盾构机分类及选型
盾构选型施工程方案
盾构选型施工程方案一、项目概况本工程位于城市地下，主要是用于建设地下隧道，项目全长约3公里，内径为8米，设计时速为80公里/小时，设计规模为双向四车道，设计深度为25米。
由于本项目地下环境复杂，对地下建筑物和管线的保护和限制条件苛刻，施工难度大。
基于此，我们需要制定合理的盾构选型施工方案。
二、盾构选型1. 盾构机类型选择本项目需要选择一种适合的盾构机进行施工。
我们初步选定了两种类型的盾构机：开式盾构机和封闭式盾构机。
（1）开式盾构机开式盾构机结构简单，维护方便，操作容易，适用于软土层、黏土层和砂土层的隧道施工。
但是在本工程中，由于地质条件较差，软硬岩层交错，地下水丰富，开式盾构机在抵御地下水涌入和岩石崩落方面存在一定的困难。
（2）封闭式盾构机封闭式盾构机结构复杂，但对地下水涌入和岩石崩落的抵御能力较强，适用于软硬岩层、黏土层和砂土层的隧道施工。
同时，封闭式盾构机还具有泥浆压平功能，可有效控制隧道掘进面稳定，提高施工安全性。
2. 盾构机参数选择综合考虑本项目的地质条件，施工环境和施工要求，根据封闭式盾构机对地下水涌入和岩石崩落的抵御能力较强的特点，我们决定选择封闭式盾构机进行本项目的施工。
在选择具体的封闭式盾构机时，需要考虑盾构机的直径、推进能力、驱动功率、泥浆处理能力等参数。
根据工程地质勘察报告和现场实地勘察，我们初步确定了以下盾构机参数：盾构机直径：8.2米推进能力：90米/小时驱动功率：6400千瓦泥浆处理能力：1200立方米/小时三、施工方案1. 盾构机施工工艺（1）水平掘进通过盾构机的主推进缸和尾缸的协同作用，推进盾构机实现水平掘进。
在盾构机水平掘进时，需要加强对盾构机周围土体的支护，以防止地下水涌入和岩石崩落。
（2）泥浆泵送盾构机水平掘进时，需要通过泥浆循环系统对施工面进行稳定压实。
泥浆泵将泥浆从工作面抽回到地面处理，然后再通过泵送管路将处理后的泥浆送回到工作面，形成循环。
泥浆循环系统的设计和使用能够保证施工面的稳定，减少地基沉降，提高施工效率。
不同地质下盾构机选型
膨润土添加系统及泡沫系统
盾构
刀盘 盾壳 压缩空气 土压传感器 泡沫发生器
M
后配套
泡沫剂箱
膨润土系 统接口
`
泡沫剂泵 M
回转 机构
水泵 水箱 螺旋输送机
泡沫及膨润土系统示意图
螺旋输送机
螺旋输送机由伸缩筒、出碴筒、液压马达、螺旋 轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾构的排土装置， 主要有以下三个功能： 1）将盾构土仓内的土体向外连续排出， 2）土体在螺旋输送机内向外排出的过程中形 成密封土塞，阻止土体中的水分散失，保持土仓 内土压的稳定。 3）将盾构土仓内的土压值自动与设定土压值 进行比较，随时调整向外排土的速度，控制盾构 土仓内实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构 连续正常向前掘进。
不同地质条件下 盾构选型
2016年10月20日
不同地质条件下的盾构选型
1 2 3 4 5 6 7 8 盾构的“类型” 盾构的“机型” 盾构的“模式” 盾构选型的依据 泥水盾构开挖面稳定机理 土压平衡盾构开挖面稳定机理 盾构选型 盾构选型时必须考虑的特殊因素
1 盾构的“类型”
• 盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环 境，特别是与特定的基础地质、工程地质 和水文地质特征相匹配的盾构的种类。 • 根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分 为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾构 三类。因此，盾构的“类型”分为软土盾 构和复合盾构两类。
• 采用泥水气压平衡时，开挖地层一般自稳性 较差。平衡机理：开挖仓内的泥水压力通过 气压调节方式进行控制。
4 盾构选型的依据
• 盾构选型是盾构法施工的关键环节，直接影 响盾构隧道的施工安全、施工质量、施工工 艺及施工成本，为保证工程的顺利完成，对 盾构的选型工作应非常慎重。
《盾构机分类及选型》课件
本课件将介绍盾构机的分类和选型，帮助您更好地了解和选择适合用于隧道掘进的特种土木工程机械设备。
作用： 盾构机通过推进的方式在地下隧道掘进过程中同时完成支撑和爆破土层的工 作。
结构和组成部件： 盾构机由主体结构、推进系统、导轨系统、排土系统、液压系统等部件组成。
优缺点： 矩形盾机具有适应性强、施工环境控制较好的优点，但刀盘转动较为复杂，构造复杂度较高。
开式盾构机
开式盾构机是一种常见的盾构机结构形式。
基本结构： 开式盾构机由盾体、刀盘、推进室等部分组成，前部没有闭合的壳体。
工作原理： 开式盾构机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时进行支撑和排土工作。
适用工程特点和范围： 开式盾构机适用于软弱土层、沉积层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
优缺点： 圆盾机具有掘进速度快、施工效率高的优点，但在硬岩地层中的适用性较差。
矩形盾机
矩形盾机是另一种常见的盾构机类型。
基本结构： 矩形盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 矩形盾机通过刀盘的旋转和前铰链的作用挖掘土层，同时推进室内进行支护，实现隧道的掘进。
适用工程特点和范围： 矩形盾机适用于较硬的地层，如岩石、玄武岩等，能够应对不同地质条件下的隧道工程。
盾构机的分类
盾构机可按照不同的方式进行分类。
按推进方式分类： 圆盾机和矩形盾机。
按盾构机构型分类： 开式盾构机和封闭式盾构机。
圆盾机
圆盾机是一种常见的盾构机类型。
基本结构： 圆盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 圆盾机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时推进室内进行支护，实现隧道的掘进。
适用工程特点和范围： 圆盾机适用于软弱土层、淤泥层、砂质土层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
盾构机的分类及选型
2．盾构机选型的其它条件 除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多，如工期、造价、环境 因素、基地条件等。
工期制约条件
因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。 其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。
造价制约因素
一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密 闭式盾构机那样有复杂的后配套系统，在地质条件允许的情况下，从降低造 价考虑，宜优先选用敞口式盾构机。
盾构类型与水压的关系
• 当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。 如采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形 成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸 门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土 压力下降，导致开挖面坍塌。 • 当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采 用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的 长度，或采用二级螺旋输送机。
１９９５年
盾构选型的基本原则
开挖面稳定 地层的适应性 地下水处理 沉降 施工适宜性 安全性 辅助工法 环境及公害
盾构类型与渗透性的关系
地层渗透系数
卵石层 粗砂砾层 中细砂砾层 粉细砾层 粗砂层 中砂层 细砂层 淤泥质粘土 淤泥
渗 透 系 数
–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– ––
我国典型地区盾构选型
我国盾构应用较多或较早的地区是上海、 广州及北京地区，可以说这三个地区分别代 表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。 上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北 京是砂卵石地层为特点。
1. 根据地质条件选择盾构机类型
砂质土类自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工。若 为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡 盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构。砂砾和软岩等强度较 高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。因 在相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之，盾构简单，制 造使用方便，造价低。 针对地下水条件，若其压力值较高（大于0.1MPa），就应优先考虑 使用密封型的盾构，以保证工程的安全，条件许可也可采用降水或气 压等辅助方法。 对于砾径较小的地层，可以考虑各种盾构的使用。若砾径较大，除自 立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外，－般应使用 土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构的话，须增加一个鳄式碎石机， 在输出泥浆前，先将大石块粉碎。
盾构机主要结构功能及分类
盾构机主要结构功能及分类盾构机是一种用于地下隧道工程的机械设备，可以将土层钻掘和推进到机体后方，并同时安装预制的隧道衬砌。
它的主要结构由下述几部分组成，并具有相应的功能。
1.推进架：推进架是盾构机的主体支撑结构，通过支撑来分担推进机构产生的推力，并将其传递给隧道衬砌。
推进架内部包含两个推进头（用于掘进）和一个后备推进装置（用于支撑推进），以及一些液压支撑腿和插板，用于调整和固定推进架在隧道内的姿态。
2.切削头：切削头是盾构机的前部装置，由盾壳、刀盘和剥片组成。
刀盘上带有切削刀具，通过自转和推进向前的作用，将前方土层切割、破碎，并通过剥片将其带回盾壳内，然后通过管道输送到地面。
3.后部封闭状态：后部封闭状态由后推装置和盾壳后部密门组成。
在切削头前进时，后部封闭状态可以防止土层倒灌，同时也可以提供泥浆的均匀分布。
4.泥浆循环系统：泥浆循环系统用于冲洗切削区域和运输土层碎片。
它包括泥浆池、泥浆泵、沉淀器、过滤器等设备，可以实现循环使用泥浆，减少泥浆的消耗并保持隧道稳定。
盾构机可根据其适用工程和特点进行分类，常见的分类方式有以下几种：1.土压式盾构机：土压式盾构机是最常用的一种盾构机类型。
它通过切削头前进时施加土压力，将以往的土层推到推进机构后方，并利用一个密闭的后部封闭状态防止土层的倒灌。
这种类型的盾构机适用于切削耐水的软土、砂质土或含有少量卵石的土层。
2.水压式盾构机：水压式盾构机是用水压力代替土压力推进的一种盾构机。
切削头前方通常填充高压注浆或者与切削头相接的压水室，通过在切削头和管片之间施加适当的压力，实现推进并保持隧道稳定。
这种类型的盾构机适用于岩石地层或特殊地质情况下的隧道掘进。
3.平衡盾构机：平衡盾构机是一种在切削头和推进机构之间保持地层平衡的盾构机。
它将切削头前方的土层留在盾壳内部，并通过在推进架内增减水压来平衡切削头前的土层压力，避免地下水倒灌或塌方。
这种类型的盾构机适用于软土、粉砂层和含有水化学物质的地层。
科普盾构知识点总结
科普盾构知识点总结一、盾构机的分类及工作原理：1.盾构机的分类：盾构机主要分为普通盾构机和土压平衡盾构机两种类型。
根据不同的地质条件和工程要求，选择合适类型的盾构机是非常重要的。
（1）普通盾构机：普通盾构机是最常见的盾构机类型，适用于地质较好的地质条件，一般用于软土层、砂质土层和松散砂岩等地层的隧道开挖。
它的工作原理是通过施加液压推进力，推动盾构机前进并进行土层的开挖，然后在推进的同时进行隧道衬砌的施工，最后形成一个完整的隧道结构。
（2）土压平衡盾构机：土压平衡盾构机适用于地质较差的地质条件，例如黏土、软弱砂岩和黏壤等地层。
它的工作原理是通过施加与地层土压相平衡的土压平衡力，防止地下水和土层的涌入，从而保证安全稳定地进行隧道开挖。
土压平衡盾构机在处理软弱地层时具有较大的优势，可以有效避免地面沉降和地下水涌入等问题。
2.盾构机的工作原理：盾构机的工作原理主要包括土层开挖、隧道衬砌和推进三个阶段。
（1）土层开挖：盾构机在进行隧道开挖时，首先需要进行土层的开挖工作。
它通过刀具和刀盘对地层进行切割和掘进，将土层从隧道工作面上切削下来，并通过输送设备将土层带至隧道后部的料斗中。
在这个过程中，盾构机需要施加一定的推进力以克服土层的阻力，并同时进行隧道衬砌施工，确保隧道结构的稳定和安全。
（2）隧道衬砌：隧道衬砌是盾构机工作中非常重要的一个环节，它直接影响到隧道的质量和安全性。
在盾构机进行土层开挖的同时，需要同时进行隧道衬砌的施工，一般采用预制节段和喷射混凝土两种方式。
预制节段是通过现场浇筑或预制成形的隧道衬砌节段，用于保护地下结构和确保隧道的稳定。
（3）推进：在进行土层开挖和隧道衬砌之后，盾构机需要进行推进工作，将盾构机推向下一工作环节。
推进是盾构机工作的重要环节，通过施加一定的推进力，盾构机可以快速地前进，并在此过程中进行土层开挖和隧道衬砌工作，最终完成整个隧道结构的施工。
二、盾构机的主要构成和关键部件：1.主要构成：（1）盾构机主要由刀盘、主机、推进系统、控制系统、料斗、隧道衬砌系统以及供电和供水系统等组成。
盾构机类型和选用原则
盾构机类型和选用原则
盾构机是一种用于隧道挖掘的工程机械，根据不同的工程需求和地质条件，盾构机可以分为以下几种类型：
1. 泥水式盾构机：适用于软弱的土层或泥水地层，通过泥水压力平衡掌子面的水土压力。
2. 土压平衡式盾构机：适用于粘性土层或砂土质地层，通过土压力平衡掌子面的水土压力。
3. 硬岩盾构机：适用于坚硬的岩石地层，通过刀具切割岩石实现掘进。
4. 混合式盾构机：适用于地质条件复杂的地层，可以同时使用泥水式和土压平衡式两种方式进行掘进。
在选用盾构机时，需要考虑以下原则：
1. 地质条件：根据隧道穿越的地质条件，选择适合的盾构机类型。
2. 工程规模：根据隧道的长度、直径和曲率等工程规模，选择适当的盾构机尺寸和性能。
3. 施工环境：考虑施工现场的环境条件，如地下水位、周边建筑物等，选择适合的盾构机类型。
4. 工程进度：根据工程进度要求，选择能够满足施工进度的盾构机。
5. 经济效益：综合考虑盾构机的购置成本、运行成本和维护成本等因素，选择经济效益最佳的盾构机。
选用合适的盾构机对于隧道工程的顺利进行和施工质量至关重要，需要根据具体情况进行综合考虑和决策。
盾构选型
盾构选型盾构选型包括盾构机选型与衬砌选型两个方面。
1.盾构的种类与选型盾构机是一种用钢板作成圆筒形结构的活动支撑,是通过软弱、含水地层,特别在海底、河底、城市内修建隧道的一种施工机械。
在盾构的支护下,可安全地进行掘进和衬砌。
盾构施工法是使用盾构机在地下掘进,边防止开挖面土砂崩塌边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业从而构筑成隧道的施工方法。
因此,盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。
一般地,按开挖面与作业室之间隔墙构造可分为敞式、半开敞式及密封式三种。
密封式又可分为泥水加压式盾构和土压平衡式盾构。
泥水加压式盾构,是在切削刀盘后方设隔墙将盾构封闭起来,压力泥水送入此隔墙与掌子面之间的所谓泥水室,用泥水压力形成承压面,以抵抗地层水压,防止开挖面的塌方。
用切削刀盘进行开挖,切削下来的砂土经搅拌机搅拌成泥浆,由泥浆泵经排泥管道抽出,输送到地面泥水处理场。
一面切削,一面用千斤顶向前推进盾体,至一个衬砌管片宽度时,用盾尾拼装机进行管片安装。
泥水加压盾构有盾尾的漏水以及难以确认开挖面状态及刀具磨耗等确点,还需要较大的泥水处理场地。
泥水加压盾构对于不稳定的软弱地层或地下水位高,含水砂层,粘土以及冲积层以及洪积层等流动性高的土质,使用效果较好。
泥水加压平衡盾构具有土层适应性强、对周围土体影响小、施工机械化程度高等优点。
根据日本的实践,在砂层中进行大断面、长距离推进的盾构机,大多采用泥水加压式盾构机。
实践证明,掘进断面越大,用泥水加压式盾构机的效果越好。
泥水加压式盾构机除在控制开挖面稳定以减少地面沉降方面较为有利外,还在减少刀头磨损、适应长距离推进方面显示出优越性。
土压平衡盾构是在切削刀架及螺旋输送机内部充填的土砂所产生的压力与开挖面的土压保持平衡。
施工中一边掘进,一边控制推进千斤顶推力、推进速度、刀盘和螺旋输送机回转扭矩、速度以及闸门千斤顶的开口度,使之不断与开挖面的土压保持平衡。
有软稠度的粘质粉土和粉砂是最适合使用土压平衡式盾构机的土层。
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精品
软土盾构
2020/12/31
复合盾构
精品
• (2) 按盾构机横截面形状分类
半圆形 圆形 椭圆形 马蹄形 双圆搭接形 三圆搭接形 矩形
2020/12/31
精品
2020/12/31
精品
• (3) 按盾构机横截面的形状分类
• 超小型盾构
φ<1m
• 小型盾构
3.5m≥φ≥1m
• 中型盾构
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
2020/12/31
精品
• 主要内容
• 1 盾构机分类 • 2 盾构机选型 • 3 盾构机选型举例
2020/12/31
精品
1 盾构机分类
• (1) 按掘削地层分类
硬岩盾构（TBM） 软岩盾构 软土盾构 硬岩软土盾构
TBM 双护盾
2020/12/31
多轴摇动掘削式 圆形多轴摇动掘削式 其它断面形状多轴摇动掘削式
摆动掘削式
横向摆动掘削式(矩形) 纵向摆动掘削式(矩形)
2020/12/31
精品
• (8)按盾构机特殊构造分类
中折盾构 球体盾构 异径母子盾构 重心靠前盾构 特殊构造的盾构 现场换刀盾构 可直接掘削前障碍物盾构 机体可分可合盾构 固体回收盾构 倾斜中空轴全断面机内注浆盾构 2倾02斜0/12中/31空轴全断面机内注浆+活动精前品檐盾构
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
高渗透性10-3
10-4
一般渗透性
10-5
砂
砾石
高浓度膨润土 复合式盾构
EPB + 添加剂
粘稠度系数 IC
渗透系数 k [m/s]
弃土容重
2020/12/31
泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
精品
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
• 盾构掘进机选型的其他条件
• （1）工期条件的制约 • （2）造价因素的制约 • （3）环境因素的制约 • （4）基地条件的制约 • （5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约
3.４ 盾构机总体参数（方案）
盾构机总体设计范围及主要尺寸
开挖直径： 前护盾直径： 主机长度： 总长度包括后配套： 总重量包括后配套： 最小曲线半径：
盾构机总体设计范围
最大掘进速率 平均掘进速率 管片平均安装时间 管片宽度
根据上述计算每班次掘进速率 每日双班工作时掘进速率
2020/12/31
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6280 mm 6250 mm 约 9.0m（含刀盘） 约 82 m 420 t 250m
6m≥φ≥3.5m
• 大型盾构
14m≥φ≥6m
• 超大型盾构
18m≥φ≥14m
• 特大型盾构
φ>18m
2020/12/31
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• (4) 按掘削面的敞开程度分类
全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式 部分敞开式：网格式 封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承 式
•
2020/12/31
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• (5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类 人工挖掘式 、半机械掘削式、机械掘削式
2020/12/31
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•盾构掘进机选型的一般程序
2020/12/31
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不同地质条件下全断面掘进机选型
筛分通过率 <d %源自粒径分布曲线泥土粒径
筛分粒径
粉质土
粘土 细 100
中粗 粗
90
砂
细
中粗 粗
砾石
细
中粗 粗
80
70 60
EPB
50
40
Foam
30
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
颗粒直径 d单位mm
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
2020/12/31
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不同地质条件下全断面掘进机选型
0,25
柔软
0,50
软
0,75
硬
1,00
坚硬
粘土
粉土
EPB模式
添加剂
防止堵塞
EPB
敞开模式
添加剂增加塑性
很高渗透 性 10-2
偏软地层导致的地表沉降 由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞 丰富的地下水与水压的问题 软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进 膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加 附着性粘土与基岩的掘进 掘进途中的刀具更换
2020/12/31
精品
3.3 隧道管片参数
2020/12/31
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边掘进边组装管片盾构工法
2020/12/31
精品
• (11)综合分类
2020/12/31
精品
2 盾构机选型
• 盾构掘进机选型依据 ❖(1) 土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数） ❖(2) 开挖面稳定（自立性能） ❖(3) 隧道埋深、地下水位 ❖(4) 设计隧道的断面 ❖(5) 环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性） ❖(6) 衬砌类型 ❖(7) 工期 ❖(8) 造价 ❖(9) 宜用的辅助工法 ❖(10) 设计路线、线形、坡度 ❖（11）电气等其他设备条件
2020/12/31
精品
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
2020/12/31
精品
二号线穿越汉口和武昌，隧 道穿越地质种类比较全面： 粘土、粉质粘土、 淤泥质粉质粘土、 粉细砂、中粗砂、 砂 岩、粉砂岩、 石英砂岩、炭质灰岩、 钙质泥岩、强风化泥岩、 强风化含碳硅质页岩等。
3.2 本工程重点/难点
• (9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
2020/12/31
直角弯隧道盾构
偏心急弯曲线盾构
大坡度盾构
地中对接盾构
CID 工法 MSD 工法
侧接盾构
站盾构分岔盾构
路线可变扭曲盾构
竖向掘削盾构
扩掘盾构 变径盾构 大深度盾构 长距离盾构 高速掘进盾构
上掘盾构 下掘盾构
精品
• (10)按盾构隧道衬砌施工方法分类
◆手掘式盾构 ◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
2020/12/31
精品
• (6)按掘削面的加压平衡方式分类 外加支承式 气压式 泥水式 土压式
2020/12/31
精品
•(7)按刀盘运动形式分类
方式的盾构
圆形转动掘削式 转动掘削式 行星游动掘削式
中心支承式 中间支承式 周边支承式
扇形转动掘削式 矩形多轴摇动掘削式
衬砌施工方法不 二次衬砌法（管片为一次衬砌，另行浇注二次衬砌）
同的盾构方法
一次衬砌法（仅保留管片一次衬砌，略去二次衬砌）
包缠保护膜盾构工法（为提高隧道衬砌的止水性和耐久性，在盾构机内对管片外
盾构
侧进行包缠保护膜施工）
现场浇注混凝土
盾尾内空架设钢筋浇注混凝土做衬法(照片6.1.12)
衬砌法(ECL工法) PC-ECL工法