盾構機，簡稱盾構機或盾構(  hielding   machine)一種采用盾構法的隧道掘進機，具有挖掘和切割土壤的功能、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、導向糾偏等功能。盾構機可以根據不同的分類方法進行分類：根據開挖面是否封閉，可分為封閉式、半敞開式、敞開式三類；明挖盾構機按開挖方式可分為手挖式、半機械開挖和機械開挖；根據平衡開挖土壓力和水壓力的原理，封閉式盾構機可分為泥水式和土壓式。盾構機由殼體、掘削刀盤、刀具、推進機構、擋土機構、攪拌機構、排土機構、管片拼裝機構等，在隧道施工期間不受氣候影響、自動化程度高、經濟性好等特點，在地鐵中得到了廣泛應用、公路等隧道工程。 

切削土體

土壤被旋轉刀盤的刀具切割，然后通過刀盤的開口被擠壓到土壤室中，并與土壤倉中現有的粘性土壤漿液混合。推進氣缸的壓力通過室壁傳遞給土室中的土壤，從而確保開挖面的穩定性。當土室內的土體不再受到土壓和水壓的擠壓時，就達到了土壓平衡。此時，開挖面上的土壓力約等于土室內的土壓力。當土室內的土壓力增加超過平衡土壓力時，土室內的土將壓縮開挖面上的土，并導致盾構機前方的地面隆起；當土室內的土壓力小于平衡土壓力時，通常會導致地面下沉。

輸送土渣

盾構機在切割泥土并向前行駛時，需要及時將挖掘出的泥土運輸出去。在EPB盾構機中，螺旋輸送機從承壓隔板的開口延伸到土室中以排出泥土壓力控制系統協調盾構機的掘進速度和螺旋輸送機單位時間的排土量，使土室始終充滿土，土壓與開挖面土壓平衡。在泥水盾構機中，挖出的土料在土室中與支撐液混合形成泥漿，支撐和保護開挖面，同時也作為輸送渣土的介質泥漿被泵送到地面后，被處理設備分離成土壤物質和泥漿水經過質量調整后，分離出的泥水可以再次輸送到土室，同時排出土料。

拼裝隧道襯砌

隧道施工期間安裝的管片由管片運輸機車運送，并放置在管片運輸車上。隨著盾構機向前推進，已安裝的第一環管片外表面與圍巖之間形成間隙，因此應同步注入砂漿進行填充，以防止地面沉降。在隧道掘進循環完成后，盾構機推進缸的一部分縮回，為第一個管片留出足夠的空間；其余的推進缸仍與已安裝的管片接觸，以防止盾構機因土壓而后退。

導向糾偏

因為下面的土壤不平整、盾構機內機械設備工作時阻力不一致、由于盾構機施工等因素的動態變化，盾構機在地層推進過程中會出現偏位。盾構機的糾偏作業主要是使盾構機的運動軌跡始終在設計軸線的允許偏差范圍內，從而確保隧道襯砌拼裝在理想位置。您可以調整插孔分組、調整開挖面的阻力，即人為改變阻力合力點的位置等，形成一個校正力偶并控制盾構機的軸線。

殼體

切口環

缺口環部分位于盾構機的前端，其前端設有切削刃。在施工過程中，缺口環切入地層并屏蔽開挖作業，其切削刃可減少土壤切削阻力對地層的擾動。缺口環的長度主要取決于支撐形式、開挖方法、大多數手挖盾構機的缺口環的頂部比底部長，就像帽檐一樣，以增加盾構的長度。在機械盾構機的刀圈里，有各種挖掘設備。在泥水盾構機和土壓盾構機中，由于缺口環的壓力高于正常壓力，因此需要用封閉隔板將缺口環與支撐環隔開。

支承環

支撐環位于盾構機中部緊接缺口環之后，為環形結構，剛性好。支撐環是基本的承重結構，所有地層土壓力、千斤頂的頂力、切口、盾尾、支撐環承受內襯組件的施工荷載。支撐環的外緣應配有盾構推進千斤頂。大型盾構機全液壓、動力設備、操縱控制系統、襯砌拼裝機具均設置在支撐環位置。中、小盾可以將一些裝備移動到盾后面的框架上。當前分壓罩內壓力高于常壓時，應在支撐環內設置人工加壓減壓室。

盾尾

通常，盾尾由盾殼鋼板的延伸部分組成，主要用于覆蓋隧道襯砌的安裝。防護罩末端設有密封裝置，防止止水、土壤和灌漿材料從盾構尾部和襯砌之間進入盾構。當盾尾密封裝置損壞時，必須在盾尾部分更換。因此，盾尾長度應滿足上述工作?？紤]到結構，應盡可能減小盾尾的厚度然而，盾尾除了承受地層中的土壓力外，在遇到隧道糾偏和彎道施工時也有一些難以估計的施工荷載，受力情況復雜，因此其厚度應結合各種因素確定。

掘削刀盤

面板式刀盤

面板刀頭一般是焊接的箱形結構，由輻條組成、刀具、槽口及面板組成。通過面板刀盤直接支撐開挖面，可以防止開挖面過度坍塌，有利于開挖面的穩定，并且可以通過控制槽口的開度來調整棄土棄沙和開挖進度。其缺點是開口比小，挖掘粘土層時，粘土容易粘在面板表面，阻礙刀盤轉動，進而影響挖掘質量，刀盤負荷大，磨損大。

輻條式刀盤

輻條刀頭由輻條和安裝在輻條上的刀具組成。其優點是設備成本低，扭矩阻力小，開孔率大，提高了排土量和粒徑，并有效地將土室內的土壓力傳遞到開挖面，適用于淤泥層、砂層和小粒徑砂卵石地層。其缺點是地下水壓力高、對于容易塌陷的土壤，很容易噴水、噴泥，不能限制大粒徑卵石進入土室，對開挖面支護效果差。

輻板式刀盤

輻條刀頭由寬輻條和小輻條組成，刀具和滾刀分別安裝在寬輻條的兩側和內側。輻條刀盤兼具面板刀盤和輻條刀盤的特點，其輻條結構可以保證開挖時對前方土壤有良好的支撐能力，同時保證有足夠的開口供渣土流入，兼顧了安全和效率。

刀具

切削類刀具

刀具的部件主要包括刀體和刀盤。切削工具主要用于巖石和土壤的開挖面在刀盤的推力下，產生沿刀盤軸向的切削力當刀具隨刀盤旋轉時，產生沿刀盤切線方向的切削力，在巖土上形成梨形溝槽。如果切割的巖土硬度不大，在刀具的作用下，巖土會變成渣土并脫落；當巖土的硬度較高時，工具會使巖土產生裂縫在反復切割下，裂縫會像巖石切割一樣穿透脫落。

滾動類刀具

滾切刀由刀圈組成、刀體、刀軸、浮動密封和端蓋。當開挖地層為堅硬巖石時，使用碾壓工具。安裝在盾構機刀盤上的滾動刀具在刀盤的推力下擠壓巖石，同時刀具圍繞自身軸線自行組裝并隨刀盤旋轉，因此巖石被壓碎并脫落，并在火巖石中形成裂縫當相鄰刀具產生的裂縫貫穿時，大塊巖石將脫落。

推進機構

盾構推進機構安裝在支撐環內，主要由沿支撐環內圓周方向按一定方式排列的液壓千斤頂組成液壓千斤頂的前端與盾殼鉸接，后活塞桿端裝有支撐靴。推進過程中，千斤頂的活塞桿伸出，支撐靴頂在后面的拼裝管片上，形成盾構向前推進的力。同時，推進系統在盾構曲線施工中也發揮著重要作用由于推進千斤頂可以獨立控制，因此可以只設置一些千斤頂進行推進，從而實現盾構在多個方向上的偏轉。

擋土機構

擋土機構的作用主要是防止開挖過程中開挖面地層的坍塌和變形，保證開挖面的穩定。對于全開式盾構機，主要的擋土機構是擋土千斤頂；對于半開放式格柵盾構機，其擋土機構為格柵面板；對于泥水盾構機來說，擋土機構是泥漿倉內的加壓泥漿和刀盤面板；對于土壓盾構機來說，擋土機構是土倉和刀盤面板內加壓土的開挖。

攪拌機構

攪拌機構是一種專用機構，主要用于泥水盾構和土壓盾構。在土壓盾構機中，攪拌機構的作用是在添加劑注入后攪拌艙內挖出的土砂，改善其流動性，防止堆積和粘附，提高排土效果。對于泥水盾構機來說，攪拌機構的作用是使挖出的土砂均勻地混合在泥漿中，以便于泥漿泵排出混有挖出土砂的泥漿。

排土機構

根據盾構機類型的不同，傾倒機構也存在差異。在全開放式或半開放式機械盾構機中，排土系統一般由鏟斗組成、滑動導槽、漏土斗、帶式輸送機等。在泥水盾構機中，排土機構由泥水循環系統實現。

盾構機

在泥漿泵的作用下，新鮮泥水通過進泥管進入泥漿艙，與刀盤挖掘出的渣土充分混合，然后通過排泥管排入地面的泥水處理系統經過多級渣土分離和泥水處理后，挖掘出的渣土中富含的泥水開始新的循環。

在土壓盾構機中，排土機構由螺旋輸送機組成、除盾構機以外的排土控制器和運土設備。螺旋輸送機的作用是將土倉內挖掘出的泥土通過排土控制器輸送到盾構機外的運土設備。

螺旋輸送機分為帶式輸送機和軸式輸送機：對于高水壓和砂土，一般選擇豎井式，保壓效果更好；皮帶多用于礫石層，可以方便地排出大塊礫石，并且由于中心開口較大，保壓效果不好，因此出口處往往安裝有滑動閘門等止水裝置。

管片拼裝機構

管片拼裝機構設置在盾構機尾部，由管片拼裝機械手和真圓支架組成。管片拼裝機械手將管片按照確定的形狀固定在盾尾、一種快速組裝成環的裝置，包括用于運輸和提升分段的夾緊系統、旋轉、拼裝系統。當盾構機前進時，管片拼裝環將從盾尾脫出。由于管片接縫的間隙、由于重力和土壓力的作用，管片環將橫向變形，使橫截面呈橢圓形，這將使前面組裝的管片環和現在組裝的管片環在連接時不均勻（錯臺）很難安裝縱向螺栓，因此為了避免分段環不平整，需要一個真正的圓形護圈。

優點

地下工程施工在盾構機的支撐下進行，不受地面交通影響、河道、航運、氣候條件和其他因素的影響可以經濟合理地確保隧道的安全施工。

盾構機的掘進、出土、內襯組裝可實現自動化、智能化和信息化施工遠程控制，掘進速度更快，施工勞動強度更低。

盾構機適用于廣泛的地層，從軟土、砂卵石、軟巖可用于巖層。

盾構機在地面上覆蓋一小塊區域，挖土、較小的開挖量有利于降低成本。

缺點

盾構機價格昂貴，隧道襯砌、運輸、拼裝、機械安裝等工藝復雜，施工時需要設備制造、施工測量、現場布置等施工技術的配合比較復雜。

盾構機對施工條件要求較高。隧道曲線半徑過小或隧道埋深過小，施工困難；當隧道被淺覆土層覆蓋時，難以穩定開挖面并確保盾構機施工安全。

地鐵隧道施工

福州2號線后亭站至橘園洲站段全長2.827公里，站間距離是2號線中最長的，其中穿越河流的長度約為1700米隧道穿越的烏龍江是一個高滲透性地層，含有大粒徑卵石，難以穿越淤泥質土壤、針對致密卵石層的地質條件，研制了直徑為6480mm的泥水壓力平衡式盾構機，該盾構機采用了大開口率的刀盤設計和先進的刀具布置、泥水控制系統（氣泡倉控制技術、可逆洗滌的泥水循環技術、泥水分流器設計技術)破碎機設計、三通球閥噴嘴設計等技術。該段盾構機施工時刀盤上沒有泥餅、出現盾構下沉、結泥餅、噴涌、塌方、頻繁換刀、挖掘困難等，實現了2660米連續掘進無換刀記錄。

道路隧道施工

日本的東京灣公路是15.1公里，其離岸部分9.1公里海底盾構隧道、4.4公里海上大橋、引道由三部分組成。由于海底公路隧道斷面巨大，且修建在海平面下60米的東京灣海底地層中，施工條件極其惡劣。東京灣海底隧道的建設由八條直徑為14.14m超大型泥水平衡盾構機穿越海底地層。東京灣道隧道盾構掘進的最大特點是直徑大、由于水壓較高，盾構機需要在海底軟土地基中進行長距離開挖，并自動組裝管片。