧道掘进机产业化，既可打破外企在国内市场一统天下的局面，又能促进和带动相关的机电、液压、材料、传感器等产业的发展，增强装备制造业综合实力，提高我国重大装备在国际市场上的竞争力。大直径泥水盾构消化吸收与设计是以中铁隧道集团为主、由上海隧道股份、浙江大学等单位协助的国家“863”计划重大专项课题。目前已经完成《国内外大直径泥水盾构技术发展研究报告》；完成了泥水盾构开挖面稳定机理研究，掘进系统、主驱动系统、管片拼装系统、液压系统、控制系统和泥水输送系统技术剖析研究；以武汉38m泥水盾构为依托，完成了9m泥水盾构设计工作；完成了泥水盾构控制系统模拟试验台的设计和制造，模拟盾构的直径为5m，是具有自主知识产权的国内较大的实物模拟盾构试验平台。隧道掘进机是根据隧道施工对象“度身定做”的，不同于常规的大型设备，其核心技术不在于设备本身的机电工业设计，而在于设备如何适用于各类工程地质，需要在长期的从实践到理论，再从理论到实践的反复探索，才能形成一套针对不同地质条件的隧道掘进机设计理论、模拟试验方法和系统的经验数据，因此需要几十年以上的工程施工经验和对地质情况的理解。由于国内制造工厂的工业设计人员具备地质经验需要相当长的时间，在短期内不能完成隧道掘进机的总体设计。国内制造工厂独立制造方式至少在10年内不能制造出具有自主知识产权的盾构。隧道掘进机是根据隧道施工对象“度身定做”的，正如裁缝根据具体的人进行“量体裁衣”一样。隧道掘进机的制造特点是以工程为依托，根据施工环境（基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征）进行模块化设计和制造。隧道掘进机的特殊性决定了隧道掘进机产业链体系建立在以工程为依托，系统设计为核心，相关配件制造企业加盟生产，施工单位配合使用的基础上，其设计、制造必须与工程项目紧密结合。欧美模式在产业链上的主要特征是自主设计，自主组装，同时为用户提供技术服务，部件制造则采取全球采购或采取和相关重型制造企业结成战略联盟的形式。其产业价值链见图6，其核心是以系统设计为主。和欧美模式不同，日本企业都是制造企业，企业本身就有较强的大型机械设备制造能力，并把先进制造技术作为核心竞争力加以保护。日本模式在产业链上的主要特征是自主设计、自主采购、自主制造（关键部件自主制造，通用部件分包）、自主组装，并为客户提供技术服务。其产业价值链见图7，其核心是以制造业为主。按照中国的国情，隧道掘进机产业化应该走设计、制造、施工一体化道路，走施工企业产业化方式。施工企业实现隧道掘进机产业化的模式，既不同于欧美企业最初源于设计公司，也不同于日本企业源于重型制造工厂，施工企业隧道掘进机产业化以施工为核心，是一个边施工、边反馈、边制造、边提升的过程，其产业化模式是从产业价值链的末端向前延伸，见图8，其核心是以施工为主。施工企业实现隧道掘进机产业化的途径关键在于如何实现系统设计和生产制造能力，其重点是实现关键技术的自主能力，有效地利用国内、国外两种资源和两个市场，实现隧道掘进机最佳的技术经济性。产业化的前期采取“自主设计，国际采购，国内制造、国内总装”的产业化理念，走具有中国特色的“引进－消化－仿制－创新”的研发路线，通过不懈努力和技术攻关，研制出拥有核心技术和自主知识产权的隧道掘进机。系统设计可采取自主研发或技术并购的方式，生产制造可以在国内组建区域性产业化战略联盟，关键部件通过合作伙伴生产，或通过控股合作伙伴进行关键部件生产。“十一五”期间，在全国范围内形成2～3个隧道掘进机产业化基地，每个基地具备年产20台隧道掘进机的能力。全面提升我国隧道掘进机制造业的技术水平，土压盾构系列化、产业化研究成果达国际先进水平；泥水盾构、复合型盾构和TBM研究成果填补国内空白，使中国隧道掘进机的总体水平步入国际先进行列。完成土压平衡盾构的产业化、系列化，在“十一五”末期，在国内新增土压平衡盾构中，具有自主知识产权的国产土压平衡盾构的市场占有率达到30%。完成泥水盾构技术的消化吸收、系统集成设计、制造、安装和调试技术研究，并研制出样机，掌握泥水盾构的自主知识产权关键技术。完成地铁用复合盾构的系统集成设计、制造、安装和调试技术研究，并初步实现产业化，在“十一五”末期，在国内新增复合盾构中，具有自主知识产权的国产复合盾构的市场占有率达到20%。国务院国发8号《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》文件将“满足铁路、水利工程，城市轨道建设项目的需要，加快大断面岩石掘进机等大型施工机械的研制，尽快掌握关键设备制造技术”列入16项重大技术装备之一。加速发展我国隧道掘进机的研发及产业化势在必行。隧道掘进机产业化宜以施工企业为主，通过组建施工、设计、制造、科研四位一体的隧道掘进机产业化联盟，建立和完善产业化基地，实现隧道掘进机的自主开发和成套提供的总体目标，提高我国重大技术装备的国际竞争力。同时，国家应予以政策支持，确定隧道掘进机国家定点企业，定点企业享受关键配套件免征进口税优惠政策及其它国家重大技术装备开发优惠政策，将隧道掘进机的开发及产业化项目列为国债项目，给予定点企业技改贴息重点支持，以推动隧道掘进机的产业化。隧道掘进机是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的隧道施工重大技术装备。在发达国家，使用隧道掘进机施工已占隧道总量的90%以上。随着中国国民经济的快速发展，国内城市化进程不断加快，中国城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程将需要大量的隧道掘进机。由于隧道掘进机的制造工艺复杂，技术附加值高，国际上只有德国、美国、日本、法国、加拿大等少数几个国家的企业具有能力生产，且造价高昂。目前中国生产隧道掘进机的企业有北方重工、上海隧道股份有限公司、大连重工、二重等。总体来看，国产设备在设计能力上应无大问题，重要的是产品制造如何尽快提高能力与水平。国内机械制造业近年来与国外企业生产设备水平的差距在缩小，但工艺装备水平不高，相比之下成套设备的经验不足是严重的缺点。中国大约有85%的隧道掘进机依赖进口，欧洲和日本等公司的产品在中国的隧道掘进机市场上占主导地位。而在本土企业中，除隧道股份、北方重工外，仅有二重、上重、大重和首钢等企业，独立进行隧道掘进机的生产或与德国海瑞克、美国罗宾斯等外资合资、合作生产。“十二五”期间，全社会固定资产投资规模预计年增长率在20%左右。包括铁路、公路、交通、能源、城镇化建设及房地产业、第一产业投资等国家建设项目和地方建设项目仍然是主要投资方向。随着“十二五”期间，产业结构调整和增长方式转变以及战略性新兴产业的快速发展、西部大开发、振兴东北、中部崛起和建设新疆等国家战略的进一步实施，必将为隧道掘进机行业创造良好的宏观发展环境。同时，国际市场对隧道掘进机的需求量将持续增长，中国隧道掘进机行业通过不断推进产业化和技术创新，出口市场将迎来较好的前景。隧道掘进机的技术发展趋势，调查数据分析，主要表现在以下几个方面，(1)系列化、标准化。隧道掘进机设计和制造的周期缩短，设备的售后服务及维护更加方便。目前的设计制造周期一般为8-10个月。(2)基本性能提高，刀具负载能力、刀盘推力、转速与力矩、有效掘进比率、掘进速度瞢遗提高。(3)形式多样化。隧道掘进机的断面直径范围增大，能适应各种断面隧道掘进；椭圆形、矩形、马蹄形、双暖和三圆形等异形断面的掘进机也逐渐出现并发展。(5)施工技术提高。在村砌技术方面，现在的隧道掘进机管片衬砌存在接缝多、错台大等问题，虽然通过增加导向杆、连接销等辅助件在很大程度上限制了错台，但接缝问题很难从根本上得到解决。(6)自功化程度提高。目前人们已经能够在办公室控制掘进机操作，可以预测，未来的隧道掘进机在施工中真正能做到“运筹于帷幄之中，决胜于千里之外”，及无纸化操作。2022年9月4日，全球首台大坡度螺旋隧道掘进机在中国铁建重工集团长沙第二产业园下线。困难地层是指全断面岩石掘进机通过比较困难或对其施工速度有较大影响的地层。这样地层的具体出现形式是软弱地层、断层破碎带、岩爆、涌水、围岩变形、剥落与坍塌及古暗河道等，其对TBM施工的影响及应采取的一般措施见表2所示，注浆堵水措施见表1。如果隧道穿越的地质地层中，困难地层不可避免，且对TBM的施工有一定影响，则应考虑在TBM上增加一些辅助功能，以增加其通过这样地质地层的能力，见表3所示。在TBM施工的工程中，当遇到困难地层的程度较严重时，有时需借助钻爆法脱困。即：通过辅助方法开挖人行通道，以便操作人员能通过刀盘下面的通道进入掌子面，并对掌子向前方的岩石进行预处理。TBM在某隧洞的施工中遇到一个天然大溶洞，溶洞下宽上窄，与隧洞轴线交角约15度，横向宽约5～7m，纵向宽约13～15m，顶部比TBM机头高约30m，溶洞底部为松散大块石，能看到的部分比TBM基础低约5～8m。处理方案是：先对溶洞底部松散岩体进行回填封堵和灌浆，再用素混凝土回填至隧洞底以下5m，用钢筋混凝土做TBM通过的基础，甲时考虑到溶洞与隧洞轴线的交叉，TBM在一边无支撑、无法掘进的情况下，用素混凝土将浴洞回填至TBM以上5m，再用TBM掘进通过，见图1所示。TBM在一隧洞工程的施工中遇一溶洞横穿支洞洞线，沿洞线方向长20余米，高30余米；洞内堆积有夹石泥及泥砂质壤土，溶洞两端洞壁的上半部是泥加石混合物，下半部则是较完整的岩体。治理措施是：钢支撑加浇、喷混凝土构成联合支护，见图2所示。利用下半部岩体打入楔缝式锚杆作根基，用14号槽钢对焊成箱形梁固定在锚杆上作为支座，在此支座上焊接20号工字钢构成环向支撑，在环向支撑顶部焊接桁架并补喷混凝土。TBM在一隧道掘进施工中，通过区域性大断层极大范围的破碎带，拱顶发生严重坍塌，大块岩体将刀盘和护盾卡住而被迫停机。采用固结掌子面、超前灌浆、开挖上导洞对拱顶岩层进行加固、清理刀盘前方塌落岩石等措施进行整理。TBM在隧道（洞）工程施工中，具有快速、安全、经济和质量高的特点，但是这样特点的实现是与地质状况密不可分的。而对地质状况的完全充分掌握是不可能的，在TBM的工程施工中，遇到不良地质状况是必然的，通过对以往工程案