浅谈各类盾构机的现状和未来

李宗艺

（郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州 450001）

1 前言

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，它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、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

我国的盾构法第一次使用是在上海，最初是用在修建城市隧道。之后由于盾构法施工作业较为隐蔽，对周围环境影响小，自动化程度高，工程推进快，受环境制约较小等优点，盾构机在中国得到了迅速的普及，应用和发展。

2 盾构机技术的现状发展

中国隧道盾构机技术虽然引进的时间比较短，但是其在中国的发展还是突飞猛进的，下面以刀盘结构形式，盾构机断面形状两个方面来介绍盾构机技术的现状发展。

2.1 刀盘结构形式的选择：现在市场上出售的主要有两种，辐条式和面板式，面板式刀盘主要适用在水泥盾构机上，而辐条式道具主要适用在水压盾构机。

面板式刀盘：刀具布置简便,一般为焊接箱型结构，其上设置刀座，刀具开口，添加剂注入口以及主轴承连接部件。其刀盘开口大小决定土仓内卵石粒径。对于这种刀盘，开口率太小，刀面板对其施工效果的影响较大，渣土不易进入土仓，开挖面压力稳定性不高，地面沉降风险较大且施工过程中容易形成泥饼。

辐条式刀盘主要由轮缘，辐条以及布置在辐条上的刀具组成，刀具布置设置在辐条两侧，一般较难布置滚刀，和面板式相比他的开口率较大，砂石、泥土流动顺畅,粘土附着防范效果好,不易形成堵塞、泥饼等现象,土压控制灵活性好,方便土压管理(无面板阻力,渣土经过开挖掌子面顺进入土仓,且测量土压与开挖面土压相等),刀具使用寿命长(刀盘开口大,方便卵石及砾石进入土仓,刀具负荷等小于面板式刀盘)。若施工环境以砂性土、粘性土或黄土等为主,则盾构应选用辐条式刀盘;缺点：辐条式刀盘由六根辐条结构构成,则刀具布置难度系数较大,且在实际工程施工中,因难以布置足够数量的刀具而致使刀具使用寿命等降低[1]。

2.2 盾构机形状，现在施工中常用的盾构机形状很多，主要为圆形和异型，异性主要包括马蹄形，矩形，双圆，椭圆等形状，下面介绍圆形和矩形断面盾构机的特点。

圆形盾构机：圆形盾构机是最常用的盾构机断面，因为圆形是隧道的常用断面，圆形可以等向的承受各方向的外部力，结构受力均匀，尤其是在软土层中，顶压力和侧压力比较接近。但是这种断面不能完全利用空间，造成土地征用量和地下掘进面积的浪费。

矩形盾构机：矩形盾构机和其他形状盾构机相比在长距离掘进施工，大断面掘进施工。大深度掘进施工，地下人行道掘进施工等方面显示了其巨大的优势，是现阶段正在急速发展的一种断面形式，所以它的设计施工技术也要急需进行研究和开发[2]。

3 盾构技术的发展前景

由于用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、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，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理所以在城市地铁的建设中应用比较多，而且现在各大城市都在积极的建设地铁，所以盾构机的应用汇越来越广泛，同时对盾构机性能，功能，方便度的要求也将越来越高，盾构技术也朝着一定的方向发展。

1)微型和超大型化。隧道的建设对于不同的项目，特点也不一样，为适应现代隧道工程项目的变化要求, 使盾构技术能够广泛应用在每个隧道工程,盾构机的横断面直径正朝着微型和超大型两个极端方向发展。

2)高度自动化。随着计算机控制、遥感、激光超导、通信等领域技术的不断进步和发展，盾构技术也越来越多的应用了这些技术，而且在这些技术的应用下，盾构技术变得更加智能，安全，方便，快捷高效和自动化。

3)高适应性。由于隧道的建设会越到各种情况，水下，山岭，城市，市政等等各种不同形式，不同要求的隧道，所以这要求用来开挖隧道的盾构技术也要有较高的适应性，能够适用于各种不同地质条件，不同建设条件的隧道。

4)多样化。针对不同工程横断面不同的情况,盾构机的形式也在不断发展变化, 目前已经有矩形、圆形、双圆、球形等形状的盾构机,但是随着技术的发展，时间的推移，我们也将通过对隧道受力以及空间利用就行研究，找到一个能够达到两种平衡的中间点的形状，进一步增加了隧道工程的适应性[3]。

4 结语

由于盾构机的高效性，实用性，便捷性等等优点，盾构技术会成为隧道施工的主要手段，尤其是城市的地铁建设，所以在未来盾构技术也会得到更好更快的发展，就目前中国的盾构机市场来说，现在的盾构机数量过在10年已经达到400台以上，潜在市场也将超过200亿，市场前景巨大，本文介绍现状和对未来盾构技术要求，相信未来盾构技术会越来越好。

[1]房兴红.浅谈地铁施工盾构机的选型.[J].科技创业家,2013(02)：12

[2]黄毅.矩形地下隧道设备与施工技术研究.[J].建筑机械化，2012（05）：64-67+92

[3]王凯强，田明飞，周阳.浅谈盾构技术及发展前景.[J].技术与市场，2013（03）：80