盾构发展史(1)
简述盾构的发展历程
简述盾构的发展历程
盾构是一种在地下挖掘隧道的机械方法。
它可以有效地挖掘地下隧道，广泛用于城市地铁、隧道和水利工程等建设中。
以下是盾构发展历程的简述。
盾构的起源可以追溯到19世纪下半叶，当时的挖掘工作主要依靠人工和爆破技术。
然而，这种方法在城市建设中面临着很多困难，如噪音、震荡和地表沉降等问题。
因此，人们开始寻找一种更加安全高效的地下挖掘方法。
20世纪初，人们开始尝试使用盾构机进行地下隧道的挖掘。
最早的盾构机是通过人力推动的，但工作效率较低。
随着机械技术的不断发展，盾构机的壁厚、轴重和推进力不断增加，使其能够适应更复杂的地质条件和更大直径隧道的挖掘。
在20世纪中叶，盾构机的发展进入了一个全新的时代。
随着液压系统、控制系统和推进系统的引入，盾构机的性能得到了显著提升。
这些技术的应用使得盾构机能够应对更大规模、更复杂的地下挖掘工程。
21世纪以来，盾构机的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 大型盾构机的兴起：盾构机的尺寸和功能不断提高，能够满足更大直径隧道的挖掘需求。
2. 自动化和智能化：随着电子技术和计算机技术的进步，盾构机的自动化和智能化水平不断提高。
自动化系统可以实现盾构
机的自主导航、地质探测和控制等功能。
3. 环保和节能：在盾构机设计和使用过程中，越来越重视环保和节能要求。
采用有效的排放控制和能源管理技术，减少工程对环境的影响。
总的来说，盾构机的发展历程经历了从人力推动到机械化、自动化和智能化的过程。
今后，盾构技术将继续发展，为地下挖掘工程提供更高效、安全和环保的解决方案。
我国盾构技术的发展现状
我国盾构技术的发展现状盾构技术是一种在地下开挖隧道的方法，它是一种高效、安全、环保的隧道开挖技术。
随着我国城市化进程的加速，越来越多的城市需要建设地铁、地下通道等基础设施，盾构技术也得到了广泛应用。
本文将从盾构技术的发展历程、技术特点、应用领域等方面，介绍我国盾构技术的发展现状。
一、盾构技术的发展历程盾构技术最早起源于19世纪末的英国，当时主要用于建设水利工程。
20世纪初，盾构技术开始应用于地铁隧道的建设。
20世纪50年代，日本开始大规模使用盾构机建设地铁，盾构技术得到了快速发展。
20世纪80年代，我国开始引进盾构技术，建设了北京地铁1号线和广州地铁1号线。
此后，我国盾构技术得到了快速发展，成为我国地下工程建设的主要技术之一。
二、盾构技术的技术特点盾构技术是一种在地下开挖隧道的方法，它的主要特点如下：1.高效：盾构机可以在地下连续开挖，不需要停工，因此可以大大提高施工效率。
2.安全：盾构机在开挖过程中，可以保持地面的稳定，减少地面塌陷的风险，因此可以保证施工安全。
3.环保：盾构技术可以减少对地面环境的破坏，减少噪音和尘土污染，因此可以保护环境。
三、盾构技术的应用领域盾构技术可以应用于各种地下工程建设，主要包括以下几个方面：1.地铁建设：随着我国城市化进程的加速，越来越多的城市需要建设地铁，盾构技术成为地铁建设的主要技术之一。
2.水利工程建设：盾构技术可以用于建设水利工程，如水库、水渠等。
3.公路隧道建设：盾构技术可以用于公路隧道的建设，如山区公路隧道等。
4.城市地下综合管廊建设：盾构技术可以用于城市地下综合管廊的建设，如电力、通信、自来水等管道的建设。
四、盾构技术的发展趋势随着我国城市化进程的加速，盾构技术的应用领域将会越来越广泛。
未来，盾构技术的发展趋势主要包括以下几个方面：1.技术创新：盾构技术将会不断进行技术创新，提高施工效率和施工质量。
2.智能化：盾构机将会越来越智能化，可以实现自主导航、自动控制等功能。
中国盾构机的发展历史
中国盾构机的发展历史
盾构机是一种现代隧道施工设备，它是在工程师James S. Robbins于1950年代提出盾构法后逐步发展起来的。
盾构机在中国的应用起步于1970年代末期，但是当时的技术相对落后，生产的盾构机大都采用进口技术和设备。
直到1990年代初，随着我国城市地铁、高速公路等基础设施建设的大力推进，盾构机在中国的应用逐渐得到了普及和推广。
此时国内盾构机的制造商开始崛起，如江苏新纪元、中联重科等。
他们从技术上不断改进、提高盾构机的性能、质量和稳定性。
在经过多年的努力发展后，中国盾构机的技术和品质得到了全球公认。
2010年，中国制造的TBM盾构机首次进入世界排名前十名，而在2015年，中国的盾构机销售额占全球的90%以上，成为全球盾构机制造业的领导者。
目前，中国盾构机已经成为世界范围内使用最广泛的隧道掘进工具之一，广泛应用于地铁、水利、交通、煤炭、电力、油气等领域。
中国盾构机的发展历程，是中国现代工程技术的一项杰出成就，也为中国的基础设施建设提供了坚实的支撑。
盾构简史、始发
上路
海南
延线
安隧
东
道 1994年
上杨 海浦 地线
铁
2003年
双圆盾构
泥水平衡式盾构
土压平衡式盾构
网格式式盾构
手掘式盾构
1 土体 2 刀盘 3 土仓 4 压力墙 5 千斤顶 6 螺旋输送机 7 管片拼装机 8 衬砌
开挖示意图 土压平衡盾构机工作原理
马达驱动刀盘旋转切削 土体，盾构机液压千斤 顶将盾构机向前推进， 并向密封仓内加入塑流 化改性材料，与开挖面 切削下来的土体经过充 分搅拌，形成具有一定 塑流性和透水性低的塑 流体，设置盾构机推进 千斤顶速度与螺旋输送 机向外排土的速度相匹 配，经舱内塑流体向开 挖面传递设定的平衡压 力，实现盾构机始终在 保持动态平衡的条件下 连续向前推进。
始发技术包括 1. 洞口端头处理（软土无自稳能力的地层中)； 2. 洞门砼凿除（主要针对钢筋砼围护结构）； 3. 盾构始发基座的设计加工、定位安装； 4. 始发用反力架的设计加工、就位； 5. 支撑系统、洞门密封装置的安装；
设计轴线
纠偏 曲线
结构面
盾构始发井 始发方向
根据始发基座受力特点，建立如下三维模型进行计算：
机械式盾构 TBM 气压式盾构 开挖面的稳定
1.盾构发展史
用盾构机边防止土 砂的坍塌，边进行 掘推进，并在盾尾 进行衬砌作业从而 修建隧道的方法
开 挖 面
初期开放型手掘式盾构
盾构工法的原理
盾构
盾构隧道
TEMS河底公路隧道
SHIELD工法的诞生
• １８１８ 法国人工程师 Ｍ．Ｉ．Ｂｒｕｎｅｌ 发明（专利 ） • １８２３ TEMS河底公 路隧道计划 • １８２５ 开工 （塌方，停工） • １８３４ 再次上马 • １８４１ 贯通 • １８４３ 使用
未来地下空间
谢 谢！
大断面，大深度，长距离，高速化 断面的多样化；MF盾构，DOT盾构 自由断面，扩大断面盾构，球体盾构
１９３１年
M３年 RENINGRADE TYPE SHIELD
气压工法的诞生
• １８６９ Ｇｒｅａｔｈｅ ａｄ和 Ｂａ ｒｌｏｗ采用圆 形盾构机在泰晤 士河第2条隧道使 用使用铸铁管片 • １８８６ Ｇｒｅａｔｈｅ ａｄ在南伦敦铁 道使用盾构和气 压法组合
盾构与水下隧道技术
工学博士 授 袁大军 教
北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心 北京 Beijing JiaoTong University Research Center of Tunneling and Underground Works，Beijing 2011年7月
盾构技术的发展变迁
盾构 管片
盾构法的历史表
年 代 特 征 第一代 (1818～1880年） 第二代 (1880～1960年） 第三代 (1960～1980年） Brunel的盾构 Greathead和Barlow的盾构 机械式盾构 TBM 气压式盾构 开挖面的稳定 城市盾构工法 闭胸式盾构 泥水式，土压式
第四代 (1980～）
盾构机构造及工作原理简介(一)
盾构机构造及工作原理简介(一)伴随着2012年我司在新行业拓展上的力度不断加大，轨道交通这个名词也越来越多的出现在公司会议及公告中。
而盾构机作为我司进入轨道交通行业的切入点，在我司的发展战略中占据着重要地位。
那么盾构机究竟是一种什么样的设备呢？盾构机是如何工作的呢？而我们港迪电气的产品在盾构机这样一个大型设备中又起到了什么作用呢？下面，本文会通过盾构机的起源及发展史、盾构机在中国的发展历程、盾构机概述、盾构机的构造及工作原理、盾构机上的电力系统，中国盾构机的现状及发展前景六个方面来介绍盾构机的产生与发展，并逐渐解答上述问题。
一、盾构机的起源和发展史盾构发明于19世纪初期，首先应用于开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。
1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得专利。
下图为布鲁诺尔注册专利的盾构。
布鲁诺尔构想的盾构机机械内部结构由不同的单元格组成，每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。
采用的方法是将所有的单元格牢靠地装在盾壳上。
当时布鲁诺尔设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。
（第一种方法后来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法）。
此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成用全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳，衬彻紧随其后的方式。
1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m，并由12个邻接的框架组成的矩形盾构修建隧道。
如下图，第一台用于隧道施工的盾构机，其每一个框架分成3个舱，每一个舱里有一个工人，共有36个工人。
泰晤士河下的隧道工程施工期间遇到了许多困难，在经历了五次以上的特大洪水后，直到1843年，经过18年施工，才完成了全长458m的第一条盾构法隧道。
1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。
盾构技术的发展史
盾构技术的发展史
机械切削式
指与盾构直径相仿的全断面旋转 切削刀盘开挖方式。 根据地质 条件的好坏，大刀盘可分为刀架 间无封板及有封板两种。刀架间 无封板适用于土质较好的条件。 大刀盘开挖方式，在弯道施工或 纠偏是不如敞开式开挖便于超挖 。此外，清除障碍物也不如敞开 式开挖。使用大刀盘的盾构，机 械构造复杂，消耗动力较大
盾构技术的发展史
盾构机的选型原则是因地制宜，尽量提高机械化程 度开拓者号，总长为 64.7米，盾构部分9.08米，重量为420吨，其工作 误差不超过几毫米
价格
德国进口的盾构机大概需要人民币5000万元，日 本进口的盾构机大概需要人民币3000万元以上， 国产的盾构机价格一般在2500-5000万左右
盾构技术的 发展史
FASHION LIFE
盾构技术的发展史
盾构机是一种使用盾构法的隧 道掘进机。盾构的施工法是掘 进机在掘进的同时构建（铺设 ）隧道之“盾”（指支撑性管片 ），它区别于敞开式施工法。 国际上，广义盾构机也可以用 于岩石地层，只是区别于 敞开 式（非盾构法）的隧道掘进机 。而在我国，习惯上将用于软 土地层的隧道掘进机称为（狭 义）盾构机，将用于岩石地层 的称为（狭义）TBM
盾构技术的发展史
网格式
采用网格式开挖，开挖面由网格 梁与格板分成许多格子。开挖面 的支撑作用是由土的粘聚力和网 格厚度范围内的阻力而产生的。 当盾构推进时， 土体就从格子 里挤出来。根据土的性质，调节 网格的开孔面积。采用网格式开 挖时，在所有千斤顶缩回后，会 产生较大的盾构后退现象，导致 地表沉降，因此，在施工务必采 取有效措施，防止盾构后退
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支撑的作用，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
盾构的起源与发展及盾构施工
盾构及掘进技术国家重点实验室
中铁十局集团盾构技术高级培训班
一、盾构的起源 二、盾构在国外的应用与发展 三、盾构在我国的应用与发展 四、盾构技术发展趋势
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）盾构的分代
年代 第一代 (1806～1876年） 第二代 (1876～1964年） 第三代 (1964～1984年） 第四代 (1984～）
盾构及掘进技术国家重点实验室
（二）世界上第一台盾构
小布鲁内尔的健康因泰晤士河隧道施工受到终身损害
；但是，他作为杰出的发明家和工程师却青史留名。
盾构及掘进技术国家重点实验室
（二）世界上第一台盾构
在小布鲁内尔指导下，于1843年建成穿越泰晤士河
的水下隧道，于1865年归并于东伦敦铁路，是世界 第一条水下铁路隧道。
盾构及掘进技术国家重点实验室
特征 以Brunel盾构为代表
手掘式盾构
机械式盾构 气压式盾构
闭胸式盾构 （泥水式，土压式）
大断面，大深度 长距离，断面多样化
（一）盾构的分代
以Brunel盾构为代表的手掘式盾构
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）盾构的分代
半机械式 机械式 网格式 气压式
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）盾构的分代
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）盾构的分代
闭胸式盾构（泥水式，土压式）
盾构及掘进技术国家重点实验室
（一）盾构的分代
大断面，大深度，长距离，断面多样化盾构
盾构及掘进技术国家重点实验室
（二）“盾构”术语的来源
1866年，莫尔顿在申请专利中第一次使用了“盾
构”（shield）这一术语。
第二章盾构法发展史与施工工艺
网格式式盾构
1952年
手掘式盾构
在城市地铁中的应用： 北京地铁； 成都地铁； 南京地铁；
上海地铁；
广州地铁； 深圳地铁；
天津地铁；
杭州地铁； 西安地铁；
武汉地铁；
沈阳地铁； 。。。。。
在越江海隧道中的应用： 重庆主城区排水隧道：采用Φ6.6m泥水盾构施工， 已建成； 南水北调穿黄工程引水隧道：采用Φ8.8.m泥水盾 构施工，在建中；
（3）隧道埋深太浅，则盾构法施工困难很大，地表沉隆很 难控制。
（4）隧道衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺复杂，同时 需要设备制造、衬砌管片预制、场地布置、盾构转移等不 同施工技术的相互配合，系统工程协调复杂。
2.3 盾构工法的基本过程
（1）在盾构隧道的始发端和到达端各修建一个竖井；
（2）盾构机在竖井内安装就位； （3）依靠千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环上）， 将盾构从始发竖井始发； （4）盾构在地层中沿着设计轴线掘进，同时不断出 土和安装管片环，并及时向盾尾空隙内注浆，防止地 层下沉； （5）盾构进入到达竖井后拆除。
泥浆注入： 在保持正面压力一定的情况 下，不断注入新鲜泥浆 泥浆运输： 用泥浆排送管路将泥浆运送 至泥浆处理设备,处理排放
穿连接螺栓及嵌缝： 将管片连成整体隧道衬砌,并 做嵌缝堵漏处理.
铺设道轨及管路： 盾构机前进同步铺设电瓶车 及机架道轨以及相应管路
预拌注浆浆液： 在工作井附近拌制壁后注浆 浆液
二次紧固穿孔螺栓： 将螺栓拧紧，增加隧道刚性
壁后注浆： 用惰性或活性浆液填塞管片 壁后空隙，并用以防水
封堵手孔： 用同色混凝土封堵手孔，防 止穿孔螺栓生锈腐蚀
壁后注浆浆液运输： 用管路将浆液运至注浆桶
二次注浆： 对局部隧道渗漏点进行二次 注浆防水
盾构发展历史
3.7我国盾构法隧道的发展历史3.7.1 20世纪80年代前盾构技术的应用1953年，东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构及小混凝土预制块修建疏水巷道，这是我国首条用盾构法施工的隧道。
1957年，北京市下水道工程采用直径2.0m和2.6m的盾构进行施工。
1962年，上海城建局隧道工程公司结合上海软土地层对盾构进行了系统的试验研究。
研制了1台直径4.16m的手掘式普通敞胸盾构，在两种有代表性的地层进行掘进试验，用降水或气压来稳定粉砂层及软黏土地层。
在经过反复论证和地面试验之后，选用由螺栓连接的单层钢筋混凝土管片作为隧道衬砌，环氧煤焦油作为接缝防水材料。
隧道掘进长度68m，试验获得了成功，并采集了大量的盾构法隧道数据资料。
1965年3月，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压式盾构，于1966年完成了2条平行的隧道，隧道长660m，地面最大沉降达l0cm。
1966年5月，中国第一条水底公路隧道—上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的直径10.22m网格挤压盾构施工，辅以气压稳定开挖面，在水深为16m的黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。
打浦路隧道于1970年底建成通车。
此次所用的网格盾构有所改进，敞开式施工可转换为闭胸式施工。
1973年，采用1台直径3.6m的水力机械化出土网格盾构和2台直径4.3m的网格挤压盾构，在上海金山石化总厂修建了1条污水排放隧道和2条引水隧道，共掘进了3926m海底隧道，首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。
3.7.2 20世纪80年代盾构法技术的进步与发展1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了1台直径6.412m网格挤压盾构，采用泥水加压和局部气压施工，在淤泥质黏土地层中掘进隧道1130m，1982年，上海外滩的延安东路北线越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格挤压水力出土盾构施工。
大盾构品牌发展历程和未来发展趋势
大盾构品牌发展历程和未来发展趋势近年来，大盾构品牌在隧道建设领域中崭露头角，成为了一支不可忽视的力量。
本文将介绍大盾构品牌的发展历程，并展望其未来的发展趋势。
一、发展历程大盾构品牌的起步可以追溯到上世纪90年代初，当时中国的城市化进程迅猛，对于快速、高质量的地下交通建设需求日益增长。
随着技术的不断进步，使用盾构机施工地铁隧道成为一种被广泛采纳的方式，大盾构品牌由此得以崭露头角。
初始阶段，大盾构品牌依赖于引进国外的技术和设备，并在实践中不断改进和创新。
随着国内隧道建设的不断推进，大盾构品牌逐渐融入了中国市场，并成为国内隧道建设的重要参与者。
随着时间的推移，大盾构品牌不断提升自身的核心竞争力。
首先，大盾构逐渐形成了自己的技术体系和研发能力，降低了对外依赖性。
其次，大盾构不断提高设备的自主制造能力，提高了产品的质量和性能。
再次，大盾构注重人才培养和团队建设，打造了一支专业高效的施工团队。
二、未来发展趋势在未来，大盾构品牌将面临更多的机遇和挑战。
以下是大盾构品牌未来发展的趋势。
1.技术创新：盾构机作为隧道建设的关键工具，技术创新将是大盾构品牌持续发展的关键。
未来，大盾构品牌需要不断研发新技术、新材料，提升设备的性能和效率。
同时，大盾构品牌需要关注环保和节能的需求，积极探索低碳绿色隧道建设的技术路径。
2.智能化发展：大数据、人工智能等技术的应用将深刻改变隧道建设行业。
大盾构品牌需要加大对于智能化设备的研发和应用，如智能盾构机、智能施工管理系统等，提高施工效率和质量。
3.国际化市场：中国的隧道建设经验和盾构技术已逐渐成为国际市场的热门产品。
大盾构品牌应积极参与“一带一路”倡议，加强与国际知名企业的合作，拓展海外市场。
4.绿色发展：环保意识的提升和低碳经济的倡导，将对大盾构品牌的发展产生重要影响。
大盾构品牌应当注重环境保护，推动绿色隧道建设，在施工过程中减少对生态环境的影响，提高可持续发展能力。
5.人才培养：人才是大盾构品牌发展的关键因素。
地铁盾构施工技术
二、盾构分类及选型
勇于跨越 追求卓越
盾构法施工（相比矿山法）局限性：
1. 盾构的设计、制造和准备时间长。 2. 准备施工现场和分离工厂困难且费用高，只有在长距离掘
进时才较经济。 3. 由于不同类型的盾构适应不同的地层，当地层发生变化时，
实施有风险。 4. 断面的几何形状发生变化时，如扩大时，费用较高。
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三、盾构施工技术
二 1、.盾构选始型发的前主准要备步 --盾骤构施工场地布置
➢龙门吊及基础 ➢设置渣土坑 ➢管片堆放场地及材料堆放场地 ➢一座高压配电房 ➢一座砂浆拌合站 ➢场地平面布置的要点：
a.应符合施工流程的要求，减少各工序之间的 干扰，避免窝工；
b.尽量发挥设备的有效工作时间（尤其是龙门 吊）；
c.在条件允许下，尽量扩大集碴坑和管片堆放 场，集碴坑要满足出土和运土的方便，少 污染，易清洁；
c、场内施工便道满足行驶要求（尤其是管片 托车、水泥、粉煤灰罐车），运输方便通 畅，出入口方便、安全；
勇于跨越 追求卓越
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三、盾构施工技术
勇于跨越 追求卓越
1、盾构始发前准备--端头加固
端头加固可以单独采用一种工法或多种工法相结合的加固手段，主要取决于地质情况、地下水、覆盖层厚度、 盾构机直径、盾构机型、施工环境等因素。方法主要有旋喷桩法、注浆法、SMW法、搅拌桩法、冻结法、灌注桩法、 连续墙法。
勇于跨越 追求卓越
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一、盾构机发展历程
勇于跨越 追求卓越
盾构问世至今已有190余年的历史，始于英国，发展于日本、德国、 中国。其发展历程可分为 四个阶段：
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一、盾构机发展历程
勇于跨越 追求卓越
2.现代的盾构
盾构的工作原理是一个钢结构组件沿隧道轴线对土壤进行掘进，并向前推进。这个钢结构组件 的壳体称“盾壳”，盾壳对已开发还未衬砌 的隧道段起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、 承受地下水的水 压以及将地下水挡在盾壳外面。
盾构法发展历史
我国盾构技术的早期发展
1966年5月，上海隧道建设公司用盾构法设计建造中国
第一条水底公路隧道——打浦路隧道。打浦路隧道全 长2.7km，隧道部分长1320m，外径10m。所用网格盾构 有所改进，敞开式施工可转换为闭胸式施工。
Glasgow Harbour road Sewer gallery（Clichy） Spree road隧道（Berlin） Orleans Railway（Paris） Sewer隧道（Hamburg） Elb隧道 Clichy
10200
580 465 375 1230 2150 920
3.10～3.45
球体盾构机亦称直角盾构机，其刀盘部分设计为球体，可以进 行转向。球体盾构施工法又称直角方向连续掘进施工法。 该方法对施工场地要求较小，并且可以进行直角转弯施工。 对未来城市小半径曲线地铁避让建筑物基础有很强的适用性。 球体盾构的施工方法分为“横一横”和“纵一横”两种。 “横一横”方向连续掘进是先沿一个方向完成施工后，水平 旋转球体进行另一个横向隧道的施工，可以满足盾构转弯的 要求。“纵一横”方向连续掘进施工则是从地面开始连续沿 直角方向向下开挖到达预定位置后进行转向，然后实施横向 隧道施工的方法。
泥水盾构 半机械式 手掘式盾构 手掘式盾构 土压式盾构
20世纪60年代中期至80年代盾构掘进工法继续发展，产生 各种平衡式的工法，盾构机的种类手掘式、半机械式、机 械式、泥水式和土压式。
我国盾构技术的早期发展
20世纪50年代初，东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构 及小混凝土预制块修建疏水巷道，这是我国首条用盾构掘进 机施工的隧道。
盾构发展史及构成和分类
6米以上盾构国内使用情况
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 管片规格mm Φ6000—5400 Φ6200—5500 Φ6700—6000 Φ8500—7700 Φ8700—7900 Φ9000—8100 Φ9600—8700 Φ10000—9000 Φ10800—9800 Φ11000—10000 Φ11200—10200 Φ12800—11700 Φ14500—13300 Φ15000—13700 盾构类型 土压、泥水 土压、泥水 土压、泥水 土压 土压 泥水 土压 泥水 土压 泥水 泥水 泥水 泥水 土压 泥水 泥水 开挖直径mm Φ6280 Φ6440 Φ6980 Φ8280 Φ8830 Φ9030 Φ9330 Φ9960 Φ10260 Φ11182 Φ11380 Φ11640 Φ13230 Φ14270 Φ14960 Φ15510 应用情况 地 铁 东莞～深圳快速地铁 秦山核电站 惠深莞城际 穿黄、台山核电站 长株潭城际 广深港高铁 北京地铁 广深港高铁 武汉长江过江隧道 南京双线地铁 广深港高铁 上海外滩隧道 南京长江过江公路隧道 上海长江过江公路隧道
1
1. Zeile bleibt immer frei
2
EPB / Mixshield Range. 粒径分布与盾构选型图
Sieve Size Sand Medium
3
4
5
Portion of grains < d in % of the total amount
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
依靠控制泥浆质量、压力及 推进速度、保持送排泥量的 动态平衡，对压力波动敏感、泥水平 压力传递迅速、便于压力控 衡盾构 制、控制精度高，对地面沉 降量控制精度高。
盾构机的发展史
恳请各位老师批评指正！
多元化和智能化
THANKS!
XX生活即将结束，在此，我要感谢所有教导我的老师和陪 伴我一齐成长的同学，他们在我的大学生涯给予了很大的帮助。本论 文能够顺利完成，要特别感谢我的导师XXX老师，XXX老师对该论文从选题，构
思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计！ 最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位
PART.3
20世纪：盾构机技术的飞速发展
1
随着科技的不断进步，盾构机技术也 在20世纪得到了飞速发展
1941年，德国工程师卡尔·本茨发明 了带有硬岩破碎机的盾构机，适用于
硬岩层的施工
2
3
而在1960年代，日本开始广泛使用盾 构机进行地铁建设，推动了盾构机技
术的进一步发展
PART.4
21世纪：智能化、大型化方向发展
它主要在地铁、铁路、 公路、市政公用地下工 程建设中发挥重要作用
下面，我们将详细介绍 盾构机的发展历程
PART.1
19世纪初：初始探索
盾构机的概念起源于19世纪初，当时人们开始尝试在 地下空间进行建设
x
早期的工程主要依赖于人力挖掘和手工操作，效率低 下且安全性较差
PART.2
19世纪中叶：第一台盾构机诞生
2002年，中国成功研制出第一台具
02
有自主知识产权的复合式盾构机，
并成功应用于北京地铁的施工
此后，中国在盾构机技术上不断突
03
破，逐渐成为世界上最具影响力的
盾构机生产国之一
PART.6
未来：绿色化、数字化方向发展
未来，盾构机将更加注 重环保和数字化。通过 优化设计和采用新型材 料，降低盾构机的能耗 和碳排放。同时，利用 数字技术和大数据分析， 实现对盾构机的实时监 控和预测性维护，提高
简述盾构的发展历程
简述盾构的发展历程盾构是一种施工技术，用于地下开挖。
它起初是在19世纪末由英国工程师James Henry Greathead发明的，用于解决伦敦市区地下隧道建设的挑战。
随着技术的不断改进和创新，盾构在过去的一个多世纪里取得了巨大的发展。
盾构的发展历程可以追溯到1860年代。
当时，伦敦市的污水处理厂需要隧道连接，以便将污水输送到泰晤士河。
然而，由于伦敦市区地下存在的各种地质条件和建筑结构，传统的开挖方法变得困难和危险。
为了解决这个问题，Greathead发明了一种新的开挖方法，即盾构。
他的设计在1871年之后首次得以实施，在建设伦敦地铁的过程中取得了成功。
20世纪初，盾构技术在各个国家开始被广泛采用。
在美国，纽约市地下铁道的建设成为盾构技术的重要项目。
在20世纪30年代，美国建筑师John Parker发明了一种气压式盾构机，使得盾构技术能够在更困难的地质条件下使用。
这种新的盾构机被用于纽约曼哈顿区的地铁建设，条件非常苛刻，包括深层软土和高水压。
随着盾构技术的进步，它的应用范围也不断扩大。
在20世纪50-60年代，日本开始使用盾构技术建设大规模的隧道工程，包括东京的地铁系统。
日本还改进了盾构机的设计，使其更加高效和可靠。
到了20世纪70年代，盾构技术已经得到全球范围内的广泛应用。
新的发展包括了更大更强大的盾构机，以及多种类型的盾构机，适用于不同的地质条件和项目需求。
例如，硬岩盾构机用于开挖岩石，而土压平衡盾构机适用于软土和水下。
21世纪初，盾构技术取得了更大的突破和创新。
例如，液压盾构机的出现改变了传统盾构机的工作方式。
液压盾构机使用压缩空气和水流来推进盾构。
这种新型盾构机的优势在于更高的推进速度和效率，同时降低了噪音和振动。
随着城市化进程的不断加快，地下空间的利用变得越来越重要。
盾构技术在城市地下工程中扮演着至关重要的角色，包括地铁、隧道、地下管道和地下储存设施等。
盾构的发展历程展示了人类对技术的不断创新和进步。
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第一章盾构技术进展概况1.1 引言盾构实际上是盾构机的简称。
它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。
以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法，概况如图1.1所示。
盾构工法的设想19世纪初产生于英国，至今已有200年的历史。
盾构工法问世以前隧道施工主要靠开挖法。
但就城市隧道施工而言，开挖法存在受地形、地貌、环境条件的限制；开挖法给城市交通带来极大不便；开挖产生的地层沉降较大；施工机械的噪声和振动；施工对环境构成的污染等诸多不利因素。
相对而言，盾构工法不存在这些缺陷，故受到人们的极大重视，并得以迅速发展。
人们不仅开发了软土盾构工法，而且还开发了适于卵石地层等多种其它地层的盾构工法。
此外，还在提高安全性、提高工程质量、缩短工期及降低成本等方面作了精心的研究和开发，并取得了较大的成功。
目前盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。
目前隧道科技工作者正在致力于更先进的全机械化的计算机控制的智能化的盾构工法，适于地下大深度的盾构工法及特殊断面、特殊功能的盾构工法的研究和开发。
1.2 盾构法隧道的发展历史和现状18世纪未英国人提出在伦敦地下修建横贯泰晤士河隧道的构想，并对具体的掘削工法和使用机械等问题做了讨论。
到1798年开始着手希望实现这个构思，但由于竖井挖不到预定的深度，故计划受挫。
但横贯泰晤士河隧道的设想与日俱增，4年后Torevix决定由另一地点建造连结两岸的隧道，随后工程再次开工。
施工中克服了种种困难，当掘进到最后30m时，开挖面急剧浸水隧道被水淹没，横贯泰晤士河的设想再次破灭，工程从开工到被迫终止用了5年时间。
横贯泰晤士河的计划在以后10年中未见显著进展。
1818年Brunel观察了小虫腐蚀木船底板成洞的经过，从而得到启示，在此基础上提出了盾构工法，并取得了专利。
这就是所谓的开放型手掘盾构的原型。
Brunel对自己的新工法非常自信，并于1823年拟定了伦敦泰晤士河两岸的另一条道路隧道的计划。
随后，这个计划由当时的国会确认，工程于1825年动工。
隧道长458m，隧道断面为11.4m×6.8m。
工程进展顺利，但因地层下沉，致使工程被迫中止。
但Brunel并没有因此而灰心失望，他总结了失败的教训，对盾构做了7年的改进，后于1834年工程再次开工，又经过7年的精心施工，终于在1841年贯通隧道。
Brunel在该隧道中采用的是方形铸铁框盾构。
自Brunel向泰晤士河隧道挑战到隧道峻工前后经历了20个春秋，Brunel经过不懈的努力，克服了种种困难，终于最后取得了胜利。
此时，他已是72岁的老人。
Brunel对盾构工法的贡献极为卓著，这是后人的一致公论。
自Brunel的方形盾构以后，盾构技术又经过了23年的改进，到1869年建造横贯泰晤士河上的第二条隧道，首次采用圆形断面，外径2.18m,长402m，这项工程由Burlow和Great两人负责。
Great采用了新开发的圆形盾构，使用铸铁扇形管片直到隧道掘削结束未出任何事故。
随后Great在1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和气压组合工法获得成功，这为现在的盾构工法奠定了基础。
从起初Torevix反复失败和受挫折，到引出Brunel 的盾构工法，及进而改进成为Great的盾构工法前后经过80年的漫长岁月。
19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国，并得以不同程度的发展。
美国于1892年最先开发了封闭式盾构；同年法国巴黎使用混凝土管片建造了下水道隧道；1896年~1899年德国使用钢管片建造了柏林隧道；1913年德国建造了断面为马蹄形的易北河隧道；1917年日本采用盾构工法建造国铁羽越线，后因地质条件差而停止使用；1931年苏联用英制盾构建造了莫斯科地铁隧道，施工中使用了化学注浆和冻结工法；1939年日本采用手掘圆形盾构建造了直径7m的关门隧道；1948年苏联建造了列宁格勒地铁隧道；1954年中国阜新建造φ2.6m的圆形盾构疏水隧道；1957年中国北京建造了φ2m、2.6m的盾构下水道隧道；1957年日本采用封闭式盾构建造东京地铁隧道。
总之在这50~60年的时间里盾构工法虽然也有进步，但这一时期的特点是盾构工法在世界各国得以推广普及。
20世纪60~80年代盾构工法继续发展完善，成绩显著。
1960年英国伦敦开始使用滚筒式挖掘机；同年美国纽约最先使用油压千斤顶盾构；1964年日本埼玉隧道中最先使用泥水盾构；1969年日本在东京首次实施泥水加压盾构施工；1972年日本开发土压盾构成功；1975年日本推出泥土加压盾构成功；1978年日本开发高浓度泥水盾构成功；1981年日本开发气泡盾构成功；1982年日本开发ECL工法成功；1988年日本开发泥水式双圆搭接盾构工法成功；1989年日本开发HV工法、注浆盾构工法成功。
总之这一时期的特点是开发了多种新型盾构工法，以泥水式、土压式盾构工法为主。
1990年~2003年这一段时间里盾构工法的技术进步极为显著。
归纳起来有以下几个特点：①盾构隧道长距离化、大直径化首先是英法两国共同建造的英吉利海峡隧道（长48km）采用φ8.8m的土压盾构工法于1993年竣工；日本东京湾隧道（长15.1km)采用泥水盾构（φ14.14m）于1996年竣工；丹麦斯多贝尔特海峡隧道（长7.9km）采用φ8.5m土压盾构工法于1996年竣工；德国易北河第4条隧道采用复合盾构（φ14.2m）于2003年竣工；荷兰格累恩哈特隧道（φ14.87m、泥水式）预计2004年竣工；第2条英吉利海峡隧道（φ15m、土压盾构）于2003年动工，预计2008年竣工。
②盾构多样化从断面形状方面讲出现了矩形，马蹄形、椭圆形、多圆搭接形（双圆搭接、3圆搭接）等多种异圆断面盾构；从功能上讲出现了球体盾构、母子盾构、扩径盾构、变径盾构、分岔盾构、途中更换刀具（无需竖井）盾构、障碍物直接切除盾构等特种盾构；从盾构机的掘削方式上看出现了摇动、摆动掘削方式的盾构，打破了以往的传统的旋转掘削方式。
③施工自动化施工设备出现了管片供给、运送、组装自动化装置；盾构机掘进中的方向、姿态自动控制系统；施工信息化、自动化的管理系统及施工故障自诊断系统。
详细的盾构工法的进展状况如表1.1所示。
2．技术现状①当前是泥水盾构、土压盾构技术的普及和推广时期，但有些技术细节有待完善及改进。
如舱内注入泥水、泥土成分配比，注入压力；出泥、出土的速度等参数的优化选取。
排出泥水的分离处理；排出废泥的处理及再利用……。
②多种特种盾构工法的相继问世，大大地扩展了盾构工法的应用范围，使盾构工法的前景更加宽广美好。
但由于这些特种工法问世的时间不长，存在的施工实例不够多，细节仍有待改进。
③近年交通工程、下水道工程、共同沟工程存在大直径盾构隧道的构建需求，所以大直径、长距离、高速施工等施工措施、施工设备的研发和成功应用也较为迫切。
3．发展动向总起来说，盾构工法今后的开发动向有以下几点：①完善近年推出的新工法、新工艺的技术细节，使之提高成熟。
②加速盾构工法的自动化进程。
③为适应大深度、高地下水压、大口径化、长距离化、施工自动化、施工高速化、断面多样化等社会需求，开发崭新概念的工法、工艺、材料、管理系统。
图1.1 盾构工法概念图表1.1 盾构工法发展一览表1.3 我国盾构技术的发展历史和现状（1）我国早期的隧道掘进机20世纪50年代初，东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构及小混凝土预制块修建疏水巷道，这是我国首条用盾构掘进机施工的隧道。
1957年、北京市下水道工程采用直径2.0m和2.6m的盾构进行施工。
1963年，上海隧道股份结合上海软土地层对盾构掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数，隧道接缝防水进行了系统的试验研究。
研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68m。
（2）20世纪60、70年代掘进技术的发展与应用1965年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机，掘进了2条地铁区间隧道，掘进总长度1200m。
1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长1322m。
70年代，采用1台直径3.6m和2台4.3m的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道，掘进了3926m海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。
（3）80年代我国隧道掘进技术的进步和发展1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。
1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。
1985年，上海芙蓉江路排水隧道工程引进一台日本川崎重工制造的直径4.33m小刀盘土压盾构，掘进1500m，该盾构具有机械化切削和螺旋机出土功能，施工效率高，对地面影响小的特点。
1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层、掘进长度583m，技术成果达到80年代国际选进水平，并获得1990年国家科技进步一等奖。
（4）90年代我国隧道掘进技术的发展和现状1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、上海船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构掘进机。
每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制达+1~－3cm。
1996年，上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构，并又从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构，掘进24km区间隧道，上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道股份自行设计制造。
90年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了6台φ3.8~6.34m土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约10km。
在90年代中，直径1.5~3.0m的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用了10余台，掘进管道约20km。
1998年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手φ7.65m中折式土压平衡盾构，经修复后掘进机性能良好，顺利掘进隧道644m。
1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。