淺談各類盾構機的現狀和未來

李宗藝

（鄭州大學 水利與環境學院，河南 鄭州 450001）

1 前言

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著臨時文撐的作用，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。

我國的盾構法第一次使用是在上海，最初是用在修建城市隧道。之后由于盾構法施工作業較為隱蔽，對周圍環境影響小，自動化程度高，工程推進快，受環境制約較小等優點，盾構機在中國得到了迅速的普及，應用和發展。

2 盾構機技術的現狀發展

中國隧道盾構機技術雖然引進的時間比較短，但是其在中國的發展還是突飛猛進的，下面以刀盤結構形式，盾構機斷面形狀兩個方面來介紹盾構機技術的現狀發展。

2.1 刀盤結構形式的選擇：現在市場上出售的主要有兩種，輻條式和面板式，面板式刀盤主要適用在水泥盾構機上，而輻條式道具主要適用在水壓盾構機。

面板式刀盤：刀具布置簡便,一般為焊接箱型結構，其上設置刀座，刀具開口，添加劑注入口以及主軸承連接部件。其刀盤開口大小決定土倉內卵石粒徑。對于這種刀盤，開口率太小，刀面板對其施工效果的影響較大，渣土不易進入土倉，開挖面壓力穩定性不高，地面沉降風險較大且施工過程中容易形成泥餅。

輻條式刀盤主要由輪緣，輻條以及布置在輻條上的刀具組成，刀具布置設置在輻條兩側，一般較難布置滾刀，和面板式相比他的開口率較大，砂石、泥土流動順暢,粘土附著防范效果好,不易形成堵塞、泥餅等現象,土壓控制靈活性好,方便土壓管理(無面板阻力,渣土經過開挖掌子面順進入土倉,且測量土壓與開挖面土壓相等),刀具使用壽命長(刀盤開口大,方便卵石及礫石進入土倉,刀具負荷等小于面板式刀盤)。若施工環境以砂性土、粘性土或黃土等為主,則盾構應選用輻條式刀盤;缺點：輻條式刀盤由六根輻條結構構成,則刀具布置難度系數較大,且在實際工程施工中,因難以布置足夠數量的刀具而致使刀具使用壽命等降低[1]。

2.2 盾構機形狀，現在施工中常用的盾構機形狀很多，主要為圓形和異型，異性主要包括馬蹄形，矩形，雙圓，橢圓等形狀，下面介紹圓形和矩形斷面盾構機的特點。

圓形盾構機：圓形盾構機是最常用的盾構機斷面，因為圓形是隧道的常用斷面，圓形可以等向的承受各方向的外部力，結構受力均勻，尤其是在軟土層中，頂壓力和側壓力比較接近。但是這種斷面不能完全利用空間，造成土地征用量和地下掘進面積的浪費。

矩形盾構機：矩形盾構機和其他形狀盾構機相比在長距離掘進施工，大斷面掘進施工。大深度掘進施工，地下人行道掘進施工等方面顯示了其巨大的優勢，是現階段正在急速發展的一種斷面形式，所以它的設計施工技術也要急需進行研究和開發[2]。

3 盾構技術的發展前景

由于用盾構機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、減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，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所以在城市地鐵的建設中應用比較多，而且現在各大城市都在積極的建設地鐵，所以盾構機的應用匯越來越廣泛，同時對盾構機性能，功能，方便度的要求也將越來越高，盾構技術也朝著一定的方向發展。

1)微型和超大型化。隧道的建設對于不同的項目，特點也不一樣，為適應現代隧道工程項目的變化要求, 使盾構技術能夠廣泛應用在每個隧道工程,盾構機的橫斷面直徑正朝著微型和超大型兩個極端方向發展。

2)高度自動化。隨著計算機控制、遙感、激光超導、通信等領域技術的不斷進步和發展，盾構技術也越來越多的應用了這些技術，而且在這些技術的應用下，盾構技術變得更加智能，安全，方便，快捷高效和自動化。

3)高適應性。由于隧道的建設會越到各種情況，水下，山嶺，城市，市政等等各種不同形式，不同要求的隧道，所以這要求用來開挖隧道的盾構技術也要有較高的適應性，能夠適用于各種不同地質條件，不同建設條件的隧道。

4)多樣化。針對不同工程橫斷面不同的情況,盾構機的形式也在不斷發展變化, 目前已經有矩形、圓形、雙圓、球形等形狀的盾構機,但是隨著技術的發展，時間的推移，我們也將通過對隧道受力以及空間利用就行研究，找到一個能夠達到兩種平衡的中間點的形狀，進一步增加了隧道工程的適應性[3]。

4 結語

由于盾構機的高效性，實用性，便捷性等等優點，盾構技術會成為隧道施工的主要手段，尤其是城市的地鐵建設，所以在未來盾構技術也會得到更好更快的發展，就目前中國的盾構機市場來說，現在的盾構機數量過在10年已經達到400臺以上，潛在市場也將超過200億，市場前景巨大，本文介紹現狀和對未來盾構技術要求，相信未來盾構技術會越來越好。

[1]房興紅.淺談地鐵施工盾構機的選型.[J].科技創業家,2013(02)：12

[2]黃毅.矩形地下隧道設備與施工技術研究.[J].建筑機械化，2012（05）：64-67+92

[3]王凱強，田明飛，周陽.淺談盾構技術及發展前景.[J].技術與市場，2013（03）：80