盾構機始於英國，發展於日本、德國, 問世至今已有近180年曆史。盾構掘進機已廣泛用於地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

盾構機，全名叫盾構隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械。

現代盾構掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術於一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，可靠性要求極高。

近30年來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構機中的關鍵技術，如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩定、控制地表隆起及塌陷在規定範圍之內，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，使盾構機有了很快的發展。

盾構機尤其是土壓平衡式和泥水式盾構機，在日本由於經濟的快速發展及實際工程的需要發展很快。

德國的盾構機技術也有獨到之處，尤其是在地下施工過程中，保證密封的前提以及高達0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的刀具，從而提高盾構機的一次掘進長度。價格：德國進口的盾構機大概需要人民幣5000萬元。德國還開發了在密封條件下，從大直徑刀盤內側常壓空間內更換被磨損的刀具。

盾構機的選型原則是因地制宜

儘量提高機械化程度，減少對環境的影響。

北京地鐵的6.31米土壓平衡盾構機(北方重工)，參數如下。寧波地鐵也是這類挖掘方式。

參與瀋陽地鐵工作的盾構機名為開拓者號，總長為64.7米，盾構部分9.08米，重量為420噸，其工作誤差不超過幾毫米。瀋陽地鐵的選用的部分國產盾構機，由沈重集團生產，處於國際領先水平。

土壓平衡盾構機主機, 主要由刀盤、前盾、中盾、尾盾組成。主要適用於地下水少，滲透係數較小的粘性地層、砂性地層和砂礫地層，具有開挖推進，同步襯砌，一次性成洞等功能。

土壓平衡盾構機通過精確控制開挖艙的渣土排量，來保持開挖艙的土體壓力，維護開挖面的相對穩定性。通過刀盤向開挖面注入泡沫、聚合物或膨潤土等，改良土體的塑性、流動性和止水性，提高刀盤的開挖效率，降低刀具的磨損。不同的刀盤結構和刀具配置，能夠使此類型的機器適應更廣泛和更復雜的地質狀況。

北方重工(瀋陽)這款機型在設備造價，施工成本等方面，相比其它全斷面掘進機有一定優勢。具有開挖面穩定，施工效率高，安全性好，可靠性強等特點，並逐步向直徑大型化和適應大埋深、高水壓地層等方向發展。生產盾構機國內有影響的企業，還有湖南株州的

寧波市軌道交通二號線一期工程TJ2109標段（路林市場站-孔浦站-甬江北站)，選用了日本石川島生產的直徑6340mm鉸接加泥式土壓平衡盾構機。

寧波地鐵用2號線一期TJ2109盾構機簡圖

盾構機的基本工作原理

就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時文撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行。

盾構機價格高昂，但可將地鐵暗挖效率提高8到10倍，而且在施工中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪音，地面不沉降，不影響居民的正常生活。

大型盾構機技術附加值高、製造工藝複雜，原先國際上只有歐美和日本的幾家企業能夠研製生產，近來中國也在迎頭趕上。

盾構機按工作原理分類

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）。

泥水式盾構機是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩定開挖面，其刀盤後面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，裡面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經分離後泥漿重複使用。

土壓平衡式盾構機是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進行改良)作為穩定開挖面的介質，刀盤後隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉將土料運出，泥土室內土壓可由刀盤旋轉開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉速度)進行調節。

盾構機按開挖方式分類

根據盾構機不同的分類，盾構開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然後在切口內進行土體開挖與運輸。

a.敞開式開挖

手掘式及半機械式盾構均為半敞開式開挖，這種方法適於地地質條件較好，開挖面在掘進中能維持穩定或在有輔助措施是能維持穩定的情況，其開挖一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。採用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為儘量減少對地層的擾動，要適當控制超挖量與暴露時間。

b.機械切削式開挖

指與盾構直徑相仿的全斷面旋轉切削刀盤開挖方式。根據地質條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用於土質較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便於超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構，機械構造複雜，消耗動力較大。目前國內外較先進的泥水加壓盾構、土壓平衡盾構，均採用這種開挖方式。寧波地鐵亦然。

c.網格式開挖

採用網格式開挖，開挖面由網格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網格厚度範圍內的阻力而產生的。當盾構推進是，土體就從格子裡擠出來。根據土的性質，調節網格的開孔面積。採用網格式開挖時，在所有千斤頂縮回後，會產生較大的盾構後退現象，導致地表沉降，因此，在施工務必採取有效措施，防止盾構後退。

d.擠壓式開挖

全擠壓式和局部擠壓式開挖，由於不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工軸線時，應儘量避開地面建築物。局部擠壓時施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構把四周一定範圍內的土體擠密實。

近年來工程實例

2018年10月28日下午，寧波地鐵TJ4011標“

2015年11月，寧波地鐵3號線一期工程用的土壓平衡類矩形盾構機,，名叫“陽明號”,，是我國首臺自主研發的類矩形盾構機，斷面寬11.83米、高7.27米、長度58.6米，重約770噸，它創下了一個世界第一——世界最大斷面的土壓平衡矩形盾構機。

其特點是單次掘進就可一次形成雙線隧道，節約工期，效率也比普通的盾構機快上一倍。類矩形盾構工法施工跟之前普通的單圓盾構施工相比，能充分利用結構斷面，提高有效面積的使用率，節約地下空間資源。

單圓盾構隧道根據設計要求，兩條隧道的線間距約13～15米，採用類矩形盾構施工時，兩條隧道的線間距可縮小至5.1米。隧道區間施工過程中周邊房屋的安全更有保證。

軌道交通線路穿越城市核心區時，兩側道路狹窄、交通繁忙、居民區密集，常規單圓盾構施工更易對地面上的居民生活產生影響，比如當離房屋太近或需從房屋下方穿過時，涉及到房屋保護難度和拆遷的資金成本都會增大。

3號線高塘橋站到姜山段之間，4號線大卿橋站到翠柏路站之間，都是用“陽明號”開挖的。

位於瀋陽的北方重工泥水平衡盾構機。工程實例: 廣深港鐵路獅子洋隧道。

技術參數如下：

泥水平衡盾構機主要適用於地下水壓大，土體滲透係數大的地質狀況，廣泛用於過江過海等公路鐵路隧道的施工。

瀋陽生產的泥水平衡盾構機採用世界領先的氣墊膨潤土技術，可以精確控制掌子面壓力，減小地面沉降。根據地質條件量身定做的刀盤，可以確保泥水盾構機發揮出最大效能。刀盤採用常壓換刀專利技術，可實現泥水盾構機在江河湖泊下的常壓安全換刀。泥漿系統的高壓沖刷核心技術，確保刀盤在軟土施工中不結泥餅，加快施工進度。主驅動密封採用特殊工藝製成，可在10bar壓力下連續工作10000小時，增加大、長、深隧道施工的安全性，可靠性。

2018年3月,首臺超大直徑(泥水氣壓平衡)盾構機。繼“彩雲號”之後，中國再次推出新款工具利器，專門為孟加拉國的納普里河底隧道，其直徑達到12.12米(四層樓房高)，全長94米，總重2200噸，比此前出口給該國的C13B護衛艦還要大上許多，終結歐美壟斷。

閱讀更多 空壓機愛分享 的文章

關鍵字: 盾構 始於 日本