第六讲盾构衬砌结构
盾构隧道衬砌结构的抗震分析
预 制钢 筋混 凝 土管 片 ，在 地震 荷 载作用 下 ，盾 构 隧 道 衬砌 有可 能将 承受 很大 的 附加应 力 ，导致 管 片 接 头 破坏 及 防水功 能失 效 。因此 。有 必要 对 盾构 衬砌 的抗 震 能力 进行研 究 。 有关 地 震作 用下 隧道 结构 动力 响应 问题 ，国 内 外 学者 已经 开展 了多 方 面的研 究 ，并取 得 了许 多 的 研 究成 果 邓 爽Ｉ １ ＿ Ａ Ｓ Ｓ 件对 盾 构 隧 道在 不 运用 Ｎ Ｙ 软 同地质 条件 下 的水平 、竖 向耦 合 地震 的响 应进 行 三
１ 引 言
维 数值 模 拟 ，找 出 了衬 砌 结 构 的受 力 最 薄弱 部位 ； 李 围 、何 川 等 人 采 用 梁一 簧模 型对 不 同拼 装 方 弹 式 下两种 不 同厚度 的管 片结构 进行 了力 学分 析 。得 出管片衬 砌 的合理 厚度 和在不 同管 片拼装 方式 下 的
土 管 片 ，有 些采 用 的是 双层衬 砌 。对 于单 层装 配式
些力 学 规律 ：刘 妮 娜 、门玉 明 、彭 建 兵等 人 ＿ ３ ｊ 运
用有 限单 元法 和振 型迭 加法 ，对位 于黄 土地 区 的盾
构地 铁 隧道在Ｅ１Ｃ ｎｒ地震 波 动力荷 载作用 下 的动 ｅｔ ｏ
力 反应进 行 弹塑性数 值 分析 ，得 出盾构 隧道 在地 震 波 作用 下拱 底 所 产 生 的加 速 度最 大 的结 论 ；林 志 、
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｕｓｎ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔｓ ｆ ａ ｅ ＮＳ ，ｂ ｓ ｄ ｏ ｓａ ｌ ｈ ｎ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔｍｏ ｅ ，ｉ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｓｒ ｃ ： ｉ ｇ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｏ ｔ ｒ ，Ａ ＹＳ ａ ｅ ｎ ｅ ｔｂ ｉ ｉ ｇ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｔ ａｃ ｌ ｔｓ ｎ ｅ ｗ ｓ ｎ ｅ ｔ ｅ ｆｒ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆｓ ｇ ｎ ｉ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｎ ｏ ｂ ｅ ｌ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｎ ｅ ｈ ｏ ｄ ｎ ｆ８ ｄ ｇ ｅ ａ ｔ ｑ ａ ｅ ｈ ｏ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｅ ｍｅ ｔｌ ｎ ｄ ｌ ａ ｄ ｄ ｕ ｌ ｉ ｎ ｄ ｌｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｌａ ｉ ｇ ｏ ｅ ｒ ｅ ｅ ｒｈ ｕ ｋ ． ｉ ｎ ｎ Ｂｙ ｃ ｍｐ ｒ ｇ ｄ ｆ ｒ ｎ ｈ ｃ ｎ ｓ ｆ ｔ ｅ ｉ ｎ ｒ ｌ ｉ ｇ ｔ ｐ ｔ ｏ ｗ ｒ ｈ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｉ ｎ ｒ ｌ ｉ ｇ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ｉ ｏ ａ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｔ ｉｋ ｅ ｓ ｏ ｈ ｎ ｅ ｉ ｎ ，ｉ ｕ ｓ ｆ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｎ ｅ ｉ ｎ ｈ ｃ ｎ ｓ ｎ ８ ｎ ｎ ｎ
盾构机主要功能部件与结构
盾构机主要功能部件与结构密闭、加泥土压平衡式盾构主要由盾壳与盾尾、开挖机构、管片拼装机构、推进机构、排送机构、动力装置、附属设备等组成。
11.4.1 盾壳与盾尾盾壳由切口环、支承环、钢板束、盾尾等部分通过焊接、铆接、螺栓连接组成。
主要作用是：承受地层压力，起临时支护作用，保护设备及操作人员安全，承受千斤顶水平推力，使盾构在土层中前进，同时也是各机构的骨架与基础。
切口环。
为盾构最前面的一个具有刚度和强度的铸钢或焊接环。
前端切成锐角，便于切入地层，环周有加强筋，将千斤顶水平推力传至钢壳上。
支承环。
与切口环相似是盾构受力的主要部分，是具有一定厚度的铸钢件，由环状加强筋、纵向加强筋、外壳所组成。
环状加强筋焊在支承环两端，纵向加强筋焊在环状加强筋之间，盾构千斤顶安在上面。
支承环内设竖向和水平向立柱与横梁，形成井形隔架，第二层上设置工作平台。
钢板束。
主要作用是保护开挖、掘进、衬砌装置。
由两层钢板铆接而成，分块包在支承环和切口环外面，伸出部分为盾尾。
盾尾。
盾尾由环状外壳与安装在内侧的密封装置构成，其作用是支承隧道周边，防止地下水、开挖面泥浆、泥土与注浆材料被挤入隧道内。
盾尾是进行衬砌组装的地方，其长度取决于衬砌形式。
盾尾密封。
盾尾密封是为了防止注浆材料、地下水和开挖面泥浆与泥土从钢壳面板和管片外围流入盾构机而设置的。
由于盾构保持不断推进，盾尾内壁与衬砌管片外圈结合处摩擦力很大，极容易将密封损坏。
盾尾密封采用三道钢丝刷加密封脂密封方式。
在钢丝刷之间压入密封油脂来承受地下高压泥水。
始发前10 环，每环都注入密封油脂，随后每隔10 环注到第100 环，过了试验段每50 环或100 环注入密封油脂。
遇到特殊情况，如密封不好时，在施工中要注意保证随时补充密封油脂。
11.4.2 开挖机构开挖机构由切削刀盘、刀盘支承与密封系统、刀盘驱动系统、泥土仓等部分组成。
切削刀盘。
盾构刀盘是开挖机构的主要部件。
它直接与开挖面土壤接触，通过推进液压油缸的作用，使盾构刀盘向前推进，刀具切入土层，由驱动装置使刀盘旋转，刀盘把土壤切削下来，隧道向前掘进。
第六讲盾构衬砌结构
地下工程设计原理第06章盾构衬砌结构主讲教师：胡敏云本章主要内容⏹什么是盾构技术？⏹盾构构造和分类⏹盾构尺寸和千斤顶推力⏹盾构推进及衬砌拼装⏹装配式圆形衬砌构造⏹内力计算与管片结构设计学习要求：⏹了解盾构隧道的功能和适用环境；⏹掌握圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计。
盾构法是暗挖隧道的专用机械——盾构机在地面以下建造隧道的一种施工方法。
构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。
盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔推进。
盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。
盾构法施工什么是盾构技术？⏹盾构（shield ）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。
⏹头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。
⏹盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。
适用条件⏹在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义；⏹暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响。
发展历史⏹用盾构法修建隧道开始于1818年，法国工程师布鲁诺尔；⏹1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道；⏹近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构；⏹我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m 小盾构；⏹上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m 直径的大盾构；双圆式盾构：上海轨道交通8号线采用的双圆盾构双圆式盾构按形状分类⏹大致有圆形（又称半盾构）、矩形、马蹄形等几种。
⏹圆形因其抵抗水土压力较理想，衬砌拼装简便，构件可以互换，较为通用，数量最多。
⏹圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸盾构两大类。
盾构的构造和分类⏹盾构壳体⏹推进系统⏹拼装系统⏹出土系统盾构壳体是由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、水平隔板组成。
盾构法施工
第 6 章盾构施工技术第一节概述一、基本原理盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。
先在隧道的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。
盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。
盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌、再传到竖井或基坑的后靠壁上。
●盾构是进行土方开挖、正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具●盾构是一个既能支承地层压力，又能在地层中推进的钢筒结构●钢筒的前面设置各种支撑和挖土装置钢筒的中段周圈内安装顶进千斤顶钢筒的尾部可安置数环隧道衬砌●盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。
二、国外盾构施工技术发展概述1. 人工开挖盾构的发明世界上第一条人工开挖盾构隧道是由Mare Brunel和他的儿子—起在伦敦泰晤士河下建成的。
该盾构呈矩形（11.6m宽，7m高），总共只有366m长的隧道耗时20年左右，曾经历很大困难，出现过五次以上涌水。
1869年，James Henry Greathhead采用圆形敞开式盾构在泰晤士河下再建了一条外径为2.18m的行人隧道，该隧道衬砌是铸铁管片，隧道在不透水的粘土层中掘进，无地下水威胁，因此进展相当顺利。
1886年，Greathead在建造伦敦地铁时首次使用了压缩空气盾构，解决了在含水地层中修建隧道的问题。
2.机械化盾构的问世1876年：第一台机械化盾构的专利出现。
第一台机械化盾构的设想是用由几块板构成的半球状刀盘旋转切削土体，然后靠径向转动的土斗将切削下来的土体运到皮带输送机上。
1896年，J．Price的专利比第一台盾构有较大改进，刀盘由若干轮辐构成，电动驱动由长轴传递，其外形也与现代盾构较为接近。
早期的盾构技术在英国发明并得到发展并不是偶然的事件，由于19世纪和20世纪上半叶，英国是全球最强盛的工业化国家，而对隧道掘进来讲，伦敦的粘土可说是地球上较理想的土层，因此，由当时最发达的国家率先在较理想的土层中发展盾构技术是合乎技术发展的逻辑的。
盾构隧道衬砌结构及计算
2021年3月第9章盾构隧道衬砌结构1.基本概念1.1隧道衬砌隧道衬砌，英文为Tunnel Lining 。
盾构隧道的衬砌一般为预制管片，预制管片英文为Segment 。
1.2衬砌结构分类（1）按施工方法分类衬砌分为：预制管片、二次浇筑衬砌即拼装管片的内部，做了现浇的二次衬砌、压注混凝土衬砌（ECL 工法）。
是否需要内部做二次衬砌，取决于隧道的用途及结构计算，例如南水北调工程穿越黄河的盾构隧洞及珠江三角洲水资源配置工程盾构隧洞，就做了内部二衬。
（2）按材料分类，管片可分为：钢筋混凝土管片（RC ）（如图9.1所示）、铸铁管片、钢管片、钢纤维混凝土管片、合成材料。
图9.1盾构管片试拼装（佛山地铁）（错缝拼装，5+1块）1.3管片外形与尺寸管片外形可分为四边形的，六角蜂窝形的。
四边形的，例如：深圳地铁快线长隧道，例如11号线、14号线等。
管片外径6700mm ，内径6000mm ，厚度350mm ，宽度1.5m ，纵向螺栓16个，管片分度22.5°，采用左右转弯环+标准环的形式。
管片统一采用1+2+3形式（即：1块封顶块（F ），2块邻接块（L1）、（L2）、3块标准块（B1）、（B2）、（B3））。
止水条采用三元乙丙橡胶及遇水膨胀橡胶条，如图9.2所示。
K 块图9.2用于深圳地铁的Փ6700盾构管片（14号线，2020年）日本的一个六角形管片的案例，并采用插销式接头的案例：隧道直径为Ф6600mm，单线隧道衬砌主要采用6等分的RC平板型管片，环宽1600mm，厚320mm，管片连结采用新研制的FAKT插销式接头。
部分段采用环宽1250mm、厚250mm的蜂窝形RC管片。
如图9.3、图9.4所示。
图9.3日本的六角蜂窝状管片示意图图9.4在盾构隧道中待拼装的六角形管片（傅德明2012）中国在引水隧道中也用过六角形管片（山西万家寨引水工程）。
1.4管环类型：为了满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇行纠偏的需要，应设计楔形衬砌环。
盾构法隧道结构
管片接头类型
• 管片间的接头分两类：纵向接头、环向接头
• 从力学性质看可分为：柔性接头、刚性接头
螺栓接头
利用螺栓将接头板紧固起来，将管片环组装起来的抗拉连接结构。
弯螺栓连接形式
直螺栓连接形式
• 直螺栓受力性能好、效果显著、加工简单、但扩大了螺栓手 孔尺寸，影响了管片承受盾构千斤顶顶力的承载能力。
0.045kRH4
一般取 0.25 ~ 0.8
土的种类
固结密实黏性土 极坚实砂质土
密实砂质土 硬黏性土
地层基床系数值
k（kN/m³）
土的种类
30000~50000 10000~30000
中等黏性土 松散砂质土 软弱黏性土 非常软黏性土
k（kN/m³）
5000~10000 0~10000 0~5000 0
错缝拼装弯矩传递及分配示意图
课堂练习题
某地铁隧道埋深18.6m，隧道两侧土壤介质的容重
γ=19kN/m2，内摩擦角φ=12.5°，粘聚力c=20 kPa，有
地下水影响，地下水位距地面4m。预采用盾构法进行 设计施工。每环采用8块等长管片，管片厚350mm，宽 900mm。隧道内径为10m。
采用均匀圆环并结合惯用修正法计算衬砌内力
2 拱背土压
G
2
1
4
RH2
0.43RH2
3 竖向土压
• 软粘土中按h计算较为合适。
n
q i hi i 1
• 在砂土等抗剪强度较 大的地层内，且隧道埋 深超过隧道衬砌的外径 时，按“松动高度”理 论进行进算。
p
B0 c /
tan
盾构衬砌结构
• 采用经验公式计算耗气量：
Q D2 • —土质系数，当压力大于0.1MPa时，粘 性土=3.65；砂性土=7.30。
（2）气压盾构施工
• 气压盾构施工中闸墙和气闸作用是将作业 区与常压作业区隔开 。 • 闸墙必须有足够的强度与气密性. • 气闸是钢板铆接或焊接而成的圆筒形结构， 分人行闸和外闸两部分。 • 人行闸的管理是气压施工的重要环节，要 严格遵守气压作业的工作时间及进出气闸 的变压时间，以防减压病。
刚度折减
• 采用错缝拼装和通缝拼装，接缝处的刚度远远小 于断面部分的刚度，与整体式等刚度圆形衬砌差 异更大。 • 日本资料，接头刚度折减速系数η，对铸铁管片 η=0.9~1.0；钢筋混凝土管片η=0.5~0.7。 • 总体上，在饱和含水地层中按整体式自由变形匀 质圆环的计算方法误差可以接受。
多铰圆环方法
盾构千斤顶推力计算
• 阻力包括：
• • • • • • 盾构外表面与四周地层的摩阻力； 盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力； 盾构切口部分刃口切入土层的阻力； 盾构切口环切入土层时的正面阻力； 开挖面正面支撑阻力； 以及盾构自重引起的阻力，纠偏时的阻力，局部气 压或泥水压力，阻力板阻力等。
6.3 盾构推进及衬砌拼装
环、纵向螺栓
• 环向螺栓根据接缝内力情况可设置成单排或双排。 • 双排：外排螺栓抵抗负弯矩，内排螺栓抵抗正弯 矩。 • 纵向螺栓目的是使隧道衬砌结构具有抵抗隧道纵 向变形的能力 ，一块管片设3~4个螺栓。 • 螺栓材料一般采用高强度合金钢，直螺栓 。
6.5 内力计算与管片结构设计
6.5.保护下的空间内 进行拼装。 • 组成：铸铁、钢、钢筋混凝土或钢与钢筋 混凝土的复合材料等制成的管片或砌块。 • 结构受力及使用要求决定盾构及衬砌结构 形式并决定其拼装方法。
盾构隧道衬砌类型及分块
管片分块
2.衬砌管片拼装 (2)拼装顺序 ◆管片放在设有转盘的专门小车上，运到举重器处，在这转盘上转动管 片，使管片垂直于隧道轴线方向，并将其平放在对准举重钳的位置上，将举 重钳的摇轴插入管片螺栓孔中，缩回举重臂，将管片提起，再将举重臂沿隧 道环向旋转，将管片对准安放的地方就位。 ◆拼装时，按先纵后环的顺序，将管片逐块先与上一环管片拼接好，最 后封顶成环。这种拼装顺序，可轮流缩回和伸出千斤顶活塞杆以防止盾构后 退，减少开挖面土体的走动。
盾构隧道衬砌类型
管片分块
1.单层衬砌 止水带
(1)装配式衬砌
②板形管片
手孔
注浆孔
A-A 视图 螺栓孔
图7-17 平板形管片结构图
盾构Байду номын сангаас道衬砌类型
1.单层衬砌 (1)装配式衬砌 ②板形管片
管片分块
盾构隧道衬砌类型
管片分块
1.单层衬砌 (1)装配式衬砌 ③复合管片 ●其外部孤面采用钢板焊接成为钢壳，在钢壳内部用钢筋混凝土浇灌而 成，形成由钢板和钢筋混凝土复合而成的管片。 ●常用于普通隧道的特殊区段。 ●它的优点是强度大于钢筋混凝土管片，抗渗性特别好；抗压性与韧性 比铸铁管片高。 ●但耐腐蚀性差，造价也较高，如无特殊要求时，不宜大量采用。
盾构隧道衬砌类型
管片分块
1.单层衬砌 (1)装配式衬砌 ④铸铁管片 ●这种管片重量轻、耐腐蚀性好、材质均匀、强度高、机械加工后的 精度要求高、接头刚度大、拼装准确，因此防水效果也好。 ●但是造价非常高，因此只限于用在建筑物下面需要高强度管片的部 位或盾构法施工的车站、通风口、泵站等位置。
盾构隧道衬砌类型
盾构隧道衬砌类型
3.管片接头螺栓 (2)弯螺栓接头 ◆在管片上预留出供弯螺栓穿过的弓 形孔道，并在适当位置留出必要的凹槽， 称为手孔， ◆是一种较为经济的接头形式，在我 国地铁工程中使用较多，但与直螺栓接头 相比，拼装要麻烦一些。
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地下工程设计原理第06章盾构衬砌结构主讲教师：胡敏云本章主要内容⏹什么是盾构技术？⏹盾构构造和分类⏹盾构尺寸和千斤顶推力⏹盾构推进及衬砌拼装⏹装配式圆形衬砌构造⏹内力计算与管片结构设计学习要求：⏹了解盾构隧道的功能和适用环境；⏹掌握圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计。
盾构法是暗挖隧道的专用机械——盾构机在地面以下建造隧道的一种施工方法。
构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。
盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔推进。
盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。
盾构法施工什么是盾构技术？⏹盾构（shield ）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。
⏹头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。
⏹盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。
适用条件⏹在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义；⏹暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响。
发展历史⏹用盾构法修建隧道开始于1818年，法国工程师布鲁诺尔；⏹1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道；⏹近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构；⏹我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m 小盾构；⏹上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m 直径的大盾构；双圆式盾构：上海轨道交通8号线采用的双圆盾构双圆式盾构按形状分类⏹大致有圆形（又称半盾构）、矩形、马蹄形等几种。
⏹圆形因其抵抗水土压力较理想，衬砌拼装简便，构件可以互换，较为通用，数量最多。
⏹圆形盾构中，敞胸盾构和闭胸盾构两大类。
盾构的构造和分类⏹盾构壳体⏹推进系统⏹拼装系统⏹出土系统盾构壳体是由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、水平隔板组成。
主要构件是盾构千斤顶和液压设备。
衬砌管片安装是在盾尾中进行的，主要设备是衬砌拼装器（亦称举重臂），一般安装在支承环上。
可采用有轨、无轨和管道运输的形式；与盾构挖土系统相匹配。
水平隔板竖直隔板切口环支承环盾尾盾构机类型盾构机按照工作原理及发展史可将盾构分为如下几种盾构：⏹密封式盾构：泥水平衡式盾构、土压平衡式盾构⏹全敞开式盾构：手掘式、半机械式、机械式⏹半敞开式盾构：挤压式盾构挖掘方式构造类型盾构名称开挖面稳定措施适用地层附注人工开挖（手掘式）敞胸普通盾构临时挡板、支撑千斤顶地质稳定或松软均可辅以气压、人工井点降水及其它地层加固措施棚式盾构将开挖面分成几层，利用砂的安息角和棚的磨擦砂性土网格式盾构利用土和钢制网状硌栅的磨擦粘土淤泥闭胸半挤压盾构胸板局部开孔依赖盾构千斤顶推力土砂自然流入软可塑的粘性土全挤压盾构胸板无孔、不进土淤泥半机械式敞胸反铲式盾构手掘式盾构装上反铲挖土机土质坚硬稳定开挖面能自立辅助措施旋转式盾构同上，装上软岩掘进机软岩机械式敞胸旋转刀盘式盾构单刀盘加面板多刀盘加面板软岩辅助措施闭胸局中气压盾构面板和隔板间加气压多水松软地层不再另设辅助措施泥水加压盾构面板和隔板间加压力泥水含水地层、冲积层、洪积层辅助措施土压平衡盾构（加水式、加泥式）面板和隔板间充满土砂容积产生的压力与开挖面处的地层压力保持平衡淤泥、淤泥混砂辅助措施泥水平衡盾构机泥水气压平衡盾构是通过在支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，通过控制中心泥水液面高度，维持开挖面压力稳定。
泥水平衡盾构掘进机结构示意图泥水平衡盾构机工作原理泥水平衡盾构掘进机工法示意图泥水盾构掘进机对于隧道面可被泥水加压所支撑的土质条件很理想，适用于应付各种困难地层和控制地表沉降。
挖出的土以泥水形式由管道运输，而砾石可压碎后被管道运输或在管道输送中途被移走。
泥水处理装置地下水位高、水压大的地层中特别适合使用泥水盾构，因泥水盾构是将水、土及添加剂混合制成的泥水经输送管道压入泥水舱，用泥水压来平衡掌子面的水土压。
掘进时刀盘切削下来的土砂进入泥水舱，搅拌后经泥浆泵送到地表的泥水分离系统，待水土分离后再把滤除掘削土砂的泥水重新压送回泥水舱。
如此不断循环完成掘削、排土、推进。
在盾构中泥水平衡式盾构对地层的扰动最小，地面沉降最小。
泥水平衡盾构适用土层盾构机示意图盾构机照片泥水平衡盾构优缺点对于泥水盾构，因其掌子面前方泥水成膜的关系，其刀盘、刀具的耐磨性比土压盾构要好，但在砂砾地层中使用，排泥管的磨耗是比较严重的，需要采取耐磨措施。
至于泥水盾构的密封措施，盾尾止水刷需采用将密封材料或润滑脂压入钢丝刷间或用4道密封承受高水压。
泥水盾构对地层稳定性的控制较好，但工艺复杂且辅助设备多，尤其是需要泥水处理设备，占地面积大，费用较高。
泥水平衡盾构结构示意图土压平衡盾构机土压平衡式盾构(EPBS)自1974年在日本首次使用以来，以其独特的优势已广泛用于世界各地的隧道工程中。
目前，土压平衡式盾构在全国地铁、市政、能源等工程建设中得到更为广泛的应用。
实践证明，土压平衡式盾构因其能较好地控制地表沉降、保护环境、适应在市区和建筑密集处施工等优点，在我国正走向普及。
土压平衡盾构工法示意图土压平衡盾构法基本原理是用有形钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进，这个钢制组件就是盾构，土压平衡盾构是通过盾构土压舱中土压控制平衡刀盘前方土压力和地下水压力，使掘进工作面保持稳定。
●土压平衡盾构优点：（1）土压平衡盾构可节省泥水处理设备费用，造价比泥水盾构低，对周围环境无污染。
通过大量的工程实践，土压平衡盾构已大大地显示出技术经济上的优越性，因而得到了快速的发展和推广，成为当前隧道施工的首选方案。
（2）根据不同的施工条件和地质要求，可采用不同的开挖面稳定装置和排土方式，设计成不同类型的土压平衡盾构，使其能适应从松软粘性土至砂卵石土层范围内的各种土层，较好地稳定开挖面地层，减小和防止地面沉降、变形，提高隧道施工质量。
（3）加泥型土压平衡盾构是在普通型土压平衡盾构的基础上通过盾构配备加泥、泡沫及水装置加入添加剂(膨润土或高效发泡剂)，扩大对地层的适应性，通过刀盘开挖搅拌作用，使注入的添加剂与开挖下的泥土混合，而将泥土转变为具有流动性好和不透水性的泥土，及时充满泥土舱和螺旋输送机体内全部空间，随着盾构的不断推进而顺利地由螺旋输送机排土口排出；●土压平衡盾构缺点：土压平衡盾构，必须解决的几个关键问题是:（1）刀盘、刀具的耐磨性;（2）如何破碎大粒径漂石;（3）如何防止喷涌以及盾构的密封性能。
敞开式盾构掘削面呈敞露状态，故挖掘状态是干挖态，所以出土效率高。
这种形式的盾构可根据其机械化程度的差异，分为人工式、半机械式、机械式三种。
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。
敞开式盾构机打浦路隧道工程施工直径10.22m盾构掘进机（可转换为闭胸式盾构）敞开式盾构适用土层及辅助施工措施全敞开式盾构用于掘削面自稳性好的地层(如:洪积层压实砂、砂砾、固结粉砂及黏土)。
对自稳性差的地层(如:冲积层中的砂层、粉砂层及黏土层)而言，应辅以压气、降水、注浆加固等措施，以便确保掘削面的稳定。
敞开式盾构在地层掘进的前提是需沿线大范围的地面降水，同时为了保障施工沿线上方建筑的安全，以及防止开挖掌子面的失稳，采用预注浆和超前管棚等辅助施工措施是必要的。
敞开式盾构机优缺点●敞开式盾构使用的优点：（1）对盾构设备的要求较低，可实现国产化;（2）可形成多种断面形式，如矩形、马蹄形等;（3）漂石、砂卵石等对开挖的制约小。
●敞开式盾构使用的缺点：（1）需要采取强有力的辅助施工措施进行超前地层加固，否则，掌子面土体难以实现自稳，会诱发严重的安全事故。
（2）对地下水生态环境会造成严重破坏。
由于需要沿线大范围地面降水，这将在施工地段周围产生很大的降水漏斗，周围的水环境将受到严重的不利影响，甚至会导致地面绿化带的枯死及沉降。
同时，当注入有机浆液加固地层时，会使地下水受到污染;（3）敞开式盾构的设备费用和人工开挖费用虽然较低，但加上其辅助加固费用，成本不一定得到降低;（4）采取人工开挖，施工进度缓慢，容易延误工期，会影响整个工程的进度。
同时若采用了压气的辅助工法，则当压气气压>1.5bar时，操作人员会患高压病，直接威胁人体健康。
盾构几何尺寸的选定主要指盾构外径D 和盾构长度L 、盾构灵敏度L/D 。
x ：最小建筑空隙值δ：盾尾钢板厚度δ=0.02+0.01(D -4)()δ++=x d D 2d L mm x w==αL 0—盾尾长度；L 1—支承环长度；L 2—切口环长度；L 3—前檐长度。
3210L L L L L +++=盾构灵敏度L/D盾构长度与直径之比(L/D)称为盾构灵敏度。
它对盾构操纵的灵活性有着很大影响，其值越小，盾构操作越灵活。
⏹经验数值:⏹小型盾构D=2~3m，L/D=1.5⏹中型盾构D=3~6m, L/D=1.00⏹大型盾构D=6~9m, L/D=0.75⏹特大型盾构D＞12m, L/D=0.45~0.75盾构千斤顶推力计算⏹盾构千斤顶应有足够的推理克服盾构推进时所遇到的阻力：⏹盾构外表面与四周地层的摩阻力；⏹盾尾内壳与衬砌结构之间的摩阻力；⏹盾构切口部分刃口切入土层的阻力；⏹盾构切口环切入土层时的正面阻力；⏹开挖面正面支撑阻力；⏹以及盾构自重引起的阻力，纠偏时的阻力，局部气压或泥水压力，阻力板阻力等。
手掘式盾构的阻力：⋅⋅⋅++++⋅⋅+=∑22221F F F F F F 日本盾构总推力经验公式2(70100)()4P D N π=-盾构尺寸和推力参考图盾构总推力ϖ∑隧道名称直径D(m)长度L(m)灵敏度L/D 重量W(t)盾构千斤顶（只数）盾构总推力(104N)盾壳厚度(mm)荷兰Vehicular 9.17 5.730.6340030600070美国林肯隧道9.634.710.4930428644063=12.7美Brooklyn-battery 9.63 4.710.4931528644063=12.7美Queen-Midtown 9.65 5.700.59285600比利时Antwerpen9.50 5.500.57627532640070Rotherhite 9.35 5.490.586406700原苏联莫斯科地铁9.50 4.730.5340363500中国上海打浦路隧道10.20 6.630.65400408000中国上海延安东路隧道11.267.800.69480448800盾构推进及衬砌拼装（1）盾构推进⏹已建隧道所采用过的大直径盾构，大部分都属于手掘式敞胸盾构或闭胸挤压盾构，或者是两者兼有的盾构。