全断面隧道掘进机

道股份有限公司施工的穿越黄浦 江的延安东路南线隧道、中铁隧 道集团有限公司施工的西气东输 工程穿越长江城陵矶越江隧道以 及穿越长江的重庆主城排水隧道 等。混合式盾构目前在中国还没 有应用，但在国外该项技术已经 成熟并得到广泛应用，如瑞士的
赖进口，远远满足不了我国当前 及今后一段时期基础设施建设的 需求。与美国、 德国、 法国、 加拿 大、 日本等发达国家相比， 我国的 掘进机产业还存在很大差距和诸 多问题，需要统一领导、统一协 调， 集中力量， 协同攻关， 缩短与 发达国家的差距，满足我国基础 设施建设的需要。
&)*+
:/*;
、盾构 ,’--+( ./01-2 3)*41-+ ） 机（ <41+(= 3)*41-+ ） 和顶 管 机 。 （ 51>+ ?)*;1-2 3)*41-+ ）
全断面硬岩掘进机 （ ,.3 ）
全断面硬岩掘进机主要用于 在围岩稳定性良好、 中@厚 埋 深 、 中@高 强 度 的 岩 层 中 开 挖 长 大 隧 道。 根据结构型式的不同， 全断面 硬岩掘进机又可分为开敞式硬岩 掘进机和护盾式硬岩掘进机， 前 者主要用于坚硬岩层隧道开挖， 后者主要用于地质情况稍差一些 的岩层。根据地质条件的不同，
,.3 又 可 分 为 手 挖 式 、 半 机 械
式、 机械式、 泥水式、 土压平衡式、 根 泥水A 土压复合式等多种型式。 据适 用 方 法 的 不 同 ， ,.3 还 可 分 为插刀式、 网络式、 盲式、 多圆变 断面式等。开敞式硬岩隧道掘进 机在中国已有一些成功应用的实 例，例如由中铁隧道集团有限公 司 等 单 位 成 功 运 用 了 直 径 BCB 米 的开敞式硬岩掘进机， 优质、 高效 地 建 成 了 西 安@安 康 铁 路 的 秦 岭 隧道，荣获了 !""D 年度国家科技 进步一等奖。中铁隧道集团有限
( + *+ )* () !"#$%& ’()%
部或周边刀具并不开挖隧道轮廓 面，相反隧道轮廊面是由被推进 贯入地层的盾构切口开挖的。由 于与机械化盾构十分相似的护盾 式硬岩掘进机，隧道轮廓面实际 上是由周边开挖刀具开挖的。随 着现代机械化盾构技术的快速发 展， 传统盾构的运用越来越少， 因 此下面重点介绍现代机械化盾 构。 现代机械化盾构主要可分为 土压平衡盾构、泥水式盾构和混 合式盾构。土压平衡盾构的最大 功能特点在于对开挖下来的碴土 添加膨润土、泡沫或其他物质进 行改良，提高其流塑性和不透水 性， 降低其摩擦力， 用于支撑隧道 开挖面， 实现土压平衡， 保证隧道 安全、 优质、 高速掘进； 泥水式盾 构的最大功能特点在于采用管道 系统向隧道掌子面输入膨润土悬 浮液， 一方面用于支撑开挖面， 另 一方面用于排出碴土。对排出隧 道的悬浮液进行泥水处理，处理 过的悬浮液循环使用，继续通过 管道系统输送到开挖面用于支撑 开挖面和排出碴土，从而保证隧 道安全、 优质、 高速掘进。土压平 衡盾构的最大结构特点在于采用 螺旋输送机排碴；泥水式盾构的 最大结构特点在于采用管道系统 排碴。混合式盾构具有土压平衡 盾构和泥水式盾构两种工作模 式，即在适宜土压平衡盾构掘进 的地质区段，混合式盾构采用土 压平衡工作模式，以实现高效掘 进；当盾构机推进到适宜泥水式 盾构掘进的地质区段，螺旋输送 机排碴系统停止使用，启用泥水 排碴系统，混合式盾构土压平衡 模式， 以保证掘进安全。 盾构机在中国的应用已有几 十年的历史，但现代机械化盾构 在中国的大规模应用始于&’’" 年 全线开工的上海地铁一号线。在 该工程中， &( 公 里 的 区 间 隧 道 共 每台 采用) 台土压平衡盾构施工， 铁道知识
进机可分为三大类，即全断面硬 岩 掘 进 机 （ &’((
公司还将该 ,.3 运用到 了 西 安 @ 南京铁路的软弱围岩比例较大的 磨沟岭隧道，创下了硬岩掘进机 成功穿越软弱围岩的先例。护盾 式硬岩掘进机在中国也有一些成 功应用的实例，例如山西万家寨 引黄入晋工程的引水隧洞施工 中， 意大利E3E 公司等成功应用 护盾式硬岩掘进机， 优质、 高效地 完成了该工程。
盾构机
盾构机主要用于地层软弱、 埋深较浅、地下水丰富的繁华市 区或水下隧道施工中。传统意义 的盾构仅在隧道内提供一个受保 护的工作区域，以防止刚开挖隧 道区段的洞壁、 洞顶坍塌； 在盾构 内部，设置有衬砌管片拼装机和 碴土清运装置。盾构还是掌子面 工作平台的移动支撑结构，利用 掌子面工作平台，隧道开挖工人 可到达开挖面的任何位置。盾构 依靠安装在其周边的纵向推进油 缸向前推进，这些推进油缸作用 于已拼装衬砌的最后一环或推进 环上。机械化盾构的定义 为 “ 由 盾壳和旋转的开挖刀盘构成的机 械设备” 。机械化盾 构 刀 盘 的 外 铁道知识
!""#$%
盾构机月掘进 !"" 米以上， 地表沉 降控制达 *& 厘米 +,- 厘米，很好 地完成了施工任务。 接着， 在广州 地铁、 北京地铁、 深圳地铁、 南京 地铁、 天津地铁等工程项目中， 各 种土压平衡盾构广泛使用，极大 地丰富了中国的盾构施工技术和 经验，进入了中国盾构施工的 “ 高峰期” 。 中铁隧道集团有限公 司 在 广 州 地 铁 越 秀 公 园 车 站+三 元里车站区间，应用复合式土压 平衡盾构机， 在周边环境复杂、 地 质软硬不均、 穿越高楼桩基群、 穿 越地面&#股道高速行驶的广州火 车站等的条件下， 优质、 高效、 安 全地建成了该工程， 获得了专家、 政府、 业主、 市民的一致肯定， 使 我国的盾构施工技术达到了国际 先进水平。 随着盾构技术的发展， 土压平衡盾构几乎能适应各种不 良地质情况，而泥水式盾构由于 具有投资高、 占地面积大、 环境污 染不易控制等缺点，土压平衡盾 构的应用范围越来越广，而泥水 式盾构的应用则有减少的趋势。 在我国，泥水式盾构主要用于穿 越江河的隧道工程中，如上海隧
! #$ "# !" ./0123 4562
全断面隧道掘进机 !"#$%"#&’()&*"(%)+,"-,(&,(
张双亚
!!!! 随着中国经济的快速发展和
西部大开发的实施，中国的基础 设施建设将在一定时期内保持快 速发展势头。在中国的基础设施 建设中，需要修建越来越多的隧 道工程。 隧道掘进机集机械、 电气 和电子、 液压等系统于一身， 集隧 道开挖、碴土运输、防护结构构 筑、 管片安装 （ 混凝土衬砌） 等于 一体，是一种专门用于隧道工程 施工的大型、 综合、 现代化设备， 它具有施工速度快、 施工质量高、 安全、 经济、 有利于环境保护和降 低劳动强度等优点。能够实现真 正意义上的工厂化流水作业线方 式的隧道施工。掘进机技术综合 了计算机、 新材料、 自动化、 信息 化、 系统科学、 管理科学等高新技 术，反映了一个国家的综合科技 水平。隧道掘进机可分为全断面 隧 道 掘 进 机（ &’(( &)*+ ,’--+(
./012345 隧 道 施 工 就 采 用 该 项 技
术。
!"#$ %&’
!"
! 6""7("" 微 型 土 压 平 衡 式 顶 管
机，采用中心轴驱动大刀盘切削 土体， 中心螺旋式出土， 通过改变 螺旋机转速及顶进速度来控制排 （ 可 土 量 。 该 顶 管 机 采 用 了 89: 编 程 控 制 器 ）技 术 ， 通过微型摄 影机、可编程控制器及各类传感 器等随时监测施工状况和机头状 态， 达到国际先进水平。 中国开发和应用全断面隧道 掘进机已有几十年的历史，取得 了一定的成绩，积累了一定的经 验，包括一些与国外公司成功合 作的经验，但这些掘进机主要依
顶管机
顶管机主要用于穿越公路、 铁路、 河流、 地面建筑物、 地下构 筑物以及各种地下管线等的管道 施工中。顶管施工的最大特点在 于随着顶管机的向前掘进，预制 好的混凝土管节在始发基坑中由 液压千斤顶顶进隧道。传统的顶 管机采用人力开挖或人力配合挖 掘机开挖，而现代机械化顶管机 采用旋转刀盘开挖，与现代机械 化盾构相似，具有土压平衡式顶 管机和泥水式顶管机两种类型。 现代机械化顶管机与现代机械化 盾构机的最大区别在于前者采用 始发基坑液压千斤顶顶进隧道管 节，后者采用管片拼装机在盾尾 的保护下拼装衬砌管片。 中国的顶管施工&’%- 年始于 北京，后来上海也在 &’%6 年开始 顶管试验。 几十年来， 顶管已在北 京、 上海、 南京、 宁波等全国各地 广泛使用。 !""" 年，上海制造了
Hale Waihona Puke ./01-2 3)*41-+ ， 简 称 ,.3 ）和
部分断面隧道掘进机 （ 5)061)(
&)*+ 78*)9)61-2 3)*41-+ ， 简 称
两大类。本 文 仅 介 绍 全 断 5&3 ） 。 面隧道掘进机 （ ,.3 ） 根据地质条件和施工方法的 不同，一般情况下全断面隧道掘
!"
!""#$%