Η βασική δομή μιας μηχανής διάνοιξης σήραγγας (TBM) περιλαμβάνει: Ένα τμήμα εκσκαφής (κεφαλή κοπής, κύριος άξονας και μονάδα κίνησης). ένα τμήμα υποστήριξης αντίδρασης εκσκαφής (υποδήματα στήριξης). και ένα τμήμα προχωρημένων (προοδευτικές υποδοχές).
Κατά τη λειτουργία, επαναλαμβάνονται οι ακόλουθες ενέργειες: επεκτείνετε τα παπούτσια στήριξης για να στερεώσετε το σώμα του μηχανήματος στον τοίχο της σήραγγας. περιστρέψτε την κεφαλή κοπής και ενεργοποιήστε τις υποδοχές για να προχωρήσετε. μετά από ένα χτύπημα, τραβήξτε τα παπούτσια στήριξης, μετακινήστε τα προς τα εμπρός και επιστρέψτε στην αρχική θέση.
Δομή κεφαλής κοπής: Σφαιρικές κεφαλές κοπής και επίπεδες κεφαλές κοπής: Οι κόφτες κοπής τοποθετούνται κατά διαστήματα στο μπροστινό μέρος της κεφαλής κοπής. Γενικά, υπάρχουν κεντρικοί κόφτες κοπής, μπροστινοί κόφτες κοπής (κόφτες κοπής προσώπου εκσκαφής) και πλευρικοί κόφτες κοπής. Η απόσταση των κοπτικών κοπής εξαρτάται από την ικανότητα φόρτωσης των κοπτικών κοπής, την αντοχή του βράχου και την στοχευόμενη ημερήσια πρόοδο της σήραγγας. Στην εξωτερική περίμετρο, για να μην πετάξουν τα σώματα κοπής από τις κεφαλές κοπής, είναι τοποθετημένα σε μια συγκεκριμένη γωνία και η διατομή κοπής-της κεφαλής κοπής έχει σχήμα τόξου-. Αυτή είναι η έννοια του «σφαιρικού». Σε αυτή την περίπτωση, τα πλευρικά κοπτικά χρησιμοποιούνται με τον ίδιο τρόπο όπως τα μπροστινά κοπτικά.
Για να αποφύγετε την εγκατάσταση ειδικών κοπτικών άκρων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίπεδες κοπτήρες. Οι πρόσφατες τάσεις δίνουν έμφαση στην εναλλαξιμότητα των κοπτικών, οδηγώντας στην αυξημένη χρήση σφαιρικών κοπτικών.
Περιφερικά υποστηριζόμενες και κεφαλές κοπής τύπου κεντρικής ατράκτου: Οι περιφερειακά υποστηριζόμενες κεφαλές κοπής αποτελούνται από ένα κυλινδρικό σώμα και ένα κύριο πλαίσιο. Χρησιμοποιούν ρουλεμάν μεγάλης-διαμέτρου και διαθέτουν μεγάλη-ανοιγόμενη περιφερειακή δομή στήριξης στο πίσω μέρος. Ο εκσκαμμένος βράχος ανυψώνεται από τα κενά στην εξωτερική περιφέρεια της κεφαλής κοπής, χρησιμοποιώντας το κύριο πλαίσιο ως χοάνη, και μεταφέρεται στη συσκευή εκσκαφής. Αυτό το σχέδιο κεφαλής κοπής είναι παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται σε μηχανές διάνοιξης σήραγγας (TBM) για μαλακό βράχο. Είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό σε πτυσσόμενες γεωλογικές συνθήκες. Η προεξοχή του κόφτη μπορεί να είναι σχετικά μικρή και οι κοπτήρες μπορούν να αντικατασταθούν εσωτερικά. Οι κεφαλές κοπής τύπου κεντρικής ατράκτου είναι κατασκευές κυκλικής πλάκας με κεντρικό άξονα που υποστηρίζεται από ρουλεμάν μικρής-διαμέτρου. Η κεφαλή κοπής είναι τοποθετημένη σε κυκλική πλάκα. Η λάσπη συλλέγεται από ξύστρες που βρίσκονται στην εξωτερική περιφέρεια της κεφαλής κοπής και στη συνέχεια τροφοδοτείται στη συσκευή απόρριψης απορριμμάτων από πάνω μέσω χοανών στην εξωτερική περιφέρεια.
Η κεφαλή κοπής είναι τοποθετημένη σε μια σέλα στο μπροστινό μέρος της πλάκας. Επειδή δεν περιορίζεται από έναν κύριο άξονα, η διαμόρφωσή του είναι σχετικά ευέλικτη. Αυτή η δομή χρησιμοποιείται συνήθως σε TBM ανοιχτού-τύπου. Ωστόσο, το άνοιγμα εκκένωσης λάσπης είναι περιορισμένο, επομένως, ανάλογα με τις γεωλογικές συνθήκες, μπορεί να μην είναι αποτελεσματικό για τη διάθεση των απορριμμάτων. Η κεφαλή κοπής κινείται από έναν κινητήρα μετάδοσης κίνησης που βρίσκεται στο πίσω μέρος του TBM, χρησιμοποιώντας τον κύριο άξονα της κεφαλής κοπής ως άξονα μετάδοσης κίνησης.
Η διαμόρφωση του παπουτσιού στήριξης χρησιμεύει ως δύναμη αντίδρασης κατά την πρόωση. αυτή η δύναμη αντίδρασης είναι η δύναμη πρόωσης και η ροπή της κεφαλής κοπής. Για να αντισταθεί πλήρως αυτή η δύναμη αντίδρασης και να αποφευχθεί η καταστροφή των τοιχωμάτων της σήραγγας, θα πρέπει να γίνει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο ώστε να μειωθεί η πίεση γείωσης. Συνήθως, η πίεση γείωσης είναι 3–5 MPa. Τα υποδήματα στήριξης για το σκοπό αυτό ονομάζονται κύρια παπούτσια στήριξης. Υπάρχουν επίσης διάφορα υποδήματα στήριξης για σκοπούς όπως έλεγχος κραδασμών και έλεγχος κατεύθυνσης.
Παπούτσια στήριξης τύπου ασπίδας-τύπου TBM: Στα παπούτσια τύπου ασπίδας-ΤΒΜ, υπάρχουν παπούτσια κύριας στήριξης (ουρά) και παπούτσια στήριξης προσώπου (μπροστά) που χρησιμοποιούνται για την αντίδραση πρόωσης. Τα κύρια υποδήματα στήριξης είναι γενικά τοποθετημένα σε ζευγάρια οριζόντια αριστερά και δεξιά, αλλά σε θήκες μεγάλης-διαμέτρου, μερικές φορές 4 έως 5 τοποθετούνται περιμετρικά.
Παπούτσια υποστήριξης ανοιχτού-τύπου TBM: Υπάρχουν δύο τύποι: παπούτσι μονής στήριξης και παπούτσι διπλής στήριξης. Ο τύπος παπουτσιού μονής στήριξης έχει ένα ζευγάρι παπούτσια στήριξης στην αριστερή και δεξιά πλευρά της κύριας δοκού. Αυτό μπορεί να φιλοξενήσει αλλαγές στον προσανατολισμό της κύριας δέσμης κατά την πρόωση.
Ο τύπος παπουτσιού διπλής στήριξης έχει ένα ζευγάρι παπούτσια στήριξης μπροστά και ένα ζευγάρι πίσω. Τα μπροστινά παπούτσια στήριξης μπορούν να έχουν 4 (σχήμα -Χ), 2 ή 3 (σχήμα-Τ).
Η διόρθωση κατεύθυνσης εκτελείται πριν από την τοποθέτηση των παπουτσιών στήριξης σε οποιονδήποτε τύπο, αλλά στον τύπο παπουτσιού μονής στήριξης, η κατεύθυνση μπορεί να αλλάξει κατά τη διάρκεια της εκσκαφής.
Ο τύπος παπουτσιού διπλής στήριξης δεν μπορεί να αλλάξει κατεύθυνση κατά τη διάρκεια της εκσκαφής, αλλά επηρεάζεται λιγότερο από τις γεωλογικές αλλαγές και έχει καλή απόδοση σε ευθεία-γραμμή.