盾構機及盾構法施工原理

盾構機(Shield Machine),是一種全封閉的隧道掘進設備,主要由掘進系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、導向系統(tǒng)等組成，利用襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進。隧道掘進機(Tunnel Boring Machine),簡稱TBM，硬巖掘進機,部分封閉,圍巖暴露并可提供反作用力,可連續(xù)掘進。

"盾"——"防御、保護" ，指刀盤、盾殼；

"構"——"構筑、修建"，即管片襯砌和注漿；

按照開挖面平衡方式分為：

土壓平衡式，適用于各種土層、巖層等復合地層；

泥水平衡式，適用于含水砂層以及軟流塑、流動性等軟弱地層；對地面沉降要求高的項目；

復合式，適應性更廣

盾構機

按照直徑大小分為：

巨型盾構，大于12米；15.43、14.9米；

常規(guī)盾構，大于6米；6.28、6.34、6.68米；

微型盾構，小于3米。0.15到3米。

按照開挖面敞開程度分為：

全敞開式，手掘式、半機械式、機械式

半敞開式，半擠壓、全擠壓、網(wǎng)格式

全封閉式，土壓、泥水、復合式

按照斷面形式分為

圓形盾構

矩形盾構

異形盾構（雙圓、三圓、球形）

盾構法的應用案例

2000年9月，北京地鐵五號線雍和宮站至北新橋站區(qū)間首次采用盾構法施工。

2000年-2014年，高速發(fā)展期。建成運營17條線路，總長527公里。日均客流約1000萬人次。是國內(nèi)最繁忙的軌道交通系統(tǒng)。根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃，2020年將建成30條線路，運營里程超過1000公里。

1994年，上海延安東路南線隧道首次使用土壓平衡盾構機施工。

2003年上海隧道股份設計制造第一臺國產(chǎn)盾構機。

截至2014年，共建成運營14條線路，總計525.2公里。根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃，2017年總里程689公里，2020年總里程808公里。

1995-1999年1號線建成運營；首次引入盾構法進行隧道施工。

1999年以后，2、3、4號線大量采用盾構法隧道修建；2010年高峰期，75臺盾構同時掘進。

截至2014年，共有9條營運路線（1號線、2號線、3號線、4號線、5號線、6號線、8號線、廣佛線及APM線），總長為260.5公里。2017年底，將新建10條線路，260公里新線。總里程超過500公里。

國內(nèi)目前地鐵已經(jīng)開工的共23個城市，國務院批準的有33個城市，國內(nèi)地鐵建設趨勢由中心城區(qū)向四周輻射，十二五期間將是地鐵建設發(fā)展高潮期。

國內(nèi)城市軌道交通建設盾構工法的使用比例已經(jīng)超過85%。

盾構法隧道施工工作原理

盾構機千斤頂利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盤旋轉切削掌子面土體（保持土倉壓力），通過螺旋輸送機（管道）把渣土輸送出來，拼裝機拼裝管片形成襯砌，管片背后同步注漿，形成永久結構。

土壓平衡盾構機施工原理示意圖如下：

泥水盾構機工作原理示意圖如下：

盾構法隧道施工的特點

地下施工，必須面對復雜的地質(zhì)條件和敏感的地面環(huán)境。所用設備集成度高，技術含量高，對人的要求較高。涉及的專業(yè)領域較多，對復合型人才有較多需求。

盾構法隧道施工的優(yōu)點

高效率。機械化作業(yè)程度高，施工速度快，采用預制管片襯砌，一次成型，施工質(zhì)量易于控制。經(jīng)濟效率顯著。高安全。施工作業(yè)環(huán)境好，施工人員安全得到有效保障。對周圍環(huán)境影響小，地表沉降易于控制。高適應。不影響地面交通，不影響航運通航，不受風雨等氣候條件影響。不受地質(zhì)限制。

盾構法隧道施工總體流程

始發(fā)井（車站）交付使用→盾構托架就位→盾構機下井組裝、調(diào)試、驗收→初始掘進（L=80-100米）→負環(huán)拆除及其它調(diào)整（換裝）→正常掘進→盾構機到達中間站→盾構機通過中間站→盾構機再次組裝、調(diào)試、驗收→盾構機再次初始掘進→正常掘進→盾構機到達終點站→盾構機解體外運→隧道清理、管片修補、堵漏→工程驗收。