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地铁，犹如一条钢铁长龙，在城市地底下呼啸而过。为这条长龙提供前行保障的，就是隧道。在地底下建设隧道，可不是一件容易的事情，我们不用多加想象就知道有多难。在地铁隧道建设中，有一个“大力士”发挥着巨大的作用，它就是大名鼎鼎的盾构隧道掘进机，简称为盾构机。
盾构机的工作原理
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构机集光、机、电、液压、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术。盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工具有巨大的优势。因此，盾构机在地铁隧道建设中可谓居功至伟。
盾构机问世至今已有近180年的历史，它始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术的探索和研究，盾构机有了很快的发展。
盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压并将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构和机械式盾构。
根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。以下分别对这四种类型进行简单介绍：
敞开式 手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适于地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施时能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均比其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。
机械切削式 它是指依仗与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘进行开挖的方式。根据地质条件的好坏，可选刀架间无封板及有封板两种大刀盘。刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏时不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障碍物也不如敞开式开挖方便。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。
网格式 采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进时，土体就从格子里挤出来。根据土质的状况，调节网格的开孔面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降。因此，在施工的过程中务必采取有效措施，防止盾构后退。
挤压式 全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工轴线上，应尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构会将开挖四周一定范围内的土体挤密实。
盾构机的基本构件
目前，盾构机的最大直径为6.28米，总长65米，其中盾体长8.5米，后配套设备长56.5米，总重量约406吨，总配置功率1577千瓦，最大掘进扭矩5300千牛·米，最大推进力为36400千牛·米，最快掘进速度可达8厘米／分钟。盾构机主要由九大部分组成，它们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。由于篇幅限制，下面对其核心组成部分进行简单介绍。
盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴。撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、Ｃ、D四组。掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。
刀盘 刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体。刀盘的开口率约为28％，也是盾构机上直径最大的部分。一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘驱动部分，刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀。盾构机在转向掘进时，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出，从而扩大开挖直径，这样易于实现盾构机的转向。刀盘上安装的所有类型的刀具都由螺栓连接，都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板上输入泡沫或膨润土，以及向超挖刀液压油缸输送液压油。
双室气闸 双室气闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当掘进过程中刀具磨损、工作人员进入到泥土仓检查及更换刀具时，要使用双室气闸。在进入泥土仓时，为了避免开挖面的坍塌，要在泥土仓中建立并保持与该地层深度土压力与水压力相适应的气压。这样工作人员要进出泥土仓时，就存在一个适应泥土仓中压力的问题。通过调整气闸前室和主室的压力，就可以使工作人员适应常压和开挖仓压力之间的变化。
盾构机如同力大无比的勇士，在地铁隧道建设中发挥着关键作用，在地铁隧道建设工地上，它不知疲倦地工作着，为我们的地铁建设默默贡献自己的力量。
盾构机的工作原理
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构机集光、机、电、液压、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术。盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工具有巨大的优势。因此，盾构机在地铁隧道建设中可谓居功至伟。
盾构机问世至今已有近180年的历史，它始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术的探索和研究，盾构机有了很快的发展。
盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压并将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构和机械式盾构。
根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。以下分别对这四种类型进行简单介绍：
敞开式 手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适于地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施时能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均比其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。
机械切削式 它是指依仗与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘进行开挖的方式。根据地质条件的好坏，可选刀架间无封板及有封板两种大刀盘。刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏时不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障碍物也不如敞开式开挖方便。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。
网格式 采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进时，土体就从格子里挤出来。根据土质的状况，调节网格的开孔面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降。因此，在施工的过程中务必采取有效措施，防止盾构后退。
挤压式 全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工轴线上，应尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构会将开挖四周一定范围内的土体挤密实。
盾构机的基本构件
目前，盾构机的最大直径为6.28米，总长65米，其中盾体长8.5米，后配套设备长56.5米，总重量约406吨，总配置功率1577千瓦，最大掘进扭矩5300千牛·米，最大推进力为36400千牛·米，最快掘进速度可达8厘米／分钟。盾构机主要由九大部分组成，它们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。由于篇幅限制，下面对其核心组成部分进行简单介绍。
盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴。撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、Ｃ、D四组。掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。
刀盘 刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体。刀盘的开口率约为28％，也是盾构机上直径最大的部分。一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘驱动部分，刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀。盾构机在转向掘进时，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出，从而扩大开挖直径，这样易于实现盾构机的转向。刀盘上安装的所有类型的刀具都由螺栓连接，都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板上输入泡沫或膨润土，以及向超挖刀液压油缸输送液压油。
双室气闸 双室气闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当掘进过程中刀具磨损、工作人员进入到泥土仓检查及更换刀具时，要使用双室气闸。在进入泥土仓时，为了避免开挖面的坍塌，要在泥土仓中建立并保持与该地层深度土压力与水压力相适应的气压。这样工作人员要进出泥土仓时，就存在一个适应泥土仓中压力的问题。通过调整气闸前室和主室的压力，就可以使工作人员适应常压和开挖仓压力之间的变化。
盾构机如同力大无比的勇士，在地铁隧道建设中发挥着关键作用，在地铁隧道建设工地上，它不知疲倦地工作着，为我们的地铁建设默默贡献自己的力量。