1、主講人： 1 盾構概論 2 典型盾構介紹 3 盾構在我國的發展與應用 4 盾構的市場前景隧道及地下空間的大發展，促進了盾構法施工技術的進步。盾構施工的歷史，始于英國，發展于日本德國。自從1825年布魯諾爾在倫敦泰晤士河下使用矩形盾構開始修建第一條盾構法隧道以來，盾構法施工已有180多年的歷史。我國自20世紀50年代開始涉足盾構法修建隧道和管道工程，最近十年開始大規模應用。雖然起步較晚，但由于主意吸收和采用先進技術和工藝、參考和借鑒國外成功的經驗和失敗的教訓，所以發展較快，但與國外先進國家仍存在較大差距。概念：是一種用于軟土隧道暗挖施工、具有金屬外殼、殼內裝有整機及輔助設備，在其掩護下進行土體開

2、挖、土渣排運、整機推進和管片安裝等作業，而使隧道一次成型的工作機械。盾構是一種隧道掘進的專用工程機械，現代盾構集機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、量測導向糾偏等功能。 盾構的三大要素：1、開挖面穩定2、掘進及排土3、管片襯砌及壁后注漿。 采用2土壓盾構結構與工作原理盾構與硬巖掘進機（TBM）的區別： 1.TBM不具備泥水壓、土壓等維護掌子面穩定的功能。2.盾構通過盾尾千斤頂支頂已安裝好的管片來獲得反力；TBM通過支在巖壁上的支撐靴的彎矩和扭力獲得反力。按斷面形狀分類按支護地層的形式分類按開挖面與作業室之間隔板的構造分類單圓盾構、復圓盾構（多圓盾構）、非

3、圓盾構。異形盾構包括復圓盾構（雙圓和三圓）和非圓盾構（橢圓形盾構、矩形、馬蹄形、半圓形） 雙圓和多圓盾構 1.2.2 按支護地層的 形式分類 自然支護式 機械支護式 壓縮空氣支護式 泥漿支護式 土壓平衡式 手掘式盾構 全敞開式 半機械式盾構 機械式盾構 敞開式 部分敞開式 擠壓式盾構 盾構 壓氣式 壓縮空氣盾構 閉胸式 泥水式 土壓平衡盾構 土壓平衡盾構 土壓式 加泥式土壓平衡盾構 敞開式盾構壓縮空氣盾構泥水盾構土壓平衡盾構復合盾構（Open face shield OF盾構）1 全敞開式：手掘式（砂性土和黏性土地層均能適用，便于觀察地層，清除障礙，易于糾偏）2 半地機械（部分斷面開挖盾構適用

4、于良好層 ：反鏟式和銑削頭式）3 機械式（全斷面開挖）OF盾構自穩性強的圍巖，各種非黏性和黏性地層在地下水位以下地層或滲漏地層掘進時，必須用井點降水降低地下水位。 敞開式盾構半機械式盾構反鏟式盾構機械式盾構4 擠壓式盾構(Blind type shield 盲式盾構)對底層的擾動較大，地面易產生較大的隆陷變化，在地面有建筑物地區不宜使用。僅適用于自穩性很差，流動很大的軟黏土和粉砂質圍巖，不適用于含砂率高的圍巖和硬質圍巖。 蓋板式擠壓盾構 利用隔板將開挖面全部封閉，只在一部分上設面積可調的排土蓋板，盾構正面向前推進，使貫入部位土砂呈塑性化流動，由蓋板部位出土。通過調節蓋板開口的大小和排土阻力使千

5、斤頂推力和開挖面土壓力達到平衡。 螺旋出土式擠壓盾構 利用封板將開挖面封閉，盾構正面貫入圍巖向前推進，使貫入部位土砂呈塑性化流動，由螺旋輸送機進行排土。通過調節 螺旋輸送機的速度和土閘門打開度，來實現千斤頂推力和開挖面土壓力的平衡，以穩定掌子面。 網格擠壓盾構 在上海軟土地層中常常被采用，進土量接近或等于全部隧道其出土量，且往往帶有局部擠壓性質，盾構正面裝鋼板網格，在推進中可以且學土體，而在停止推進時可以起到穩定開挖面的作用。可有效控制地表變形。 網格擠壓式盾構（ air pressure balance APB 盾構） 適用于黏土，黏砂土，多水松軟地層原理：空氣壓力與地下水的靜壓力保持平衡，

6、土壓由自 然或機械的支撐承受。 要保證壓力平衡 ，否則頂部過剩的壓力“噴發”的危險 已被泥水盾構取代（slurry pressure balance shield SPB 盾構）泥水盾構的構成：一邊利用刀盤挖掘整個開挖面、一邊推進盾構掘進系統可調整泥漿物性，并將其送到開挖面，保持開挖面穩定的泥水循環系統綜合管理送排泥狀態、泥水壓力及泥水處理設備運轉狀況的綜合管理系統泥水分離處理系統壁后同步注漿系統 目前最大的泥水盾構 目前最大的泥水盾構日本泥水盾構 土壓平衡盾構 德國泥水盾構 混合型盾構 日本體系：泥水倉全是泥水，直接控制型泥水盾構，調節控制閥來開度，來進行泥漿壓力控制。德國體系：泥水倉中設置

7、了氣壓倉，間接控制型泥水盾構，氣壓復合模式，調節空氣壓力來進行泥漿壓力控制，液位傳感器根據液位的高低來調整液位。 泥水盾構 1開挖面穩定機理 2泥膜形成機理 泥膜形成的基本要素（泥水的密度、含砂率、泥水的黏性、泥水壓力：土壓力、水壓力、預留壓力）盡快形成不透水的泥膜 。 掘進速度與泥膜的關系：高質量泥水成膜時間1-2秒 3地質適用范圍 1.黏性土層2.砂層3.礫石層4.貝殼層 (earth pressure balance EPB盾構) 一. 基本配置1.刀盤 刀具的三大功能：開挖功能、穩定功能、攪拌功能 土壓平衡式盾構的刀盤有兩種形式：面板式和輻條式，其中面板式安全性高，但易堵塞;輻條式開口

8、率大，不易堵塞，但不能安裝滾刀，安全性差，費用高，需加固土體。2.刀盤的驅動方式：變頻電機驅動、液壓驅動、定速電機驅動3.刀盤支承：中心支承方式（中小型盾構）、中間支承方式（中大型）、周邊支承方式（小型盾構）土壓平衡盾構（面板式和輻條式）4.膨脹土添加系統和泡沫系統5.螺旋輸送機6.皮帶輸送機7.同步注漿系統（作用：防地表沉降、防水、與圍巖一體）8.盾尾密封系統鉸接式盾構：鉸接密封、盾尾密封9.管片安裝機：機械抓取式、真空吸盤式10.數據采集系統11.導向系統（VUT導向系統和PPS導向系統）目前最大的土壓平衡盾構二.開挖面穩定機理 刀盤切削下來的土渣與螺旋輸送機向外輸送量相平衡；土壓傳感器：

9、控制推進力、推進速度、螺旋輸送機轉速。排土量：由螺旋輸送機的轉速和出土閘門的開度來調節適用于黏性土和砂性土 土壓平衡盾構開挖面的穩定由下列各因素綜合作用而維持：土倉內的土壓力平衡地層壓力和水壓力。螺旋輸送機調節排土量適當保持泥土的流動性，根據需要調節添加劑的注入量 土倉內的泥土壓力與地層壓力與水壓力三.地質適應范圍 黏稠土壤中（黏土、亞黏土、淤土、低滲透性圖），作為支撐介質土料要具有良好的塑性變形、軟稠度、內摩擦角小及滲透率小 A型：特殊發泡劑 B型：泡沫添加劑 一臺盾構在不同地層經轉換可以以不同的原理和方式運行，這類盾構稱為復合盾構，也稱混合盾構，poly shield或Mix shield

10、 也有稱其為combined shield。 組合模式：壓縮空氣/敞開式盾構，泥水式/敞開式，土壓平衡/敞開式，泥水式/土壓平衡，敞開式/泥水式/壓平衡，敞開式/壓縮空氣/土壓平衡。 適用于軟土和硬巖的復雜地層施工 特點：1.既有切刀和刮刀等軟刀工具，又安裝有滾刀等硬刀具。具有兩套出渣系統盾構刀具 滾刀和刮刀中鐵隧道集團研制的復合盾構只有一套出渣系統：螺旋輸送機 三種掘進模式：土壓平衡模式、敞開模式、半敞開模式（壓縮空氣加壓模式）敞開模式：掌子面足夠穩定并且涌水能夠控制時半敞開模式（加氣模式）： 掌子面具有足夠的自穩能力，且水壓小于1.510 5Pa，下部為刀盤切削下來的渣土，上部為壓縮空氣，

11、當土倉內壓不大于110 5 Pa時不會發生螺旋輸送機出渣噴涌現象;當土倉內氣壓不小于110 5 Pa且不大于1.510 5Pa時，可能會發生出渣噴涌現象，但可以控制。盾構安裝盾構施工土壓平衡掘進模式 主要用于開挖面不能自穩或地下水較多以及流塑性的軟粘土地層或砂土地層。土壓平衡掘進可以有效地防止過大的地面沉降。復合式土層平衡盾構在土壓平衡模式下工作時，必須具備以下功能特點：1土壓監測功能；2必須具有泡沫、膨潤土和壓縮空氣注入系統；3密封防水性能：主軸承、鉸接密封和盾尾密封必須具有一定的防水性能；4刀盤的主軸承密封必須能承受一定的壓力；5螺旋輸送機的出渣量、出渣速度可控，隨時間可關閉，具有防噴涌的

12、功能，建立土塞效應。我國盾構的開發與應用始于1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構修建了直徑2.6m的疏水巷道。1962年2月，上海城建局隧道工程公司結合上海軟土地層，研制了1臺4.16m的手掘式普通敞胸盾構。1965年月由上海工程設計院設計、江南造船廠制造的2臺盾構直徑5.8米的網格擠壓盾構，于1966年完成了2條平行的隧道，隧道長660m，地面最大沉降10cm。武漢地鐵盾構1966年5月，中國第一條水底公路隧道上海打浦路越江隧道工程主隧道采用由上海隧道工程設計院設計、江南造船廠制造廠制造的的直徑10.02m網格擠壓盾構施工，掘進總長1322m，于1970年底建成通車。1973年采用1臺直徑3

13、.6m的水利機械化出土網格盾構和2臺直徑4.3m的網格擠壓盾構，在上海金山石化總廠修建了1條污水排放隧道和3條引水隧道。1980年上海地鐵1號線試驗段施工，研制了一臺直徑6.412m網格擠壓盾構，在淤泥質粘土地層中掘進1130m。盾構吊裝1982年，上海外灘的延安東路北線越江隧道工程1476m圓形主隧道采用上海隧道股份設計、江南造船廠制造的直徑11.3m網格擠壓水力出土盾構。1986年，中鐵隧道集團研制出半斷面插刀盾構，并成功用于修建北京地鐵復興門折返線。1990上海地鐵一號線全線開工，18km區間隧道引進了7臺由法國FCB公司制造的6.34m土壓平衡式盾構。1996年，上海延安東路隧道南線工

14、程，總長1300m采用從日本引進的11.22m泥水加壓平衡盾構施工。沈重國產盾構中鐵隧道集團研制的復合式盾構2002年8月，國家科技部將6.3m土壓平衡盾構的研究設計列入國家“863”計劃。通過公開招標，第一批3項設計課題分別由中鐵隧道集團有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔。2002年底，同樣通過公開公開招標，第二批4項課題分別由中鐵隧道集團有限公司和上海隧道工程股份有限公司為主承擔。兩家國內盾構設計、制造與施工優勢企業成立了聯合攻關組，組織了有浙江大學、同濟大學、華中科技大學、東南大學、煤炭科學研究院、北京城建、洛陽九久科技開發有限公司等單位參加的產、學、研結合的課題組。2004年5

15、月中鐵隧道集團有限公司與日本小松公司聯合制造了1臺直徑6.3m土壓平衡盾構。2004年10月下旬，上海隧道股份有限公司制造了一臺直徑6.3m土壓平衡盾構應用于上海地鐵2號線西延伸隧道工程。2005年12月，中鐵隧道集團有限公司自主研制的適用于沙礫復雜地層的土壓平衡盾構刀盤成功應用于北京地鐵4號線19標頤和園圓明園區間。2008年4月中鐵隧道集團研制成功了我國第一臺具有自主知識產權的復合式土壓平衡盾構。上海隧道股份盾構4.1城市地鐵前景 “十一五”期間，已獲批建設地鐵的16個城市的新建里程合計為1009km，正在申報和在編制軌道交通規劃的城市6個，到2050年規劃建成軌道交通里程將超過1500k

16、m，總投資超過5000億。據預測，近5年內地鐵盾構的需求量約在350臺次以上。國內盾構4.2過江隧道前景 上海規劃的越江隧道有5條，分別是軍工路隧道、長江西路隧道、新建路隧道、人民路隧道和龍耀路隧道。我國規定待建的過江隧道還有南京長江公路隧道、哈爾濱松花江越江隧道、上海崇明島越江隧道、灣口海底隧道、渤海海底隧道、長江水底隧道、杭州灣水底隧道等。近5年內，我國計劃新建越江隧道約30條，總長超過200km，需大直徑泥水盾構30臺以上。上海長江隧道4.3鐵路隧道前景 鐵路隧道是隧道掘進機施工的重要市場，從2000年開始，新建鐵路隧道每年平均以200km的速度增長。2006年10月26日，中國鐵路“十一五”規劃正式發布，根據該規劃，將建成新線近1.7km，其中客運專線為8000km。在新建鐵路中，隧道約占2000km。其中部