1.盾构发展史
用盾构机边防止土 砂的坍塌，边进行 掘推进，并在盾尾 进行衬砌作业从而 修建隧道的方法
开 挖 面
初期开放型手掘式盾构
盾构工法的原理
盾构
盾构隧道
TEMS河底公路隧道
SHIELD工法的诞生
• １８１８ 法国人工程师 Ｍ．Ｉ．Ｂｒｕｎｅｌ 发明（专利 ） • １８２３ TEMS河底公 路隧道计划 • １８２５ 开工 （塌方，停工） • １８３４ 再次上马 • １８４１ 贯通 • １８４３ 使用
未来地下空间
谢 谢！
大断面，大深度，长距离，高速化 断面的多样化；MF盾构，DOT盾构 自由断面，扩大断面盾构，球体盾构
１９３１年
M３年 RENINGRADE TYPE SHIELD
气压工法的诞生
• １８６９ Ｇｒｅａｔｈｅ ａｄ和 Ｂａ ｒｌｏｗ采用圆 形盾构机在泰晤 士河第2条隧道使 用使用铸铁管片 • １８８６ Ｇｒｅａｔｈｅ ａｄ在南伦敦铁 道使用盾构和气 压法组合
盾构与水下隧道技术
工学博士 授 袁大军 教
北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心 北京 Beijing JiaoTong University Research Center of Tunneling and Underground Works，Beijing 2011年7月
盾构技术的发展变迁
盾构 管片
盾构法的历史表
年 代 特 征 第一代 (1818～1880年） 第二代 (1880～1960年） 第三代 (1960～1980年） Brunel的盾构 Greathead和Barlow的盾构 机械式盾构 TBM 气压式盾构 开挖面的稳定 城市盾构工法 闭胸式盾构 泥水式，土压式
第四代 (1980～）
６．７８ｍ １１．４３ｍ
Ｍ．Ｉ．Ｂｒｕｎｅｌ 申请的盾构专利图
Ｍ．Ｉ．Ｂｒｕｎｅｌ设计的在泰晤士河底施工的盾构
泰晤士河底隧道
盾构法的特征
原 理 特 征
保持围岩的稳定 保持开挖面的稳定 预制管片 重复作业 暗挖作业
施工作业安全 地基变形容易控制 施工容易，品质容易保证 省力化容易，工期管理容易 路面交通阻碍少 噪音,振动少 周围环境不被破坏
盾构法发展历史资料
1818年，法国工程师布鲁诺尔（Mare Isambard Brunel）在 伦敦从船蛀在船板上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到 启示，发现了盾构法掘进隧道的原理。
后来，布鲁 诺尔完善了 构思，注册 了专利。敞 开式手掘盾 构的原型问 世
盾构法隧道施工的起源和发展
盾构新技术的展望之ECL盾构工法
ECL工法就是代之以往的管片，在盾尾浇筑混凝土，修建衬 砌的隧道施工方法。
优点：在盾构掘进的同时加压新浇筑混凝土，因可以修建 出与土体密切粘附在一起的衬砌体，又可以得到密实的高 质量的衬砌体，还可以控制对周边土体的影响，同时有降 低工程费用缩短工期的特点，适用于山岭隧道及都市隧道。
Sewer gallery（Clichy）
Spree road隧道（Berlin） Orleans Railway（Paris） Sewer隧道（Hamburg）
Elb隧道 Clichy
长度 （m）
460 90 403 10200 580
465
375 1230 2150
920
直径 （m） 11.3х6.7
根据记载，1825～1911年为世界早期盾构法隧道 发展时期，下表为该阶段盾构法隧道发展概况。
年份
1825-1843 1869-1870
18691886-1890 1890-1893
1892-1894
1896-1899 1898-
1899-1904
1907-1911
工程
Thames隧道（London） Broadway（New York） Tower Subway（London） City South Subsay（London） Glasgow Harbour road
探讨盾构法隧道施工技术发展
探讨盾构法隧道施工技术发展盾构法是指利用盾构机进行隧道施工的方法。
随着城市化进程的加快，城市交通压力日益增大，盾构法隧道施工技术的发展变得越发重要。
下面将从技术发展的历程、技术特点及未来发展方向三个方面探讨盾构法隧道施工技术的发展。
盾构法隧道施工技术的发展历程主要经历了以下几个阶段：第一阶段是20世纪60年代至70年代，此时盾构机还处于起步阶段，技术较为简单，施工效率低。
运用盾构法施工的代表性工程——东京地铁新宿线改善工程的成功，为盾构法的发展奠定了基础。
第二阶段是20世纪80年代至90年代，此时盾构机开始大规模应用于隧道施工，同时也出现了多种类型的盾构机。
德国的压平式盾构机、法国的泥水平衡盾构机及日本的开盾式盾构机成为当时三个主要的类型。
随着施工技术的改进，盾构法在混凝土隧道、铁路隧道等多个领域得到了广泛应用。
第三阶段是21世纪至今，此时盾构机的技术已经非常成熟，施工效率大幅提高。
针对不同地质条件和隧道类型，还研发出了多种改进型盾构机，如用于软土地质的土压平衡盾构机、用于岩石地质的液压盾构机等。
这些改进型盾构机在施工中能够更好地适应地质条件，提高施工效率和质量。
盾构法隧道施工技术的特点主要包括以下几个方面：第一，盾构法施工相对于传统的掘进法来说，无需大量的人工劳动，减少了人员伤亡的风险。
第二，盾构机由上万个零部件组成，需要精确的工艺和装配，提高了施工技术的要求。
盾构法能够适应不同的地质条件，包括软土、岩石、河床等，使得盾构法具有很大的适应性。
第四，盾构法施工速度快，能够实现快速施工，缩短工期，减少对交通的影响。
未来盾构法隧道施工技术的发展方向主要有以下几个方面：第一，提高盾构机自动化技术水平，减少人工操作，提高施工效率和质量。
第二，发展更小型、多功能的盾构机，以满足各种特殊地质条件和工程需求。
加强盾构机的环保技术研发，减少对环境的影响，降低施工过程中产生的噪音、振动等对周围居民的影响。
第四，加大对盾构法隧道施工技术的研究与创新，注重与其他领域的结合，推动盾构法在更多领域的应用。
简述盾构的发展历程
简述盾构的发展历程
盾构是一种在地下挖掘隧道的机械方法。
它可以有效地挖掘地下隧道，广泛用于城市地铁、隧道和水利工程等建设中。
以下是盾构发展历程的简述。
盾构的起源可以追溯到19世纪下半叶，当时的挖掘工作主要依靠人工和爆破技术。
然而，这种方法在城市建设中面临着很多困难，如噪音、震荡和地表沉降等问题。
因此，人们开始寻找一种更加安全高效的地下挖掘方法。
20世纪初，人们开始尝试使用盾构机进行地下隧道的挖掘。
最早的盾构机是通过人力推动的，但工作效率较低。
随着机械技术的不断发展，盾构机的壁厚、轴重和推进力不断增加，使其能够适应更复杂的地质条件和更大直径隧道的挖掘。
在20世纪中叶，盾构机的发展进入了一个全新的时代。
随着液压系统、控制系统和推进系统的引入，盾构机的性能得到了显著提升。
这些技术的应用使得盾构机能够应对更大规模、更复杂的地下挖掘工程。
21世纪以来，盾构机的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 大型盾构机的兴起：盾构机的尺寸和功能不断提高，能够满足更大直径隧道的挖掘需求。
2. 自动化和智能化：随着电子技术和计算机技术的进步，盾构机的自动化和智能化水平不断提高。
自动化系统可以实现盾构
机的自主导航、地质探测和控制等功能。
3. 环保和节能：在盾构机设计和使用过程中，越来越重视环保和节能要求。
采用有效的排放控制和能源管理技术，减少工程对环境的影响。
总的来说，盾构机的发展历程经历了从人力推动到机械化、自动化和智能化的过程。
今后，盾构技术将继续发展，为地下挖掘工程提供更高效、安全和环保的解决方案。
盾构发展史
第一章盾构技术进展概况1.1 引言盾构实际上是盾构机的简称。
它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。
以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法，概况如图1.1所示。
盾构工法的设想19世纪初产生于英国，至今已有200年的历史。
盾构工法问世以前隧道施工主要靠开挖法。
但就城市隧道施工而言，开挖法存在受地形、地貌、环境条件的限制；开挖法给城市交通带来极大不便；开挖产生的地层沉降较大；施工机械的噪声和振动；施工对环境构成的污染等诸多不利因素。
相对而言，盾构工法不存在这些缺陷，故受到人们的极大重视，并得以迅速发展。
人们不仅开发了软土盾构工法，而且还开发了适于卵石地层等多种其它地层的盾构工法。
此外，还在提高安全性、提高工程质量、缩短工期及降低成本等方面作了精心的研究和开发，并取得了较大的成功。
目前盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。
目前隧道科技工作者正在致力于更先进的全机械化的计算机控制的智能化的盾构工法，适于地下大深度的盾构工法及特殊断面、特殊功能的盾构工法的研究和开发。
1.2 盾构法隧道的发展历史和现状18世纪未英国人提出在伦敦地下修建横贯泰晤士河隧道的构想，并对具体的掘削工法和使用机械等问题做了讨论。
到1798年开始着手希望实现这个构思，但由于竖井挖不到预定的深度，故计划受挫。
但横贯泰晤士河隧道的设想与日俱增，4年后Torevix决定由另一地点建造连结两岸的隧道，随后工程再次开工。
施工中克服了种种困难，当掘进到最后30m 时，开挖面急剧浸水隧道被水淹没，横贯泰晤士河的设想再次破灭，工程从开工到被迫终止用了5年时间。
横贯泰晤士河的计划在以后10年中未见显著进展。
1818年Brunel观察了小虫腐蚀木船底板成洞的经过，从而得到启示，在此基础上提出了盾构工法，并取得了专利。
这就是所谓的开放型手掘盾构的原型。
中国盾构机的发展历史
中国盾构机的发展历史
盾构机是一种现代隧道施工设备，它是在工程师James S. Robbins于1950年代提出盾构法后逐步发展起来的。
盾构机在中国的应用起步于1970年代末期，但是当时的技术相对落后，生产的盾构机大都采用进口技术和设备。
直到1990年代初，随着我国城市地铁、高速公路等基础设施建设的大力推进，盾构机在中国的应用逐渐得到了普及和推广。
此时国内盾构机的制造商开始崛起，如江苏新纪元、中联重科等。
他们从技术上不断改进、提高盾构机的性能、质量和稳定性。
在经过多年的努力发展后，中国盾构机的技术和品质得到了全球公认。
2010年，中国制造的TBM盾构机首次进入世界排名前十名，而在2015年，中国的盾构机销售额占全球的90%以上，成为全球盾构机制造业的领导者。
目前，中国盾构机已经成为世界范围内使用最广泛的隧道掘进工具之一，广泛应用于地铁、水利、交通、煤炭、电力、油气等领域。
中国盾构机的发展历程，是中国现代工程技术的一项杰出成就，也为中国的基础设施建设提供了坚实的支撑。
1.盾构发展简介
北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心 Beijing JiaoTong University Research Center of Tunneling and Underground Works 2011年7月27日
盾构技术的发展变迁
盾构 管片
用盾构机边防止土 砂的坍塌， 砂的坍塌，边进行 掘推进，并在盾尾 掘推进， 进行９３１年 １９３１年 MOSCO TYPE SHIELD
１９４３年 １９４３年 RENINGRADE TYPE SHIELD
气压工法的诞生
• １８６９ Ｇｒｅａｔｈｅ ａｄ和 ａｄ和 Ｂａ ｒｌｏｗ采用圆 ｒｌｏｗ采用圆 形盾构机在泰晤 士河第2条隧道使 士河第 条隧道使 用使用铸铁管片 • １８８６ Ｇｒｅａｔｈｅ ａｄ在 ａｄ在南伦敦铁 道使用盾构和气 压法组合
盾构法的历史表
年 代 特 征 第一代 (1818～1880年） ～ 年 第二代 (1880～1960年） ～ 年 第三代 (1960～1980年） ～ 年 第四代 (1980～） ～ Brunel的盾构 Greathead和Barlow的盾构 和 的盾构 机械式盾构 TBM 气压式盾构 开挖面的稳定 城市盾构工法 闭胸式盾构 泥水式， 泥水式，土压式 大断面，大深度，长距离，高速化 大断面，大深度，长距离， 断面的多样化； 盾构 盾构， 断面的多样化；MF盾构，DOT盾构 盾构 自由断面，扩大断面盾构， 自由断面，扩大断面盾构，球体盾构
６．７８ｍ １１．４３ｍ
Ｍ．Ｉ．Ｂｒｕｎｅｌ 申请的盾构专利图
Ｍ．Ｉ．Ｂｒｕｎｅｌ设计的在泰晤士河底施工的盾构
泰晤士河底隧道
盾构法的特征
原 理 特 征
保持围岩的稳定 保持开挖面的稳定 预制管片 重复作业 暗挖作业
盾构简史、始发
上路
海南
延线
安隧
东
道 1994年
上杨 海浦 地线
铁
2003年
双圆盾构
泥水平衡式盾构
土压平衡式盾构
网格式式盾构
手掘式盾构
1 土体 2 刀盘 3 土仓 4 压力墙 5 千斤顶 6 螺旋输送机 7 管片拼装机 8 衬砌
开挖示意图 土压平衡盾构机工作原理
马达驱动刀盘旋转切削 土体，盾构机液压千斤 顶将盾构机向前推进， 并向密封仓内加入塑流 化改性材料，与开挖面 切削下来的土体经过充 分搅拌，形成具有一定 塑流性和透水性低的塑 流体，设置盾构机推进 千斤顶速度与螺旋输送 机向外排土的速度相匹 配，经舱内塑流体向开 挖面传递设定的平衡压 力，实现盾构机始终在 保持动态平衡的条件下 连续向前推进。
始发技术包括 1. 洞口端头处理（软土无自稳能力的地层中)； 2. 洞门砼凿除（主要针对钢筋砼围护结构）； 3. 盾构始发基座的设计加工、定位安装； 4. 始发用反力架的设计加工、就位； 5. 支撑系统、洞门密封装置的安装；
设计轴线
纠偏 曲线
结构面
盾构始发井 始发方向
根据始发基座受力特点，建立如下三维模型进行计算：
机械式盾构 TBM 气压式盾构 开挖面的稳定
国外隧道盾构法的发展历史
国外隧道盾构法的发展历史盾构施工技术自1823年由布鲁诺尔首创于英国伦敦的泰晤土河的水底隧道工程以来，已有170余年的历史。
在这170余年的风风雨雨中，经过几代人的努力，盾构法已从一种只能在极少数欧美发达国家中才见应用的特殊技术，发展成为在发达国家中极为普通，在发展中国家中亦逐渐得到应用的隧道施工技术。
据说最早发明盾构法的思路是来自发明者的一个有趣的发现，英国的布鲁诺尔发现船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它自己分泌的液体覆涂在孔壁上。
1818年布鲁诺尔在蛀虫钻孔的启示下，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并且在英国取得了该施工法的专利。
1825年，布鲁诺尔用他自己的想法制成盾构，并第一次在泰晤士河施工了水底隧道。
这条道路隧道的断面（11.4m×6.8m）相当大，施工中遇到了坍方和水淹，加上隧道的损坏，当时处于难于进展的状态，由于初始未能掌握控制泥水涌入隧道的方法，隧道施工中两次被淹，后来在东伦敦地下铁道公司的合作下，经过对盾构施工的改进，用气压辅助施工，花了18年的时间才于1843年完成了全长458m的第一条盾构法隧道。
1865年巴尔劳首次采用圆形盾构，并用铸铁管片作为地下隧道衬砌。
1869年，他用圆形盾构在泰晤土河底下建成了外径为2.21m 的隧道。
在盾构穿越饱和含水地层时，施加压缩空气以防止涌水的气压法最先是在1830年由口切兰斯爵士（Lord Cochrance）发明的。
1874年，在英国伦敦地下铁道南线的粘土和含水砂砾地层中建造内径为3.12m的隧道时，格雷塞（Henry Greathead）（1844～1896）综合了以往所有盾构施工和气压法的技术特点，较完整地提出了气压盾构法的施工工艺，并且首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法，为盾构法发展起了重大的推动作用。
1880～1890年间，在美国和加拿大间的圣克莱河下用盾构法建成一条直径6.4m，长1800余m的水底铁路隧道。
盾构隧道的盾构机发展历史
盾构隧道的盾构机发展历史
1974年第一台土压平衡式盾构在东京采用。
该盾构由日本制造商IHI（石川岛播磨）设计，其外径为3.72m，用它掘进了长1900m的主管线。
在以后的年代里，很多制造厂商以土压盾构、压力保持盾构、软泥盾构、土壤压力盾构、受压的土壤盾构、泥压盾构、或泥浆状的土壤盾构等名称生产了“土压平衡式盾构”。
这些名称的盾构基本上都应用了同一种工法，国际上称为“土压平衡系统”（EARTH PRESSURE BALANCE SYSTEM，简称EPBS）。
土压平衡式盾构（EPB）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。
1984年上海市隧道工程公司在我国首次应用从日本引进的φ4.36m土压平衡盾构建成了芙蓉江下水道总管工程。
土压平衡式盾构在在全国地铁、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。
国外盾构发展史第三代工法
国外盾构发展史第三代工法
化盾构的研制和应用:随着盾构开挖技术的发展,人们不仅仅把盾构看作一种活动支撑和可供拼装衬砌安全保障,对繁重的掘进工作都想以机械来取代人工开挖,因此早在十九世纪末,英国的汤姆逊(1897年)即设计了机械式盾构,并开始应用于伦敦的地铁施工中,而1896年波拉依斯即提出中心旋转轴上设置了用支架固定的刀盘,由刀盘旋转来开挖土层的机械化盾构。
但这种盾构因切削是依靠盾构千斤压力压附在开挖面上而难以控制,并且衬砌与开挖面不能平行作业而未获推广。
随后,美、英、苏等国均作了较大改进,其中如苏联50年代试验的基辅机械化盾构,即是在塑性粘土中用带片状护壁的机械化盾构,其切削部分包括了一个带加劲肋的刚性壳体,用隔板紧密地撑住开挖面以防止不稳地层坍塌。
目前,苏联的机械化盾构,在1980到1989年的十年间,每年平均拥有63台,而普通盾构150台,但机械化盾构的比例在逐年增加。
另一种是在松软不稳定的地层中用带球面护壁的机械化盾构,在修建多瑙河水底隧道时情况也良好。
日本的机械化盾构是与手掘式同时发展的,1963年大坂上水道大了宝送水管工程首次应用了外径2.592米的机械化盾构。
1967年,大坂地铁的区间隧道采用了外径为6.97米的大断面机械化盾构。
1967年,日本近欲铁道难波线1488米的区间隧道采用了外径10.041米的机械化盾构。