盾构机有多少种类，又是怎么工作的呢？揭秘隧道掘进机工作原理！

地铁已经成为我们众多城市生活中，日常生活必备的出行交通工具。在深达几十米的地下行进时的你，是否想过，这个庞大的地下工程，究竟是依靠什么来施工。

今天我们走进隧道工程利器——盾构隧道掘进机，看看它在地铁、高速公路的隧道施工中，发挥出怎样的作用呢？

隧道工程的特点及常用的施工方法

开山搭桥，已经成为人们在现代交通基础设施建设中的常用方法，而城市轨道交通中，隧道更是起到非常重要的作用。然而，隧道的修建并不是一件容易的事情。

1. 隧道工程特点

由于隧道整个工程均位于地下，因此工程对于当地的地质、水文环境等有着严格要求，甚至起到决定性的作用。

例如，作为准一线城市的济南，至今仍然没有修建地下轨道设备，其原因就在于被誉为“泉城”的济南，地下水网密布，对于钻井，隧道等修建难度较大，随意修建可能造成当地水文环境的破坏。在多方考量之下，济南的轨道交通以地面为主。

和地铁隧道不同的是，高速公路或是高铁的隧道工程，更多是呈现形状扁平的建筑物的模样。

隧道工程多在处于偏远的深山峡谷之中，或是城市的地下深处，尽管施工条件较差，但是可以不受昼夜交替的影响，连续施工。

由于隧道需要在地下或者深山老林进行工程，因此自建成之日伊始，便无法更改。这也要求在设计路线及施工方案时候，就需要慎之又慎。

尽管隧道工程进行存在一定的难度，但是经过数十年的探索，中国施工团队已经总结出一套完整的施工原则和方法。

在制定施工方案时，需要综合考虑整体工程的规模，工程建设完成后其是否能够实现最初的预计用途，以及整体工期的急缓各个环节的轻重等多种因素。

在隧道施工过程需要高度关注当地的低质和水文特征，不断调整整体的施工条件和机械配置，满足动力和原材料所需。

在工程建设完成后，需要综合评估其社会和经济效益，对可能产生的污染、地面沉降等问题，及时采用相应的应对之法，动态修正，保证项目建设安全进行。

在施工方法方面，隧道施工行业根据不同地形提出了不同的修建方法，例如对于山岭的隧道一般采用矿山法和掘进机法，而对于浅埋的隧道施工的方法，主要采用明挖，盖挖，以及我们今天今天所谈及的盾构等多种方法。

不同方法对应不同山体结构，施工队伍可以根据现场情况时刻调整。

随着我国工程建设的日益增多，相关法律法规对此的规定也愈发的完善，在工程建设中，甚至对塌方、洞口段的施工方法、特殊地质层施工时可能出现问题及应对方法等细则均有明确的规定。

通过尽可能多的规范化和标准化工程施工，减少安全事故的发生，提升隧道工程品质。

盾构隧道掘进机

从前文中我们可以发现，隧道工程建设确实存在一定的困难。然而，随着这城市轨道交通的日益完善，两城之间愈发紧密的沟通和交流所需，为人们出行带来方便，因此专门为浅埋隧道施工法所打造的盾构机便应运而生。

由于其在隧道工程建设中发挥着巨大的威力，盾构机不断走进大众的视野，冠其名为“国之重器”。

隧道掘进法和盾构法二者同是隧道施工的重要方法，也打造出了两套不同的设备，一个称为隧道掘进机，另一个则是大名鼎鼎的盾构隧道掘进机。

在欧美国家中，对于隧道掘进机并没有区分，而是统称为隧道掘进机。在中国，一般将硬岩隧道掘进机称为隧道掘进机，而用于复合地层的隧道掘进机则称为盾构机，即盾构隧道掘进机。

现阶段盾构隧道掘进机根据不同的分类方法，有着不同的种类。

按照断面的形状，可以分为单圆、多圆（包含双圆和三圆）以及非圆盾构机。其中单圆盾构机最为常见，非圆盾构机也称为异形盾构机。

按照《盾构施工关键技术》中按照盾的直径大小的分类，可分为微型、小型、中型、大型和超大型五大类。

小的微型盾构机仅有20厘米，而超大型盾构机直径甚至可以达到12米。可见盾构机直径的差距之大，以满足复杂地形的建设工程所需。

按照开挖面进行分类，可分为敞开式和密闭式两大类，而敞开式中可按照敞开程度分为全敞开式和部分敞开式，以及气压式三大类。

而密闭式中，可分为泥水式和土压式。而后以作业室之间的隔板构造，对上述几种类别还可以继续分类。

全敞开式盾构机中，施工人员可以通过利用这一机械，直接和开挖面的土层进行接触，了解开挖面的整体构造，可以有效的把控工程行进情况，有效排除开挖过程中故障问题。由于它可以直接接触开挖面，这是优势也是劣势。

因此它主要应用于较为稳定的土层，对不稳定的土层需要使用气压和降水以稳定土层，防止坍塌。

全敞开式盾构机根据自动化程度，可分为人工开挖盾构机、半机械开挖盾构机、机械开挖盾构机三种类型。

部分敞开式盾构机，也被称为“盲口盾构”。挤压式盾构机就属于部分敞开式的一种。

但是，挤压式盾构机是利用挤压的方式推进的，因此对于周围的土层扰动较大，如果在土质不稳定的区域，采用这种掘进方式，可能会造成地面隆陷。

因此，这种盾构机在城市中轨道交通地下工程建设，应用极其的少，主要也是这一原因所致。

密闭式的盾构机中可分为气压式盾构机、土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机。

气压式盾构机，又称为气水压平衡盾构机，顾名思义，该盾构机所利用的是舱体内部的空气压力与掘进过程中地下水的水压之间的平衡，进而推动工作。

但是可想而知的是，在我国复杂的地质环境中，单纯的利用空气压力，是难以抵御地下土壤的压力。

当内部压力小于外部压力时候，容易发生塌陷事故，届时盾构机无法承受，容易发生爆炸。与此同时，这类盾构机的内部施工条件非常差，已经逐渐被其他的盾构机所替代。

土压平衡盾构机，同气压平衡盾构机基本相同，都是利用压力平衡进行掘进。在形状上，土压平衡盾构机自带全断面切削的刀盘，内里配有土仓隔板，螺旋式运输机等结构，可以有效将开挖的隧道和开挖面隔开，这样的设计让隧道掘进工作中的安全性大大增加。

在开挖工程中，挖出的渣土会堆放到土舱之中，在内部形成一定的压强，并通过螺旋输送机对土舱的压强进行调整，保持地面稳定，控制地表沉降或隆起。

泥水平衡盾构机是目前最常见的盾构机，和土压平衡盾构机相同，泥水平衡盾构机的内部也带有全断面切削刀盘，将一般性的土仓隔板替换为水密性极强的土仓隔板，用以分割开挖面和开挖的隧道。和以土调控压强不同，泥水平衡采用的泥浆量的调整实现内外压力平衡。

由于其采用的是泥浆调整压强的方法，和土压平衡相比，应用的范围更广，在含水率高图土质层施工时候，有奇效，保证效率的同时，也能够保证安全性，特别是对于那些对于地表沉降要求较高的隧道。

按照工作模式可以分为单一式单模盾构机，和可变换型式的多模盾构机两种类型，而多模式盾构机可细分为双模式和三模式盾构机两种。

根据不同岩层特征，盾构机也需要采用不同的支撑方式，内里的结构也有所不同，所需要抵抗外界环境也有所不同，以此而分的类别，也因此产生。

综合来说，盾构隧道掘进机分为不同种类，但是其结构基本相同，包含一个盾面，挖掘刀面以及内部结构舱。

工作原理是通过内部系统循环，实现压强稳步推进隧道开挖，保证安全性和开挖稳定。同时根据不同土层地质的特征，调控内部压强的方式也有所不同。

中国的盾构机发展历史

在了解了盾构机的工作原理和分类后，很多人好奇的是中国盾构机的发展究竟处于何种水平。

事实上，我国盾构机的发展经历了很长一段时间的探索之路。在08年以前，国内没有自主研发的盾构机，主要依赖进口。

但由于国内建设需要，因此我们不得不通过“天价”购进，由于不知道原理，在发生故障的时候，只能等待外国工程师来研究。为了摆脱外国对我国在这一技术的掣肘，我们决定要自主研发和制造盾构机。

08年4月，我国第一台自主研发的复合式土压平衡盾构机问世，这标志着我国掌握了这一领域的核心技术，也正式拉开了中国盾构机产业化发展序幕。

同年，我国研发的泥水平衡式盾构机投入城市地铁建设使用。

短短两年后，中国所研发的盾构机直径之大刷新世界纪录。此后，中国创新研发出“矩形顿面盾构机”，其技术居于世界领先水平。

近两年，我国在盾构机研制和应用方面屡创奇迹，不断刷新突破。从依赖进口到完全自主研发居于世界领先地位，足见近两年我国这一领域的成果。相信在未来我国将在不同领域不断出击，向世界展现“中国力量”。

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