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取土代替切削，隧道提取机（TEM）概念能否为隧道施工技术带来革命性突破
运作方式
隧道提取机（tunnel extraction machine, TEM）的刀盘系统由2类切割组件构成。1）环形刀盘： 沿隧道断面外周旋转切割，形成薄环形槽缝，确定开挖轮廓。2）中央滚刀切割系统： 在环形刀盘的内部空腔中布置4组类似于矿山钻挖机上的滚刀，滚刀安装在十字交叉的可旋转中央刀架上，向前推进的过程中在土体内部挖出2条呈“十字交叉”的纵向深槽，将断面内的土体分割成若干扇形块体。
随着TEM向前推进，被纵向深槽分隔但尚未碎裂的完整岩块会呈近似扇形，进入位于TEM后方的胶囊舱中。待胶囊舱填满后，中央滚刀切割系统会绕TEM中轴旋转约90°，完成横向切割，将土体从开挖面彻底分离。此时，胶囊舱内封存着大体积的完整扇型土体，随后通过运输设备运出隧道。这一过程中，仅15%的断面真正切割破碎（即环形槽缝与纵向槽缝所占面积），其余85%隧道体积内的岩体以接近原始状态被整体运走。环形刀盘和中央滚刀切割系统产生的少量碎渣则通过螺旋机排出，进入独立渣土箱，再运至隧道外进行处置，与传统TBM一致。
胶囊舱设计是TEM出土处理的关键。单个胶囊舱在可旋转中央刀架的驱动下可以绕中轴旋转360°，确保将待抽取出土的胶囊始终位于TEM底部，便于牵引设备将其拖出。胶囊舱侧壁设有连接件，并预留吊装孔，便于地面卸料；在胶囊开口端可配置前端盖，防止土体在运输途中脱落。
TEM的推进系统与传统掘进设备类似，可采用撑靴式（硬岩地层）或管片反力式（软土地层），通过在前盾、中盾和后盾之间设置类似传统掘进设备铰接装置，可以实现TEM转弯。
未来潜力
1）搭配非接触开挖技术。未来，如果使用更先进的非接触式开挖方式——如等离子焰炬、微波、高压水射流，那么TEM的效率将进一步提升，其环形槽缝与纵向槽缝宽带可进一步压缩，完整提取率有望提升至85%以上，并适用于极端硬岩地层；同时，TEM的特点还解决了等离子焰炬这类开挖方式在进行全断面开挖时耗时耗能过高的问题。
在该设想中，等离子焰炬将部署在一种滑动导轨上，外部的环形刀盘固定不旋转，部署在中央刀架上的滑动导轨具备旋转90°的能力，通过调整等离子焰炬的角度，实现一组等离子焰炬同时完成纵向与横向切割。此外，TEM的断面形式并不局限于圆形，通过TEM与等离子炬的组合同样可以实现矩形、马蹄形等非圆截面，拓展了设备在城市综合管廊、矿山巷道等多样化场景中的应用潜力。
2）渣土利用。在硬岩环境中，TEM能完整提取出大块岩石，可直接用于道路路基、海港防波堤护面块石、景观挡墙等。TEM的挖掘模式对于需要提取完整、无损大型岩块的大理石矿契合度极高，有望将原本的掘进弃渣转化为高附加值产品，从根本上改变隧道/矿山掘进的经济性。
目前，TEM仍属于专利阶段的概念设计，虽然其通过最小切削量实现最大掘进效率的设计概念非常吸引人，但如何控制出土完整性、大块出土的运输问题、支护系统问题以及复杂机械系统的稳定性等都有待观察和解决。
（摘自 隧道网微信公众平台 2026-06-24）
发布日期： 2026-07-31 浏览：
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