雷火体育入口,电竞牛,电竞平台

來源：互聯網

盾構隧道掘進機，簡稱盾構機或盾構( Shield Machine)，是一種使用盾構法的隧道掘進機，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、導向糾偏等功能。盾構機根據工作原理一般分為手掘式盾構，擠壓式盾構，半機械式盾構（局部氣壓、全局氣壓），機械式盾構（開胸式切削盾構，氣壓式盾構，泥水加壓盾構，土壓平衡盾構，混合型盾構，異型盾構）。盾構機的選型原則是因地制宜，盡量提高機械化程度，減少對環境的影響，并包括適用性、先進性和經濟合理性。盾構機由殼體、掘削刀盤、刀具、推進機構、擋土機構、攪拌機構、排土機構、管片拼裝機構等組成，其在進行隧道施工時具有不受氣候影響、自動化程度高、經濟性好等特點，已廣泛用于地鐵、公路等隧道工程。

歷史沿革

1818年，法國工程師馬克·布魯內爾（Marc 布魯內爾大學）從船蛆在木頭中鉆洞，并從體內排出粘液加固洞穴的現象得到啟發，開始研究用盾構法建設隧道，并在英國取得了專利。1825年，布魯內爾在倫敦泰晤士河下方修建了世界第一條盾構機法隧道；1843年，泰晤士河隧道向公眾開放，它是世界上第一條在通航河流下成功建造的隧道，初步證明了盾構機在隧道施工中的價值。此后，盾構概念不斷進化，發展成如今常見的圓柱形盾構機。

1874年，英國工程師格雷蒙特（James Henry Greathead）在倫敦地鐵南線的隧道建設中，首次采用了壓縮空氣盾構法工藝，解決了承壓水地層中盾構機掘進的問題，并提出了在盾尾后的襯砌外圍的環形空隙中的注漿的施工方法，奠定了現代盾構機施工的基礎。

從19世紀末到20世紀中葉的60多年時間里，盾構機相繼傳入美國、法國、德國、日本、蘇聯等國家，并得到了不同程度的發展。20世紀70年代，針對松軟含水地層中由于盾構機施工引起的地表沉陷問題，日本獨創性地研制出土壓式平衡式盾構機，德國也研制出由膨潤土懸浮液支撐開挖面的泥水式平衡盾構機，使盾構機技術的發展有了質的飛躍。

之后，以多樣化、自動化、混合式為特色的盾構機逐步出現，盾構機相關技術得到了迅猛發展，已成功應用于地鐵、公路、鐵路、市政、水電等隧道工程的建設。

2020年，中科院啟動了“高端軸承自主可控制造”戰略性先導科技專項，金屬研究所、蘭州化學物理研究所等7家院內單位組成建制化團隊，聯合中交天和、洛陽新強聯等20余家單位進行協同攻關，先后解決了12項核心關鍵技術問題，開發出直徑3米級到8米級的盾構機主軸承共10套。2022年，中國首套盾構機用超大直徑主軸承研制成功，該主軸承直徑8米、重達41噸，是中國制造的直徑最大、單重最大的盾構機用主軸承，將安裝在直徑16米級的超大型盾構機上，用于隧道工程挖掘，標志著中國已掌握盾構機主軸承的自主設計、材料制備、精密加工、安裝調試和檢測評價等集成技術。

2025年4月16日，中國自主研制的超大直徑盾構機在鄭州下線。它將應用于澳大利亞西部港灣項目建設，再度刷新中國出口海外盾構機開挖直徑紀錄。9月30日，全球首臺原位可變徑盾構機“變徑一號”在中鐵華隧聯合重型裝備公司下線，這是中國軌道交通建設領域的一項重大突破，為中國高端裝備制造再添“大國重器”。該設備由廣州市地下鐵道總公司牽頭，中國中鐵裝備集團等單位參與的“十四五”國家重點研發計劃“城市軌道交通可變徑盾構站隧一體化綠色建造關鍵技術與裝備”項目團隊自主研制。截至2025年12月，中鐵工業的盾構機已經出口到海外34個國家和地區。20多年前的1臺盾構機價格7億元，中鐵工業成功將盾構機的價格打到了原來的三分之一到四分之一。

基本功能原理

切削土體

土體由旋轉刀盤的刀具切割下來，然后通過刀盤開口擠入土室內，與土倉內已有的粘性土漿混合。推進油缸的壓力通過室壁傳給土室內的土體，從而保證開挖面的的穩定。當土室內的土體不能再被土壓力和水壓力壓緊時，就達到了土壓平衡。這時，開挖面的土壓約等于土室中土體的壓力。當土室中土體的壓力增加至超過平衡時的土壓時，土室中的土體就會壓緊開挖面的土體，并導致盾構機前方的地面隆起；當土室中土體的壓力小于平衡時的土壓時，通常會引起地面的下沉。

輸送土渣

盾構機在切削土體掘進向前的同時，需要將挖下來的土及時輸送出去。在土壓平衡盾構機中，螺旋輸送機從承壓隔板的開孔處伸入土室進行排土，盾構機的挖掘推進速度和螺旋輸送機的單位時間的排土量依靠壓力控制系統保持協調，使土室內始終充滿泥土，且土壓與開挖面的土壓保持平衡。在泥水式盾構機中，開挖的土料在土室中與支護液混合形成泥漿，支撐保護開挖面的泥漿同時又作為運送渣土的介質，泥漿被泵輸送到地面后，通過處理設備將泥漿離析為土料與泥水，分離后的泥水經質量調整，可重新輸送到土室，土料同時排出。

拼裝隧道襯砌

在掘進過程中要安裝的管片由管片運輸機車運抵，放置在管片輸送車上。隨著盾構機向前行進，已安裝好的前一環管片的外表面與圍巖之間形成間隙，因此要同步注入砂漿進行填充以防止地面沉降。完成掘進循環后，盾構機的一部分推進油缸回縮，為第一片管片留出足夠的空間；其余的推進油缸和已經安裝好的管片仍保持接觸，以防止盾構機由于土壓而后退。

導向糾偏

由于底層土質不均勻、盾構機內機械設備工作時的阻力不一致、盾構機施工的動態變化等因素的影響，盾構機在地層推進過程中會出現偏向。盾構機的糾偏操作主要是使盾構機運動軌跡始終在設計軸線容許的偏差范圍內，以保證隧道襯砌拼裝在理想的位置上。可以通過調整千斤頂編組、調整開挖面阻力，即人為改變阻力的合力作用點位置等方式，形成糾偏力偶，控制盾構機軸線。

分類

全敞開式

手掘式盾構機

手掘式盾構機的正面是敞開的，通常設置防止開挖面塌的活動前檐及上承千斤頂、工作面千斤頂及防止開挖面坍塌的擋土千斤頂。開挖采用鐵鍬、鎬、碎石機等開挖工具人工進行。手掘式盾構機適應的土質是自穩性強的洪積層壓實的砂、砂礫、固結粉砂和黏土。對于開挖面不能自穩的沖積層軟弱砂層、粉砂和黏土，施工時必須采取穩定開挖面的輔助施工法，如壓氣施工法、降低地下水位、改良地層等。目前手掘式盾構機一般用于開挖斷面有障礙物、巨礫石等特殊場合，而且應用逐年減少。

半機械式盾構機

為防止開挖面頂面坍塌，半機械式盾構機內裝備了活動前檐和半月形千斤頂。由于安裝了挖掘機，再設置工作面千斤頂等支擋設備是較困難的。半機械式盾構機進行開挖及裝運石渣都采用專用機械，配備液壓鏟土機、臂式刀盤等挖掘機械和皮帶運輸機等出渣機械，或配備具有開挖與出渣雙重功能的機械，以圖省力。半機械式盾構機適應土質以洪積層的砂、砂礫、固結粉砂和黏土為主。也可用于軟弱沖積層，但需同時采用壓氣施工法，或采取降低地下水位、改良地層等輔助措施。

機械式盾構機

機械式盾構機前面裝備有旋轉式刀盤，增大了盾構機的挖掘能力。開挖的土砂通過旋轉鏟斗和斜槽裝入皮帶輸送機。由于開挖和排土能夠連續進行，所需的工作人員減少，工作效率也得到了提升。在開挖自穩性較好的圍巖時，機械式盾構機適應的土質與手掘式盾構機、半機械式盾構機一樣，適用于洪積層。若應用于沖積層，則須采用壓氣施工法，或采用降低地下水位、改良地層等輔助措施。

半敞開式

半敞開式盾構機的主要類型是擠壓式盾構機，又稱為網格盾構機。擠壓式盾構機是在開挖面的稍后方設置隔墻，在隔墻上設有孔口面積可調的排土口，盾構機正面貫入圍巖向前推進，使貫入部位土砂流動，由孔口部位絞出，進行排土。擠壓式盾構機的刀盤設計成網格狀，同時配上可調的出土裝置。施工時盾構機由后方油壓千斤頂推進正面貫入圍巖，使貫入部位土砂流動，由網格的開口處進入機器內部，進行排土。開挖面的穩定是靠調節開口大小，使千斤頂推力和開挖面土壓力達到平衡來實現的。擠壓式盾構機適用于自穩性很差、流動性很大的軟黏土和粉砂質圍巖，而不適用于含砂率高的圍巖和硬質地層。若液性指數過高，則流動性過大，也不能獲得穩定的開挖面。

密閉式

泥水式盾構機

泥水式盾構在機械式盾構機的前部設置隔墻，裝備刀盤面板、輸送泥漿的送排泥管和推進盾構機的盾構千斤頂，在地面上還配有分離排出泥漿的泥漿處理設備。開挖面的穩定是通過將泥漿送入泥水室內，在開挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過該泥膜保持水壓力，以對抗作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過處理設備離析為土粒和泥水，分離后的泥水進行質量調整，再輸送到開挖面。由于不能用目視直接檢查開挖面圍巖狀態，所以采用一系列掘進管理系統進行集中管理。一般泥漿處理設備設在地面，相比于其它施工方法需要更大的用地面積，這是泥水式盾構機在城市區應用的不利因素。泥水式盾構機適用的地質范圍很大，從軟弱砂質土層到砂礫層都可以使用。

土壓式盾構機

土壓式盾構機把土料作為穩定開挖面的介質，必要時添加泡沫等對土壤進行改良，刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室，土壓式盾構機推進時，其前端刀盤旋轉開挖使土料增加，當土料充滿土倉時，由于盾構機的推進作用，土料將對開挖面加壓，當該加壓壓力與開挖地層的水壓、土壓之和相等時，開挖面達到穩定狀態。為了維持這種穩定的狀態，多出的土料需由螺旋輸料器旋轉運出，泥土室內土壓可由刀盤旋轉開挖速度，以及螺旋輸出料器的出土量（即通過調節其旋轉速度）進行調節。土壓平衡式盾構適用于含水量和粒度組成比較適中的粉土、黏土、砂質粉土、砂質黏土、夾砂粉黏土等土質，土砂可以直接從掘削面流入土艙及螺旋輸送機。但對含砂粒量過多的不具備流動性的土質，不宜選用。

可變徑盾構機

2025年9月30日，全球首臺原位可變徑盾構機“變徑一號”在中鐵華隧聯合重型裝備公司下線，這是中國軌道交通建設領域的一項重大突破，為中國高端裝備制造再添“大國重器”。該設備由廣州市地下鐵道總公司牽頭，中國中鐵裝備集團等單位參與的“十四五”國家重點研發計劃“城市軌道交通可變徑盾構站隧一體化綠色建造關鍵技術與裝備”項目團隊自主研制。據項目負責人廣州地鐵集團黨委書記、董事長劉智成介紹，可變徑盾構機作為全新的施工裝備，實現了區間隧道、車站隧道的一體化建造，解決傳統工法中帶來的地面開挖、施工間斷和場地占用問題，尤其適合建筑物密集、交通繁忙、征拆困難的城市核心區建設，實現“小創面、低影響、微干擾”的綠色建造。城市軌道交通車站建設通常以明挖、暗挖工法為主，區間隧道需獨立建造，這種分離式施工過程環境擾動大、資源集約程度低、施工周期較長。全球首臺原位可變徑盾構機“變徑一號”，突破了盾構機“一生一徑”的固有模式，一舉攻克了軌道交通區間隧道、車站隧道一體化建造的世界難題，為全球地下空間開拓提供了全新的“中國方案”。“變徑一號”盾構機能夠自由調節盾構機直徑，創新性實現“一站兩隧、連續成型”施工，相較于普通盾構機，可實現原位變徑、連續變徑和大尺寸變徑等功能，各項技術均屬國際首創。

結構組成

殼體

切口環

切口環部分位于盾構機的最前端，其前端設有刃口。在施工時切口環切入地層并掩護開挖作業，其刃口可以減少切土阻力對地層的擾動。切口環的長度主要取決于支撐形式、開挖方法、挖土機具和人員活動空間等，大部分手掘式盾構切口環的頂部比底部長，猶如帽檐，以增加掩護長度。機械式盾構機的切口環中，設置有各種挖土設備。在泥水式盾構機和土壓式盾構機中，由于切口環部分的壓力高于常壓，故在切口環與支承環之間需用密閉隔板隔開。

支承環

支承環緊接于切口環后，位于盾構機的中部，是一個剛性較好的圓環結構。支承環為基本的承載結構，所有地層土壓力、千斤頂的頂力、切口、盾尾、襯砌拼裝時傳來的施工荷載均由支承環承擔。支承環的外沿要布置盾構推進千斤頂。大型盾構機的所有液壓、動力設備、操縱控制系統、襯砌拼裝機具等均設在支承環位置。中、小型盾構則可把部分設備移到盾構后部的車架上。正面局部加壓盾構，當切口環內壓力高于常壓時，支承環內要設置人工加壓與減壓閘室。

盾尾

盾尾一般由盾構外殼鋼板延長構成，主要用于掩護隧道襯砌的安裝工作。盾尾末端設有密封裝置，以防止水、土及注漿材料從盾尾與襯砌之間進入盾構內。盾尾密封裝置損壞時，還要在盾尾部分進行更換。因此，盾尾長度要滿足以上各項工作的進行。盾尾厚度從結構上考慮應盡可能減薄，但盾尾除承受地層土壓力外，遇到隧道糾偏及彎道施工時，還有一些難以估計的施工荷載，受力情況復雜，所以其厚度應綜合多種因素來確定。

掘削刀盤

面板式刀盤

面板式刀盤一般為焊接箱形結構，由輻條、刀具、槽口及面板組成。通過面板式刀盤直接支撐開挖面，可以防止開挖面過度坍塌，有利于開挖面穩定，并可以通過控制槽口的開度來調節土砂排出量和掘進進度。其缺點是開口率較小，掘削黏土層時，易發生黏土黏附面板表面，妨礙刀盤旋轉，進而影響掘削質量，且刀盤負荷大，已磨損。

輻條式刀盤

輻條型刀盤由輻條及布置在輻條上的刀具構成。其優點是設備造價低，扭矩阻力小，開口率大，提高了排出土體的量和顆粒大小，并將土艙內的土壓力有效地傳遞給開挖面，適用于淤泥質地層、砂層及粒徑不大的砂卵石地層。其缺點是對于地下水壓大、易坍塌的土質而言，易噴水、噴泥，且不能限制大粒徑的卵石進入土室，對開挖面的支護效果較差。

輻板式刀盤

輻板式刀盤由較寬的輻條和小塊輻板組成，切刀和滾刀分別布置在寬輻條的兩側和內部。輻板型刀盤兼有面板型和輻條型刀盤的特點，其輻板結構可以保證在掘進時對前方土體有較好的支護能力，同時又能保證足夠的開口使渣土流入，兼顧安全性和效率。

刀具

切削類刀具

切削類刀具的組成部件主要有刀體和刀頭。切削類刀具主要用于巖土的開挖面，在刀盤推力下，產生沿刀盤軸向的切削力，刀具隨刀盤旋轉時，產生沿刀盤切向的切削力，在巖土上形成梨溝。如果切削的巖土硬度不大的話，巖土會在刀具的作用下變成渣土脫落；在巖土硬度較大時，刀具在巖土上造成裂紋，在重復的切削下，裂紋貫通，會像巖石切削一樣脫落。

滾動類刀具

滾動類刀具由刀圈、刀體、刀軸、浮動密封和端蓋組成。開挖地層為硬巖時，采用滾動類刀具。安裝在盾構機刀盤上的滾動類刀具，在刀盤推力下壓到巖石上，同時刀具繞自身軸線自裝和隨刀盤公轉，巖石被壓崩脫落火災巖石內部形成裂紋，相鄰刀具產生的裂紋貫通時，大塊巖石將會脫落。

推進機構

盾構的推進機構安裝在支承環內，主要由沿著支承環內側周向按照一定方式布置的液壓千斤頂組成，液壓千斤頂前端與盾殼接，后部活塞桿端裝有撐靴。在推進過程中，千斤頂活塞桿伸出，撐靴頂在后部已拼裝好的一環管片上，這樣就形成了盾構向前推進的力。同時推進系統還承擔著盾構曲線施工的重要作用，由于推進千斤頂可以進行獨立控制，因此可以只設置部分千斤頂推進，從而實現了盾構往多個方向偏轉。

擋土機構

擋土機構的作用主要是防止掘削時開挖面地層的坍塌和變形，確保開挖面穩定。對于全敞開式盾構機而言，其主要的擋土機構是擋土千斤頂；對于半敞開式網格盾構機而言，其擋土機構是網格狀面板；對于泥水式盾構機而言，其擋土機構是泥水艙內的加壓泥水和刀盤面板；對于土壓式盾構機而言，其擋土機構是土艙內的掘削加壓土和刀盤面板。

攪拌機構

攪拌機構屬于專用機構，主要是針對泥水式盾構機和土壓式盾構機而言。在土壓式盾構機中，攪拌機構作用是攪拌注入添加劑后的艙內掘削土砂，提高其流塑性，防止堆積黏固，提高排土效果。而對于泥水式盾構機，攪拌機構的作用是使掘削土砂在泥水中混合均勻，以利于排泥泵將混有掘削土砂的泥漿排出。

排土機構

根據盾構機類型的不同，排土機構也有區別。在全敞開式或半敞開式機械盾構機中，排土系統一般由鏟斗、滑動導槽、漏土斗、帶式輸送機等構成。在泥水式盾構機中，排土機構由泥水循環系統實現。新鮮的泥水在泥水泵的作用下經進泥管進入泥水艙后，和刀盤掘削下來的渣土充分混合，然后由排泥管排出至地表的泥水處理系統，富含掘削渣土的泥水經過多級渣土分離和泥水處理后，重新開始新一輪循環。在土壓盾構機中，排土機構由螺旋輸送機、排土控制器及盾構機以外的泥土運出設備構成。螺旋輸送機的功能是把土艙內的掘削土運出，經排土控制器送給盾構機外的泥土運出設備。螺旋輸送機分為帶式和軸式兩種：對于高水壓和砂土，一般選用軸式，保持壓力效果較好；帶式多用于礫石層，可以較方便地排出大礫石，且因為中心開口較大，保持壓力效果不佳，故常在出口處設置滑動閘門等止水裝置。

管片拼裝機構

管片拼裝機構設置在盾構機的尾部，由管片拼裝機械手和真圓保持器構成。管片拼裝機械手是在盾尾內把管片按照所定形狀安全、迅速地拼裝成環的裝置，包括搬運管片的鉗夾系統和上舉、旋轉、拼裝系統。當盾構機向前掘進時管片拼裝環就從盾尾脫出。由于管片接頭縫隙、自重力和土壓的作用原因，管片環會產生橫向變形，使橫斷面成為橢圓形，使得前面裝好的管片環和現拼的管片環在連接時會出現高低不平（錯臺）的情況，給安裝縱向螺栓帶來困難，因此為了避免管片環的高低不平，需要采用真圓保持器。

應用特點

優點

在盾構機支護下進行地下工程施工，不受地面交通、河道、航運、氣候條件等因素的影響，能較經濟合理地保證隧道安全施工。

盾構機的掘進、出土、襯砌拼裝等可實現自動化、智能化和施工遠程控制信息化，掘進速度較快，施工勞動強度較低。

國際上，廣義盾構機適用地層范圍大，從軟土、砂卵石、軟巖到巖層均可使用，區別于敞開式（非盾構法）隧道掘進機。

盾構機地表占地面積小，挖土、出土量少，有利于減少成本。

缺點

盾構機造價較昂貴，隧道的襯砌、運輸、拼裝、機械安裝等工藝較復雜，且在施工時需要設備制造、施工測量、場地布置等施工技術的配合，工程協調復雜。

盾構機要求的施工條件較高。隧道曲線半徑過小或隧道埋深較小時，施工難度較大；隧道覆土較淺時，開挖面難以穩定，盾構機施工的安全性也難以保證。

應用實例

地鐵隧道施工

福州2號線厚庭站至橘園洲站區間總長2.827km，站間距為2號線最長，其中過江段長度約為1700m，掘進橫穿的烏龍江為強透水地層，存在大粒徑卵石，穿越難度巨大淤泥質土、密實卵石層地質條件，針對這些情況研制的直徑為6480mm泥水氣壓平衡式盾構機，采用大開口率刀盤設計及先行刀具布置、泥水控制系統（氣泡倉控制技術、可逆洗的泥水循環技術、泥水分流器設計技術)、破碎機設計、三通球閥式接管設計等技術。盾構機在該區間施工未曾出現刀盤結泥餅、出現盾構下沉、結泥餅、噴涌、塌方、頻繁換刀、掘進困難等問題，并實現2660m連續掘進未換刀的記錄。

道路隧道施工

日本東京灣公路全長15.1千米，由海上部分（包含9.1千米的海底盾構隧道、4.4千米的海上橋梁）及引道三部分構成。該海底隧道斷面規模較大，且施工位置位于東京灣海底地層（海平面以下約60米），工程條件較為嚴苛。其建造過程中，采用8臺直徑14.14米的超大型泥水平衡式盾構機在海底地層中掘進貫通。施工特征主要表現為大直徑、高水壓環境下的作業需求，需在海底軟弱地基中進行長距離掘進并完成管片自動化拼裝。盾構隧道技術在跨江跨海公路隧道中應用廣泛，例如作為世界最長公路水下盾構隧道的海太長江隧道（采用“江海號”超大直徑盾構機施工），是雙向六車道高速公路穿江通道；蘇通GIL綜合管廊長江隧道則用于特高壓輸變電工程越江。此類案例體現了盾構技術在水下大直徑隧道工程中的適應性和應用效率。