盾构发展史.doc
盾构法隧道介绍
盾构法隧道主要内容一、盾构施工技术的进展历史二、盾构施工技术的国内外进呈现状三、盾构机的种类四、盾构施工的技术特点五、盾构机工作原理五、盾构施工的主要工序六、中国承受盾构修建地铁历史及规划八、工程案例一、盾构施工技术的进展历史1盾构施工法的制造1818 年，Brunel 从一种食船虫在船身上打洞一事受到启发，争论出了盾构工法。
历经艰辛，终在1841 年使泰晤士河底隧道贯穿，该隧道自1825 年开工，历时17 年，可充分说明技术的成功是多么的坎坷！2盾构施工法的进展阶段自1818 年诞生进展到现在已有180 多年的历史，概括而言，有四个阶段：（1）初期盾构：以Brunel 盾构为代表；（2）其次代盾构：以机械式、气压式、TBM 及城市盾构工法为代表；（3）第三代盾构：以闭胸式盾构为代表〔泥水式、土压式〕；（4）第三代盾构：以安全、高速、大深度、大断面、断面多样化、异形化为特色。
二、盾构施工技术的国内外进呈现状1国外盾构施工技术现状以欧洲和日本最为兴旺。
美国：纽约自1900 年起用气压盾构就建筑了数十条水底隧道，目前根本是以盾构施工占90％以上；前苏联：莫斯科自1932 年开头承受盾构法施工地铁等地下工程；德国、法国、英国、加坡等也在广泛承受盾构法施工地下工程。
日本：自1917 年在国铁羽越线折渡隧道〔泻县〕的建设中首次承受盾构工法。
日本从盾构施工法正式开头用于城市隧道建设的1964 年至1984 年约20 年间，工研制盾构机超过5000 台。
目前日本已经成为世界上盾构制造技术以及施工技术的大国，占据世界上仅80％的盾构份额。
1917 年——日本国铁隧道建设中首次承受盾构工法1953 年——日本关门隧道承受盾构工法1957 年——日本地铁承受顶盖式盾构施工，这是城市隧道首次承受盾构1960 年——日本名古屋地铁承受盾构施工1962 年——东京下水道承受圆形盾构。
此后，盾构渐渐用于小断面的市政管道建设1964 年——日本下水道工程，最先承受泥水式盾构1974 年——日本独立争论出土压式盾构1975 年——日本争论出砾石泥水式盾构1981 年——日本争论出加气泡盾构2国内盾构施工技术现状国内最早是在1956 年，阜海州露天煤矿承受直径2.66m 的盾构，在砂土层中成功地开掘了一条流水巷道。
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
盾构机的发展历史
盾构机的发展历史盾构机的发展历史是非常关键的，了解其历史能更好的学习知识，对于知识的融会贯通有非常好的帮助。
本店铺就盾构机的发展历史和大家说明一下。
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。
8、盾构法
8.1.2 盾构法的发展历史
最早是在1818年由英国工程师布鲁诺尔(M.I , Brunel)发明的， 他是从船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它分泌的 粘液加固洞穴得到启发而研制出的，并于1825年开始用一 个宽11.58m、高6.7m的矩形盾构，在英国伦教的泰晤出河 下面修建世界第一条水底隧道。施工中遇到泥水涌入隧道 的极大困难，两次被淹，直至1835年对后构作了改良.用压 气辅助施工，才于1843年完工。隧道全长458m。
顶部垂直向下水压力底部垂直向上压力侧向水平水压力水压力的叠加衬砌自重0214610匀布底部竖向力平均后的拱被压力抵消后的平均水压力平均后的竖向土压力平均后的自重压力2施工阶段临时荷载自重引起的临时荷载临时荷载随盾构推进所产生一般来自千斤顶顶力和壁后注浆压力
8 盾构法隧道结构
主讲人：饶平平
8.1 概述
水压力: 顶部垂直向下水压力 底部垂直向上压力 侧向水平水压力
qw ' w H H (104 N )
qw'' w ( H 2RH ) H 2RH (104 N )
qw w [H (1 cos ) RH ](104 N )
水压力的叠加
衬砌自重
该盾构机对于途中存在障碍物、断面形状特殊及短距离等情 形均较适合。与封闭式盾构相比，价格便宜20～40%。上图示出是 掘进距离70m，有障碍物的人工式盾构工程的施工示意图。
手掘式盾构机
2.按掘削面的挡土形式分类
按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、 部分开放式、封闭式三种。 ① 开放式：即掘削面敞开，并可直接看 到掘削面的掘削方式。 ② 部分开放式：即掘削面不完全敞开， 而是部分敞开的掘削方式。 ③ 封闭式：即掘削面封闭不能直接看到 掘削面，而是靠各种装置间接地掌握掘削面的 方式。
(完整word)国外盾构掘进机的发展历史和现状
1 国外盾构掘进机的发展历史和现状1818年Marc Isambard Brunel获得隧道盾构法施工的专利，并在1825年到1843年间首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一条河底隧道，初步证明盾构法隧道施工的价值。
1830年由劳德考克让施（Lord Cochrance）发明了施加压缩空气防止涌水的“气压法”。
1874年格雷蒙特（James Henry Greathead）在伦敦地铁南线的隧道建设中采用了气压盾构法的施工工艺，并首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法，并开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的弃土以泥水流的方式排出.1896年Haag在柏林第一次申请了德国泥水式盾构的专利，形成了现代泥水式盾构的雏形，推动了盾构施工技术的发展.到20世纪初,盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国开始推广。
1917年日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法,1938年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工,为日本盾构技术的发展奠定了基础.1967年由英国提出的泥水加压系统在日本得到了实施，日本研制成功第一台有切削刀盘、水力出土的泥水加压式盾构（直径为3.1m）。
1974年日本独创性地研制成功土压平衡盾构，同时德国Wayss & Freytag也研制成功颇具特点的膨润土悬浮液支撑开挖面的泥水平衡盾构。
之后，盾构技术得到了迅猛发展，已成功应用于各种公路隧道、地铁隧道、引水隧道以及市政公用设施隧道等。
［1~3］纵观盾构隧道掘进180多年的发展历史，盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着:①地层稳定和地面沉降控制;②机械化、自动化掘进和掘进速度；③衬砌和隧道.质量，这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。
传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的,把地层稳定处理作为盾构的辅助方法，主要有降低地下水位法、改良地基法、冻结法及气压法等.在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降，盾构一般为敞胸式结构。
盾构法隧道与应用——第一章第一节盾构法隧道的起源及历史(一)
第一节盾构法隧道的起源及历史据记载，人类设想建造各种用途的隧道已有上千年了。
1802年，英国采矿工程师阿贝尔·马蒂厄提出修建英吉利海峡隧道计划，设计从英法两岸用一种有掩体结构的挖掘机修筑隧道，每侧各挖掘18.7km，最后在瓦恩·班克浅滩对接贯通。
他建议在海峡地下通道的中间设计一个人工岛，隧道的照明由油灯提供，而烟囱将提供通风。
阿贝尔·马蒂厄1802年设计可行驶马车隧道1803年爆发了英法战役，阿贝尔·马蒂厄的计划未能付诸实施。
法国工程师布鲁诺尔（Mare Isambard Brunel）在伦敦从船蛀在船板上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到启示，发现了盾构法掘进隧道的原理。
当时，圣·彼德斯勃格（St．Pertersburg）正规划一条跨越Neca河的工程，布鲁诺尔参与了此项目的设计研究。
布鲁诺尔看到每年桥墩总是遭受从Lagoda湖上漂流的大冰块的破坏，当时曾提议修建一隧道（用盾构法挖掘）。
后来，布鲁诺尔完善了构思，注册了专利。
布鲁诺尔构想的盾构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（图l-5）。
采用的方法是将所有的单元格都被牢靠地装在盾壳上。
当时设计了两种施工方法，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。
第一种施工法后来被采用，并得到推广应用，演变为成熟的盾构法，目前所有的封闭式盾构都是基于第一种方法。
此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成封闭式盾壳用全断面螺旋式开挖，衬砌紧随其后的（图l-6）。
它可以被认为是土压平衡盾构（EPB Shield）的先行者。
图1-5 布鲁诺尔注册专利的盾构，1806图1-6 M.I.Brunel 螺旋盾构，18181825年～1843年，布鲁诺尔在伦敦泰晤士河下的隧道工程中使用这种盾构，布鲁诺尔终于实现了他的设想(图1－7)。
顶管发展历史
顶管工艺（也称为盾构工艺）是一种用于地下隧道建设的技术。
它的发展历史可以追溯到19世纪末和20世纪初。
早期的顶管工艺最初是在建筑和矿业领域中被使用的。
在建筑领域中，顶管工艺被用于建造地下通道、污水管道和地下管道；而在矿业领域中，它被用于开采矿石和矿藏。
然而，现代顶管工艺的发展始于20世纪60年代。
这一时期，隧道建设的需求增加，传统的爆破法存在安全隐患和对周围环境的破坏。
因此，人们开始对新的、更安全、更高效的隧道掘进方法进行研究。
在1964年，日本建筑工程师下村脩（Shuichi Sakamura）发明了第一台现代顶管机，用于掘进短距离的隧道。
这台机器被称为“下村盾”（Sakamura Shield），采用了液压控制系统和刀盘来推进隧道掘进过程，大大提高了效率和安全性。
随后，其他研究人员和工程师继续改进和创新顶管工艺。
瑞士、德国和法国等国家也开始研发和推广顶管技术。
在20世纪70年代和80年代，随着工程技术和材料的发展，顶管机的尺寸和能力逐渐增加，可以挖掘更大直径和更长距离的隧道。
而今天，顶管工艺已经成为地下隧道建设的主要方法之一。
现代的顶管机拥有更先进的控制系统、更强大的刀盘和更高效的运输系统，使得隧道建设更快速、更安全、更环保。
隧道建设已经应用于城市地铁、水利工程、交通隧道等领域，并且在全球范围内得到广泛应用和发展。
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。
盾构隧道掘进机的发展史
盾构隧道掘进机的发展史1818年,英国工程师布伦诺尔设计出一种挖掘机，在泰晤士河底下挖掘隧道。
他观察过一种名叫凿船虫的蛀木软体动物，发现这种虫子利用圆管形硬壳支撑孔洞四周的特朵铖，继续向前钻进。
于是受到启发，制造了一个箱形铁壳(称为盾构)，利用千斤顶在松软的土壤中向前推进。
挖掘工人则在铁壳内一面挖掘，一面在隧道内壁衬砖。
这便是人类的第一台盾构机。
1825年至1841年间，利用布仑诺尔设计的盾构凿通韦平到罗瑟海斯的世界第一条水下隧道，长约1100米。
1865年，英国桥梁工程师巴洛发明一种盾构，并注册了专利，这种盾构是圆筒形，直径较布仑诺尔设计的为小，不用砖铺砌隧道内壁，而用铁块砌块。
巴洛和工程师格雷特黑德利用这种盾构在一年之内凿通泰晤士河床下的第二条隧道。
格雷特黑德还改进了挖隧道技术，以压缩空气抵消外面的水压。
1890年，伦敦用这种技术建成了世界上第一条地下铁道。
盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。
盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
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。
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。
据了解，采用盾构法施工的掘进量占京城地铁施工总量的45%，目前共有17台盾构机为地铁建设效力。
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
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盾构机发展历史盾构机发展历史是非常有研究价值的，了解过去的发展能更好的为之后的创新打下基础，每个细节都可能带来新的想法。
下面就盾构机发展历史为大家详细介绍一下。
据了解，采用盾构法施工的掘进量占京城地铁施工总量的45%，目前共有17台盾构机为地铁建设效力。
虽然盾构机成本高昂，但可将地铁暗挖功效提高8到10倍，而且在施工过程中，地面上不用大面积拆迁，不阻断交通，施工无噪音，地面不沉降，不影响居民的正常生活。
不过，大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂，国际上只有欧美和日本的几家企业能够研制生产。
盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。
近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。
盾构机尤其是土压平衡式和泥水式盾构机在日本由于经济的快速发展及实际工程的需要发展很快。
德国的盾构机技术也有独到之处，尤其是在地下施工过程中，保证密封的前提以及高达0.3MPa气压的情况下更换刀盘上的刀具，从而提高盾构机的一次掘进长度。
德国还开发了在密封条件下，从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的刀具。
盾构机的选型原则是因地制宜，尽量提高机械化程度，减少对环境的影响。
参与沈阳地铁工作的盾构机名为开拓者号，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。
目前国内具有自主知识产权的国产盾构机是上海隧道工程股份有限公司研制的国产“863”系列盾构机。
2007年7月，北方重工集团董事长耿洪臣与法国NFM公司原股东正式签署了股权转让协议，以绝对控股方式成功结束了历时两年的并购谈判，使北方重工拥有了世界上最先进的全系列隧道盾构机的核心技术和知名品牌。
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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年代国家地点盾构及辅助工法学1804 英国伦敦L．Torevix 于泰晤士河隧道准备停止1818 英国伦敦M．I．Brunel提出盾构获得专利1825 英国伦敦M．I．Brunel在泰晤士河底隧道中最先使用盾构（第二年因塌方工程中止）1830 英国T.L.Cochrane发明气压支撑获得专利1836 英国在泰晤士河道路隧道中使用新型盾构再次开工1843 英国伦敦上述工程峻工1865 英国铸铁管片1869 英国伦敦J.H.Greathead在泰晤士河地下铁隧道中最先在隧道中使用铸铁管片气压和圆形盾构1879 英国伦敦J.Thomson提出使用机械盾构1887 英国伦敦南伦敦铁道隧道1891 美国的巴尔摩使用长方形盾构1892 同上最先使用封闭式盾构1892 法国巴黎混凝土管片1896 美国使用木制管片1896 法国巴黎使用长方形盾构（下水道隧道）1896 英国伦敦J.Price设计接近现在盾构的机械盾构1897 英国首次使用铸铁管片，同时混凝土作衬1896~1899 德国柏林钢板管片1909~1910 德国易北河使用钢管片1913 同上使用马蹄形盾构1914 美国克利夫兰使用钢筋混凝土管片成功1915 英国使用气压工法1917 日本国铁羽越线折渡隧道中使用盾构工法（地质条件差，施工技术不足中途中止使用）1926 日本丹那导水隧道中使用盾构工法（由于地下水压高，硬岩中途放弃）1931 苏联莫斯科首次莫斯科地下铁工程中使用英制和苏制盾构施工，由于渗水采用了化学注浆，冻结法，在第五次工程中使用莫斯科盾构1939 日本国铁关门隧道中使用直径7米的手握式圆盾构（并用气压）1948 苏联列宁格勒地下铁中使用机械盾构，同时开发到列宁格勒基辅机械盾构1953 日本在关门道路隧道中采用半圆盾构1954 中国阜新φ2.6m圆形疏水道1957 中国北京φ2m、2.6m下水道1957 日本东京地下铁4号线永田工区采用半圆盾构1960 英国伦敦使用滚筒式掘削机1960 美国纽约Beach首次使用油压千斤顶盾构1960 日本名古屋地下铁隧道中日本首次使用圆形断面盾构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。