盾構機

盾構機是一種使用盾構法的隧道掘進機。盾構的施工法是掘進機在掘進的同時構建（鋪設）隧道之“盾”（指支撐性管片），它區別於敞開式施工法。國際上，廣義盾構機也可以用於岩石地層，只是區別於 敞開式（非盾構法）的隧道掘進機。而在我國，習慣上將用於軟土地層的隧道掘進機稱為（狹義）盾構機，將用於岩石地層的稱為（狹義）TBM。

（全斷面）隧道掘進機裏一部分採用盾構法，一部分採用敞開式施工法，例如，由中國鐵建重工自主研製的全斷面雙護盾岩石隧道掘進機(TBM) 自帶雙護盾，不需要構建（鋪設）隧道之“盾”即不需要鋪設管片，而是集開挖、支護、出渣於一體，可以實現隧道的一次成型。

盾構機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起着臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行。

據瞭解，採用盾構法施工的掘進量佔京城地鐵施工總量的45%，共有17台盾構機為地鐵建設效力。雖然盾構機成本高昂，但可將地鐵暗挖功效提高8到10倍，而且在施工過程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪音，地面不沉降，不影響居民的正常生活。不過，大型盾構機技術附加值高、製造工藝複雜，國際上只有歐美和日本的幾家企業能夠研製生產。

盾構機(6張)

盾構機問世至今已有近200年的歷史，其始於英國，發展於日本、德國。40年多來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構機中的關鍵技術，如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩定、控制地表隆起及塌陷在規定範圍之內，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，使盾構機有了很快的發展。盾構機尤其是土壓平衡式和泥水式盾構機在日本由於經濟的快速發展及實際工程的需要發展很快。德國的盾構機技術也有獨到之處，尤其是在地下施工過程中，保證密封的前提以及高達0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的刀具，從而提高盾構機的一次掘進長度。德國還開發了在密封條件下，從大直徑刀盤內側常壓空間內更換被磨損的刀具。

盾構機的選型原則是因地制宜，儘量提高機械化程度，減少對環境的影響。

參與瀋陽地鐵工作的盾構機名為開拓者號，總長為64.7米，盾構部分9.08米，重量為420噸，其工作誤差不超過幾毫米。

價格：德國進口的盾構機大概需要人民幣5000萬元，日本進口的盾構機大概需要人民幣3000萬元以上，國產的盾構機價格一般在2500-5000萬左右。

國內具有自主知識產權的國產盾構機是上海隧道工程股份有限公司研製的國產“863”系列盾構機。

2007年7月，北方重工集團董事長耿洪臣與法國NFM公司原股東正式簽署了股權轉讓協議，以絕對控股方式成功結束了歷時兩年的併購談判，使北方重工擁有了世界上最先進的全系列隧道盾構機的核心技術和知名品牌。

2015年11月14日，由中國鐵建重工集團和中鐵十六局集團合作研發的中國國產首台鐵路大直徑盾構機在長沙下線，擁有完全自主知識產權，打破了國外近一個世紀的技術壟斷，將加速中國快速城市化和大鐵路網建設的步伐。本次下線的大直徑盾構機開挖直徑8.8米，總長100米，每台售價比進口同類產品便宜2000萬元以上，性價比高，可靠性好，能夠適用於多種複雜地層，下線後將服務於廣珠城際軌道交通線。 ^[1-2] 

2018年3月13日，由中國自主研發的出口海外超大直徑盾構機在中交天和機械設備製造有限公司總裝車間下線，這台直徑達12.12米的超大直徑泥水氣壓平衡盾構機，將用於中國在海外最大的盾構公路隧道項目——孟加拉國卡納普里河底隧道工程，這也是南亞地區投入使用的最大直徑盾構機，終結歐美壟斷。 ^[3] 

2020年6月18日，寬14.82米、高9.446米的世界最大土壓平衡矩形盾構機“南湖號”順正式在嘉興市區快速路環線下穿南湖大道隧道工程投入使用。 ^[4] 

2021年12月22日，由中鐵十五局集團和鐵建重工集團聯合研製的直徑為 15.01 米超大直徑、國內首台適用於超淺覆土、超軟地層施工的盾構機“振興號”順利下線。 ^[7] 

2021年12月25日，應用於我國最深海底隧道——深江鐵路珠江口隧道的“大灣區號”盾構機成功在廣州南沙始發，正式開啓挑戰水下115米穿越珠江入海口的施工。 ^[8]  “大灣區號”盾構機將應用於深江鐵路全線控制性工程珠江口隧道的建設施工，深江鐵路是全國“八縱八橫”高鐵主通道沿海通道的重要組成部分，是支撐粵港澳大灣區建設的重大交通基礎設施，線路正線長116公里，途經深圳、廣州、東莞、中山、江門5個地市。 ^[8] 

2022年2月，中交集團所屬中交一公局集團隧道局參建的國內在建承受水壓最高、直徑最大盾構隧道 —— 江陰靖江長江隧道所用盾構機“聚力一號”刀盤在江蘇靖江成功下井。 ^[9] 

2022年3月，上海機場聯絡線建設取得重大突破，“騏躍號”盾構順利完成接收，標誌着上海市域鐵路機場聯絡線3標“梅富路工作井—華涇站”區間隧道迎來全線貫通。 ^[10] 

2022年4月，由央企中鐵裝備製造的土壓平衡盾構機順利通過海外客户驗收，首次出口葡萄牙。 ^[11] 

2022年5月7日，伴隨大型運輸車的轟鳴聲，一台直徑6.6米的再製造盾構機DL509X1從中鐵十六局曹妃甸重工機械公司廠區順利裝車發運。這是今年以來該公司克服疫情影響，實現再製造下線出廠的第三台盾構機，未來將用於廣州軌道交通10號線項目建設。 ^[12] 

2022年6月15日，中國出口葡萄牙首台盾構機由天津港起運，正式發往里斯本，為這座古老又現代的城市地下排水系統能力提升，增強防洪防澇水平貢獻中國智慧、中國方案、中國力量。 ^[13] 

2022年9月，在一台650噸主吊機及一台600噸輔吊機的密切配合下，重達308噸的“申通號”盾構機刀盤，緩緩從地面吊起完成“翻身”並順利下井。這意味着“上海軌道穿越長江第一隧”掘進施工正式開啓。 ^[14] 

2022年11月23日，“2022中國智能製造十大科技進展”發佈，盾構機產業4.0基地入選 ^[15]  。

2022年12月，由中國科學院金屬研究所李殿中研究員、李依依院士團隊牽頭研製的超大直徑盾構機用8米直徑主軸承研製成功。 ^[16] 

2022年12月15日從中國科學院獲悉，我國首套盾構機用超大直徑主軸承研製成功，該主軸承直徑8米、重達41噸，是目前我國製造的直徑最大、單重最大的盾構機用主軸承，將安裝在直徑16米級的超大型盾構機上，用於隧道工程挖掘。 ^[17] 

2023年3月27日，由廣東省鐵路建設投資集團有限公司、中鐵隧道局和中鐵裝備集團聯合打造的國內最大直徑土壓/TBM雙模盾構機“永安號”（中鐵1169號），在廣東中山順利下線，標誌着珠肇高鐵進入高質量建設新階段。 ^[18] 

2023年5月10日，中國鐵建16米級大盾構亮相“中國品牌日”。中鐵建大盾構穿江越海領跑世界，作為在大盾構隧道市場佔有率領先的品牌，中國鐵建所屬中鐵十四局已註冊“中鐵十四局大盾構”和“中鐵建大盾構”商標。該盾構機刀盤直徑16.07米，正應用於國內最長城市盾構高速公路隧道——北京東六環入地改造工程西線隧道，沉降始終控制在3毫米內，創造了16米級超大直徑盾構機單月最高掘進542米的月進尺新紀錄。 ^[19] 

盾構機，全名叫盾構隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械，現代盾構掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術於一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，而且要按照不同的地質進行“量體裁衣”式的設計製造，可靠性要求極高。盾構掘進機已廣泛用於地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

手掘式及半機械式盾構均為半敞開式開挖， ^[5]  這種方法適於地地質條件較好，開挖面在掘進中能維持穩定或在有輔助措施是能維持穩定的情況，其開挖一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。採用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為儘量減少對地層的擾動，要適當控制超挖量與暴露時間。

指與盾構直徑相仿的全斷面旋轉切削刀盤開挖方式。 ^[5]  根據地質條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用於土質較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便於超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構，機械構造複雜，消耗動力較大。

採用網格式開挖，開挖面由網格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網格厚度範圍內的阻力而產生的。當盾構推進時， ^[6]  土體就從格子裏擠出來。根據土的性質，調節網格的開孔面積。採用網格式開挖時，在所有千斤頂縮回後，會產生較大的盾構後退現象，導致地表沉降，因此，在施工務必採取有效措施，防止盾構後退。

全擠壓式和局部擠壓式開挖，由於不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工軸線時，應儘量避開地面建築物。局部擠壓式施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構把四周一定範圍內的土體擠密實。

泥水式盾構機是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩定開挖面，其刀盤後面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，裏面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經分離後泥漿重複使用。土壓平衡式盾構機是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進行改良)作為穩定開挖面的介質，刀盤後隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉將土料運出，泥土室內土壓可由刀盤旋轉開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉速度)進行調節。

根據盾構機不同的分類，盾構開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然後在切口內進行土體開挖與運輸 ^[6]  。

用盾構法的機械進行隧洞施工具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建築物的影響和在水下開挖時不影響地面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構機施工更為經濟合理。 ^[5]