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1国外盾构掘进机的发展历史和现状

1818年MarcIsambardBrunel获得隧道盾构法施工的

专利，并在1825年到1843年间首次使用盾构在伦敦的泰晤

士河下修建了一条河底隧道，初步证明盾构法隧道施工的价

值。1830年由劳德考克让施（LordCochrance）发明了施加

压缩空气防止涌水的“气压法”。1874年格雷蒙特（James

HenryGreathead）在伦敦地铁南线的隧道建设中采用了气

压盾构法的施工工艺，并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，并开发了用流体支撑开挖面的盾

构，开挖出的弃土以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏

林第一次申请了德国泥水式盾构的专利，形成了现代泥水式

盾构的雏形，推动了盾构施工技术的发展。到20世纪初，

盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国开始推广。1917

年日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法，

1938年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工，为日本盾构技

术的发展奠定了基础。1967年由英国提出的泥水加压系统在

日本得到了实施，日本研制成功第一台有切削刀盘、水力出

土的泥水加压式盾构（直径为3.1m）。1974年日本独创性地

研制成功土压平衡盾构，同时德国WayssFreytag也研制

成功颇具特点的膨润土悬浮液支撑开挖面的泥水平衡盾构。

之后，盾构技术得到了迅猛发展，已成功应用于各种公路隧

道、地铁隧道、引水隧道以及市政公用设施隧道等。［1～3］

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纵观盾构隧道掘进180多年的发展历史，盾构隧道施工

法和盾构掘进机的改进都是在围绕着：①地层稳定和地面沉

降控制；②机械化、自动化掘进和掘进速度；③衬砌和隧道.

质量，这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革

命。传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的，把地层

稳定处理作为盾构的辅助方法，主要有降低地下水位法、改

良地基法、冻结法及气压法等。在盾构掘进机本身结构上没

有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降，盾构一般

为敞胸式结构。然而，任何地层稳定处理方法即使能抑制对

地层的影响，也很难满足在城市内施工时的各种要求，特别

是关系到地面建筑安全的地面沉降问题，所以，很自然地发

展到下一代盾构——闭胸式盾构。

现代盾构的一个最为显著的特点就是统筹考虑盾构法

的这三个要素，用盾构掘进机设备本身解决工作面稳定的问

题。用压缩空气平衡土压力的方法，由于容易发生漏气、喷

发、工作面崩塌等事故，和造成地面沉降等对环境的不良影

响，尤其在遇到粘聚力小、透气性的地层这种方法无法胜任。

自然，人们想到用液体代替空气来支撑工作面，最初在德国

和英国进行了有关的试验，1967年日本完成了这一系统，即

产生了现代概念上的泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是靠送入

工作面与密闭胸板间所形成空腔的加压泥水平衡土压、保持

工作面稳定，并用泥水输送刀盘切削下来的弃土，这个方法

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的问世使工作面稳定状况大大改善，盾构法的适用范围被大

大拓宽，盾构掘进机得到了前所未有的发展。然而，由于泥

水平衡盾构需要大规模的泥水分离处理系统，占地面积大，

对环境影响大，施工成本高，对城市内施工的隧道这个系统

并不理想。继而在1974年日本首先研制成功土压平衡盾构，

这一系统是将刀盘切削下来的弃土送入前端密闭仓内，搅拌

或注入添加剂搅拌成塑流化的弃土并与螺旋型输送机等机

构相结合，边使工作面保持适当稳定的压力，边通过螺旋输

送机向外排土。这一系统由于排土处理简单，可靠性较高，

得到了广泛的应用。现代盾构掘进机虽然在部件结构、驱动

方式、自动控制、测控导向等方面做了很大的改进，但是这

些工作面压力平衡的原理和方法一直沿用至今。当今盾构基

本都是基于泥水平衡和土压平衡这两种模式，或是这两种模

式的组合，或是这两种模式与开胸式组合，形成复合型盾构

以适应地层条件多变的隧道施工的要求。

盾构掘进机的发展一直与基础工业的