盾构机及盾构法施工原理

盾构机(Shield Machine),是一种全封闭的隧道掘进设备,主要由掘进系统、同步注浆系统、出渣系统、渣土改良系统、拼装系统、密封系统、导向系统等组成，利用衬砌管片提供反力,不能连续掘进。隧道掘进机(Tunnel Boring Machine),简称TBM，硬岩掘进机,部分封闭,围岩暴露并可提供反作用力,可连续掘进。

"盾"——"防御、保护" ，指刀盘、盾壳；

"构"——"构筑、修建"，即管片衬砌和注浆；

按照开挖面平衡方式分为：

土压平衡式，适用于各种土层、岩层等复合地层 ；

泥水平衡式，适用于含水砂层以及软流塑、流动性等软弱地层；对地面沉降要求高的项目；

复合式，适应性更广

按照直径大小分为：

巨型盾构，大于12米；15.43、14.9米；

常规盾构，大于6米；6.28、6.34、6.68米；

微型盾构，小于3米。0.15到3米。

按照开挖面敞开程度分为：

全敞开式，手掘式、半机械式、机械式

半敞开式，半挤压、全挤压、网格式

全封闭式，土压、泥水、复合式

按照断面形式分为

圆形盾构

矩形盾构

异形盾构（双圆、三圆、球形）

盾构法的应用案例

2000年9月，北京地铁五号线雍和宫站至北新桥站区间首次采用盾构法施工。

2000年-2014年，高速发展期。建成运营17条线路，总长527公里。日均客流约1000万人次。是国内最繁忙的轨道交通系统。根据线网规划，2020年将建成30条线路，运营里程超过1000公里。

1994年，上海延安东路南线隧道首次使用土压平衡盾构机施工。

2003年上海隧道股份设计制造第一台国产盾构机。

截至2014年，共建成运营14条线路，总计525.2公里。根据线网规划，2017年总里程689公里，2020年总里程808公里。

1995-1999年1号线建成运营；首次引入盾构法进行隧道施工。

1999年以后，2、3、4号线大量采用盾构法隧道修建；2010年高峰期，75台盾构同时掘进。

截至2014年，共有9条营运路线（1号线、2号线、3号线、4号线、5号线、6号线、8号线、广佛线及APM线），总长为260.5公里。2017年底，将新建10条线路，260公里新线。总里程超过500公里。

国内目前地铁已经开工的共23个城市，国务院批准的有33个城市，国内地铁建设趋势由中心城区向四周辐射，十二五期间将是地铁建设发展高潮期。

国内城市轨道交通建设盾构工法的使用比例已经超过85%。

盾构法隧道施工工作原理

盾构机千斤顶利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盘旋转切削掌子面土体（保持土仓压力），通过螺旋输送机（管道）把渣土输送出来，拼装机拼装管片形成衬砌，管片背后同步注浆，形成永久结构。

土压平衡盾构机施工原理示意图如下：

泥水盾构机工作原理示意图如下：

盾构法隧道施工的特点

地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。所用设备集成度高，技术含量高，对人的要求较高。涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。

盾构法隧道施工的优点

高效率。机械化作业程度高，施工速度快，采用预制管片衬砌，一次成型，施工质量易于控制。经济效率显著。高安全。施工作业环境好，施工人员安全得到有效保障。对周围环境影响小，地表沉降易于控制。高适应。不影响地面交通，不影响航运通航，不受风雨等气候条件影响。不受地质限制。

盾构法隧道施工总体流程

始发井（车站）交付使用→盾构托架就位→盾构机下井组装、调试、验收→初始掘进（L=80-100米）→负环拆除及其它调整（换装）→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次组装、调试、验收→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理、管片修补、堵漏→工程验收。

局部流程

准备工作（风、水、电、浆液、渣车、管片）→启动液压系统 →启动刀盘 →启动次级渣土运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级渣土运输系统（螺旋机）→同步注浆→停止掘进→安装管片→准备下一环掘进。

开挖→出土→注浆→拼装

掘进系统：

同步注浆系统：

出渣系统：

管片拼装系统：

导向系统：

密封系统：

渣土改良系统：

风、水、电、气系统：

盾构隧道管片衬砌构造示意图：

盾构机的操作技术：

做好操作前的准备工作。严格按操作规程进行操作。按照操作指令的控制掘进参数(刀盘转速﹑扭矩﹑土仓压力﹑推力﹑掘进速度﹑铰接角度﹑注浆压力等)

对线路特点﹑工程地质和地面的环境状况有充分认识。对异常情况要及时采取措施并上报