盾构机，是一种具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在盾壳的掩护下进行隧道土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，从而构筑隧道的构特种施工装备。是集机、电、液、气、光、声于一体，边推进边形成隧道，实现了隧道施工的工厂化作业。至今，盾构机的发历史已经有200年左右。下文的深入解析一定让你全面了解！
发 展 史
01
盾构机的发展史
1818年
最早进行研究的是法国工程师布鲁诺尔(M.I.Brunel)，他于1810年发明盾构工法，并于1818年申请了盾构工法的专利。
1825~1843年
布鲁诺尔于1825年向横穿英国伦敦泰晤士河的水下隧道发起了挑战，用一个自己发明的世界上第一台矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.43米、高6.78米、长458米)。在修建过程中经历了5次特大洪水，其中两次被河水淹没，牺牲了6条生命，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。
1847年
在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特海德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。
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;
1953年中国阜新建造 2.6m 的圆形盾构疏水隧道;
1957年中国北京建造了2m、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。
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年日本琦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。
从简单的人工掘进盾构机发展到今天的全断面隧道机械化掘进的土压平衡式或泥水加压式盾构机已经历了200余年。盾构机始于英国，发展于日本、德国，壮大于中国。
02
盾构机在中国的发展史
二十世纪中期到二十一世纪，盾构机在中国的发展史，可谓是黄金发展“三步曲”，即：1953 -- 2002，黎明期；2003 --2008，技术创新期；2009 --至今，跨越发展期。
1953年～2002年期间，中国盾构致力于“造中国人自己的盾构”，是中国盾构从无到有的历史，是中国盾构技术发展的黎明期。
1953年，东北阜新煤矿用手掘式盾构及混凝土预制块修建了直径2.6m的疏水巷道，这是我国首条用盾构法施工的隧道。
1962年2月，上海城建局隧道工程公司研制了1台直径4.16m的手掘式盾构。在两种有代表性的地层进行掘进，用降水或气压来稳定粉砂层及软粘土地层。
（1962年 直径4.16m的手掘式盾构）
1965年3月，上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造2台直径5.8m的网格挤压盾构。
（1965年3月 直径5.8m的网格挤压盾构）
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，打浦路隧道于1970年底建成通车。
（1966年5月 直径10.22m网格挤压盾构）
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。
1980年，上海市进行地铁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，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1130m。
1982年，上海外滩延安东路北线越江隧道工程1476m隧道采用上海隧道设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格挤压水力出土盾构施工。
（1982年 直径11.3m网格挤压水力出土盾构）
1987年12月，上海造船厂制造出我国首台4.35m加泥式土压平衡盾构，由上海隧道公司于1988年1月～9月成功应用于上海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。1990年获国家科技进步一等奖。
（1987年12月 直径4.35m加泥式土压平衡盾构 ）
1988年，上海又自主研制了当时我国直径最大的土压平衡盾构（直径5.64m）
（1988年 直径5.64m盾构）
1990年，上海地铁1号线全线开工，18km区间隧道采用7台法国FCB公司、上海隧道公司、沪东造船厂联合制造的6.34m土压平衡盾构（友谊号）
(1990年 直径6.34m土压平衡盾构 )
1995年，上海地铁2号线24.12km区间隧道开始掘进施工，再次使用原7台土压盾构，从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构，由法国FCB公司、上海隧道公司、沪东造船厂联合制造1台6.34m土压平衡盾构（开拓号）。
(1995年 直径6.34m土压平衡盾构）
1995年上海隧道研制了国内首台可变网格式矩形顶管机，并进行了国内首条矩形隧道推进。
(1995年 国内首台可变网格式矩形顶管机)
1999年3月，上海隧道研制了一台3.8m×3.8m组合刀盘式土压平衡矩形顶管机，应用于我国首条矩形隧道——陆家嘴车站5号出入口地下通道工程。
(1999年 直径3.8m×3.8m组合刀盘式土压平衡矩形顶管机)
2002年11月，上海隧道研制了1台6m×4m偏心多轴式刀盘土压平衡矩形顶管机，在宁波市开明街-药行街地下通道和地铁车站过街人行地道等多项工程中得到应用。
(2002年 直径6m×4m偏心多轴式刀盘土压平衡矩形顶管机)
2003年～2008年期间，是中国盾构技术发展的创新期，国家863计划实施，致力于“造中国最好的盾构”，实现从有到优的历史突破。
2002年底，国家科技部将“盾构刀盘刀具与液压驱动系统关键技术研究及其应用”列入国家高技术研究发展计划（863计划）
2008年12月26日，在上海打浦路复线隧道工地，1台由上海隧道工程有限公司牵头，联合浙江大学、中铁隧道集团，成功研制的具有完全自主知识产权的国产大直径泥水平衡盾构（11.22m）始发。
2004年10月，中国首台具有完全自主知识产权土压平衡盾构——“先行号”样机，在上海地铁2号线西延伸段区间隧道始发。
2008年4月26日，依托国家863计划，由中铁隧道集团牵头、浙江大学、华中科技大学、天津大学参与研制的中国首台复合盾构——中国中铁1号，成功地实现了从“造中国人自己的盾构”到“造中国最好的盾构”技术突破。
2008年12月26日，在上海打浦路复线隧道工地，1台由上海隧道工程有限公司牵头，联合浙江大学、中铁隧道集团，成功研制的具有完全自主知识产权的国产大直径泥水平衡盾构（11.22m）始发。
（2008年 具有完全自主知识产权的国产大直径泥水平衡盾构（11.22m）始发）
2009年-至今中国盾构技术跨越期。这一时期，致力于“造世界最好的盾构”，中国盾构技术从优秀到卓越走向国际，是中国盾构技术发展的跨越期。主要代表企业有中铁装备、铁建重工、中交天和、上海隧道、北方重工、辽宁三三等。
盾构机的分类
01
按掘进地层岩土的类型
盾构机按照掘进地层岩土的类型，分类为：软土盾构机、复合盾构机、全断面硬岩掘进机TBM、多模式盾构机。
（1）软土盾构机适用于未固结成岩的碎石土、砂土、粉土、粘性土等地层。
（2）复合盾构机适用于土层和岩石层复合的地层。
（3）TBM适用于全断面硬岩地层。
（软土盾构）
（复合盾构）
（TBM)
02
按切削面的加压方式
气压盾构机
土压平衡式盾构机
泥水平衡式盾构机
土压平衡式盾构机
这种盾构机是全段面掘进：带全断面切削刀盘，并以土仓隔板、螺旋输送机把开挖面和已开挖的隧道分隔开来，从而保证隧道内部有安全可靠的作业环境。这种盾构机的特点是在进行开挖作业时，切削刀盘背面与土仓隔板前面的土舱内充满开挖出来的渣土(在土舱内形成一定土压)，并依据土压产生的大小情况，通过调节排渣土的螺旋输送机的排渣能力，来实现对地层压力的平衡调节，以此来保持开挖面稳定防止坍塌，达到控制地表沉降或隆起的目的。
泥水平衡盾构机
这种盾构机特点是在全断面切削刀盘后面装设水密性良好的土仓隔板，把开挖面和已开挖的隧道完全分隔开来，把泥浆送到切削刀盘背面与土仓隔板前面的土舱，从而使开挖面保持稳定并防止坍塌。这种盾构配置的高效率泥浆搅拌系统将开挖下来的渣土和泥浆混合后，把混合泥浆输送到地面上的处理设备，以进行渣土和泥浆分离处理。这种盾构机即使在含水率高的疏松冲积土层或洪积地层等不稳定的地层中开挖隧道，亦可保证作业安全，同时具有较高的掘进效率，因此适用于穿越江、河及海底的隧道工程。
03
按盾构断面形状
半圆盾构机
单圆盾构机
矩形盾构机
复圆形盾构机
类矩形盾构机
（单圆盾构机）
（长腰型盾构机）
（双圆盾构机）
（三圆盾构机）
（马蹄形盾构机）
04
按盾构直径分
盾构机直径1～3.5m称为微型盾构机
盾构机直径3.5～6m称为小型盾构机
盾构机直径6～11m称为中型盾构机
盾构机直径11～14m称为大型盾构机
盾构机直径14m以上称为超大直径盾构机
05
多模式盾构机
这种盾构机可以适应复杂的地质条件，包含土压/TBM双模、土压/泥水双模等。
06
TBM分类
TBM主要分为敞开式、双护盾式、单护盾式三种类型。
敞开式TBM：配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。常用于地层较好的硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧道。
双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。
单护盾TBM：常用于劣质地层。单护盾TBM推进时利用管片作支撑，其原理类似于盾构。与双护盾TBM相比，掘进与安装管片不能同时进行。
微型TBM:Φ0.25~3.00m
中型TBM:Φ3.0~8.0m
大型TBM:大于Φ8.0m
盾构机的构造
在实际掘进过程中，盾构机的结构和工作原理更为复杂，现在以典型的土压平衡盾构机为例，让我们一起了解盾构机的构成。
施工原理
盾构机是如何在地下穿梭的呢？让我们以最萌盾构--“振兴号”为例，来了解下它的施工掘进原理吧？
（文章来自青春中交，由RTAI整理。本文旨在分享，非商用）
