捷運盾構技術

捷運盾構技術是城市捷運施工中一種重要的施工技術，是在地面下暗挖隧洞的一種施工方法。它使用盾構機在地下掘進，在防止軟基開挖面崩塌或保持開挖面穩定的同時，在機內安全地進行隧洞的開挖和襯砌作業。其施工過程需先在隧洞某段的一端開挖豎井或基坑，將捷運盾構機吊入安裝，捷運盾構機從豎井或基坑的牆壁開孔處開始掘進並沿設計洞線推進直至到達洞線中的另一豎井或隧洞的端點。

定義

盾構機，全名叫盾構隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械，現代盾構掘進機集光、機、電、液、感測、信息技術於一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，而且要按照不同的地質進行“量體裁衣”式的設計製造，可靠性要求極高。盾構掘進機已廣泛用於捷運、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

特點

捷運盾構技術的

捷運盾構技術主要由穩定開挖面、挖掘及排土、襯砌包括壁後灌漿三大要素組成。其中開挖面的穩定方法是其工作原理的主要方面，也是區別於硬岩掘進技術或比硬岩掘進技術複雜的主要方面。大多數硬岩岩體穩定性較好，不存在開挖面穩定問題。

用捷運盾構技術進行隧洞施工具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建築物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用捷運盾構技術施工更為經濟合理。

工作原理

盾構機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時文撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行。

分類

盾構機根據其適用的土質及工作方式的不同主要分為壓縮空氣式、泥水式，土壓平衡式盾構機等不同類型。泥水式盾構機是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩定開挖面，其刀盤後面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，裡面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經分離後泥漿重複使用。土壓平衡式盾構機是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進行改良)作為穩定開挖面的介質，刀盤後隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉將土料運出，泥土室內土壓可由刀盤旋轉開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉速度)進行調節。

發展歷史

盾構機問世至今已有近180年的歷史，其始於英國，發展於日本、德國。近30年來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構機中的關鍵技術，如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩定、控制地表隆起及塌陷在規定範圍之內，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，使盾構機有了很快的發展。國外主要生產廠家有日本三菱重工人川崎重工、日立造船、德國海倫克內希特(HerrenknechtAG)公司等。盾構機尤其是土壓平衡式和泥水式盾構機在日本由於經濟的快速發展及實際工程的需要發展很快。德國的盾構機技術也有獨到之處，尤其是在地下施工過程中，保證密封的前提以及高達0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的刀具，從而提高盾構機的一次掘進長度。德國還開發了在密封條件下，從大直徑刀盤內側常壓空間內更換被磨損的刀具。