盾构机主要类型与结构

1．盾构机的分类

盾构的类型很多，可按盾构的断面形状、断面大小、挖掘方式、排水与稳定开挖面方式、盾构前部构造挡土方式进行分类。

盾构按断面形状可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。单圆盾构（图12-2-2）因其抵抗地层中的土压力和水压力效果较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较广泛。复圆盾构可分为双圆盾构（图12-2-3）和三圆盾构（图12-2-4），非圆盾构可分为椭圆形盾构（图12-2-5）、矩形盾构（图12-2-6）、马蹄形盾构（图12-2-7）、半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为异型盾构。

盾构按断面尺寸大小可分为：① 超小型盾构机（直径D≤1 m）；② 小型盾构机（1 m＜D≤3.5 m）；③ 中型盾构机（3.5 m＜D≤6 m）；④ 大型盾构机（6 m＜D≤14 m）；⑤特大型盾构机（14 m＜D≤17 m）；⑥ 超特大型盾构机（D＞17 m）。

盾构按挖掘方式可分为：① 手掘式盾构，开挖和出土可用人工进行；② 半机械式盾构，大部分的开挖工作和出土由机械进行；③ 机械式盾构，从开挖到出土均采用机械。

盾构按排除地下水与稳定开挖面的方式可分为：人工井点降水、泥水加压、土压平衡式的无气压盾构，局部气压盾构，全气压盾构，等。

盾构按前部构造挡土方式可分为：

① 全面开放式盾构。其特点是不设隔板，即开挖面敞开，可以直接看到开挖面，适于在开挖面可以自稳的地层中使用，如开挖面自稳性不足则可用压气等辅助工法稳定开挖面。

图12-2-2　单圆盾构

图12-2-3　双圆盾构

图12-2-4　三圆盾构

图12-2-5　椭圆形盾构

图12-2-6　矩形盾构(www.xing528.com)

图12-2-7　马蹄形盾构

② 部分开放式盾构，即开挖面不完全敞开，而是部分敞开。其特点是设置隔板，隔板上开设出口用来取出开挖下来的土砂，是网格式盾构机，也称挤压式盾构机。

③ 密闭式盾构机，即开挖面封闭的机械式盾构，不能直接看到开挖面，而是靠各种装置间接地掌握开挖面情况。密闭型盾构机主要是在刀盘的后面设置一个密封舱，用来存储渣土和平衡刀盘前方的水土压力。密闭型盾构机主要类型包括土压平衡式盾构、泥水加压式盾构、气压式盾构。因气压式盾构现在基本不用，下面重点介绍前两者。

2．盾构机的主要构造

盾构由盾壳、推进机构、取土机构、拼装或现浇衬砌机构以及盾尾等部分组成，如图12-2-8所示。现代盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，主要由盾壳、开挖系统、推进系统、导向系统、管片安装系统、壁后注浆系统、出渣系统及后配套系统等部分组成（图12-2-9）。

盾构机从纵向上看可分为切口环（前盾）、支承环（中部、中盾）和盾尾三部分（图12-2-8），盾构的内径应比隧道衬砌外径略大，其空隙一般为衬砌外径的0.8% 左右。切口环和支承环都是用厚钢板焊成的或铸造的肋形结构，而盾尾则是用厚钢板焊成的光壁筒形结构。

切口环是盾构的前导部分，是开挖和挡土的部分，其长度一般从与支承环交界处算起为75～125 cm，在环内部和前方可以设置各种类型的开挖和支撑地层的装置，如刀盘、密封舱等。

图12-2-8　盾构的组成

图12-2-9　土压平衡式盾构内部构造图

支承环是盾构的主要支撑结构，是具有较强刚性的圆环结构，沿其内部周边均匀地装有推动盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置。作用于盾构上的主要力，包括地层压力、液压千斤顶施加的荷载以及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载等，均由支承环承担。

盾尾主要是进行衬砌作业的场所，其内部设置盾尾支承环切口环衬砌拼装机，尾部有盾尾密封刷、同步压浆管和盾尾密封刷油膏注入管等。盾尾的内径与管片外径的差称为盾尾间隙，其值取决于管片的拼装富余度，曲线施工、摆动修正必需的富余度，主机外壳制作误差及管片的制作误差，通常取20～30 mm。盾尾间隙（x）加上盾尾外壳钢板的厚度（t），也就是盾构推进后管片和地层间产生的空隙ΔD。该空隙称为构筑空隙，即ΔD =x +t 。由于构筑空隙直接造成地层沉降，所以须在盾构推进后立刻对该空隙进行填充注浆。这一间隙越小越好，故而后尾外壳多选用厚度较薄的高强度钢板。

常用盾构机的选型

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