国内外盾构机及盾构技术研究概况

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1、国内外盾构机及盾构技术研究概况《科学研究动态监测快报——先进制造与新材料科技专辑》2007年第9期［2007・0弘2708:43:50]编者按：近年来，我国城市地下交通建设发展迅速。作为一种高效的地下暗挖隧道专用工程机械，盾构机已经成为城市地铁、隧道建设中不可或缺的工具。去年发布的《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》也将盾构机及大型施工机械确定为振兴我国装备制造业的16个重点领域之一。我国从上世纪60年代就开始了对盾构机的研制，但是直到目前还处于与外商合作制造为主的发展阶段。本期专题总结了

2、国内外盾构机及盾构技术的研究概况。1简介盾构机(shieldmachine),全名叫盾构隧道掘进机，也称作盾构掘进机，是地下暗挖隧道的一种专用工程机械。现代盾构机集光、机、电、液、控等技术于一体，具有开挖切削土体、输送土砂、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，而且耍根据不同的地质条件进行“量体裁衣”式的设计与制造，可靠性要求极高。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、施工速度快、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在地下水位较高、隧洞洞线较长、埋深较大的

3、情况下，用盾构机施工更为经济合理，因而盾构机广泛用于地铁隧道、越江隧道、铁路隧道、水电隧道、市政公路隧道等工程的建设。2盾构机的工作原理与分类盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体（即护盾）对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面，挖掘、排土、衬砌等作业就在护盾的掩护下安全地进行。盾构机的分类方法很多：根据工作原理，盾构机可以分为手掘式盾构机、挤压式盾构机、半机械式盾构机（

4、局部气压、全局气压）、机械式盾构机（开胸式切削盾构机，气压式盾构机，泥水加压盾构机，土压平衡盾构机，混合型盾构机，异型盾构机）；根据适用的土质及工作方式的不同，盾构机可以分为开胸式、压缩空气式、泥水式、土压平衡式、组合式、插板式、多断面式盾构机以及微型盾构机等。此外，盾构机还可按直径分为特大、大、中、小及微型盾构机；按开挖断面分为部分断面开挖和全断面开挖的盾购机等等。目前作为主流技术的，主要有泥水加压平衡盾构机、土压平衡盾构机、组合式盾构机和微型盾构机等。3主要盾构技术与方法盾构施工法是在地面下

5、暗挖隧洞的一种施工方法，它使用盾构机在地下掘进，在防止开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌工作。目前，许多盾构掘进技术与方法都己比较成熟和可靠。下面是在日本盾构隧道施工技术协会（TheShieldTunnelingAssociationofJapan）登记备案的14种盾构掘进方法，详细的技术资料可在其网站下载⑴。（1）泥土加压盾构法：适用的土壤类型较为广泛，如沙质、砾石质、粘土质等；（2）气泡盾构法：适用于各种类型的土壤；（3）挤压混凝土衬砌法：既可保证高质量的隧道

6、衬砌，还能控制开挖时的地面沉降，适于土质较好的土层；(4)多圆面盾构法：通过圆形截面的各种组合，可以构筑各种断面的隧道；(5)双圆盾构法：可以更加有效地节省和利用地下空间，可以构筑垂直和水平双圆断而隧道；(6)扩径盾构法：施工中可以对隧道的部分区间径向扩展以提高地下空间利用率，还可以在多种盾构方法之间进行转换；(7)球体盾构法：可以进行“垂直■水平”或“水平■水平”方向的连续掘进，可以大大提高施工效率；(8)H和V型分叉盾构法：施工过程中可以从水平双孔变为垂直双孔，或从垂直双孔变为水平双孔，可以

7、根据设计要求不断地改变断面形状。(9)MSD盾构法(MechanicalShieldDockingMethod):一种采用地下机械对接的盾构施工法，安全可靠，隧道开挖点选择自由度较大；(10)JIYU-DAMMEN盾构法：通过采用行星刀盘及对其扇动臂的调节可以开挖矩形、椭圆形、马蹄形、卵形等各种非圆形断面的隧道，从而可以更有效地利用地下空间。(11)DPLEX盾构法：通过采用独特的开挖机构，可以开挖各种断面形状(矩形、椭圆形等)的隧道，可以进行大断面、长距离的盾构；(12)CPS盾构法(Chem

8、icalPlugShieldMethod):在高水压下，可以利用泥水压进行很深的砂砾层的隧道挖掘；(13)预应力和预制混凝土管片衬砌盾构法：釆用隧道轴向预应力和预制混凝土管片衬砌,可以开挖出经济、高质量的抗震隧道；(14)摇摆式刀具盾构法(WaggingCutterShieldTunnelingMethod)：通过采用刀具摇摆系统，可以使盾构机设计得非常紧凑，可灵活地使用于各种断面的隧道挖掘。近年来还涌现了一些新的盾构方法，如日本NakaOchiai隧道的盾构法、基于MMST技术的大型多变管片盾