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盾構技術（地盾 Technology）是一種安全快捷的隧道修建技術。其原理是通過盾構外殼對巖層進行支撐，同時在開挖面進行土體挖掘，并通過出土機械運送出洞，后部再加壓頂進，拼裝預制管片以形成隧道結構。盾構技術具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響等特點。

1818年，布魯涅爾發現船的木板中，一種頭部有硬殼的蛀蟲鉆出孔道，并用它自己分泌的液體涂覆在孔壁上。在蛀蟲鉆孔的啟示下，他提出了隧道掘進機法（也就是盾構法）施工隧道的設想，并獲得專利。此后，布魯涅爾逐步完善了盾構機結構的機械系統，設計出封閉式盾殼以支護地層，用全斷面螺旋鏟開挖，襯砌緊隨其后。1866年，莫爾頓申請“盾構”專利。20世紀初，盾構施工法已在美、英、德、蘇、法等國開始推廣。20世紀30-40年代，在這些國家已成功地使用盾構建成內徑3.0~9.5m的多條地下鐵道及過河公路隧道。中國最早引進盾構技術的是上海市，1966年開始的直徑10.22m的打浦路過江隧道建造工程，及1988年建成的直徑11.3m的延安東路過江隧道等，都是應用盾構技術在軟土地層施工成功的例子。2022年11月，上海軌道交通機場聯絡線工程11標首次實現了盾構掘進由“人工為主、智能為輔”到“智能為主、人工為輔”的產業升級。貴陽市紅楓湖至花溪水庫連通工程是貴州省首個采用盾構技術的水利輸水工程，于2024年下半年動工。2025年11月，該技術在沈陽地鐵六號線沙柳路站至雪松路站區間中得到進一步實踐。2026年1月30日，廣西壯族自治區南寧市邕江上游二期引水和應急引水工程隧洞工程首個盾構區間貫通，這是廣西首次在市政引水隧洞工程中應用盾構技術。2026年2月6日，在甬舟鐵路金塘海底隧道寧波市側，中國首臺盾構飽和帶壓進倉設備“深?？臻g站”完成首秀。

盾構技術的發展一直圍繞地層穩定和地面沉降控制、自動化掘進和提高掘進速度、襯砌與隧道質量三個要素進行改進和施工方法的革新。國際上盾構技術日趨完善，盾構的類型不斷增多，適用范圍不斷擴大，斷面尺寸向兩極發展，所應用的地質條件也更為復雜。

發展歷程

國際發展

1818年，布魯涅爾（Marc Isambard Brunel）發現船的木板中，一種頭部有硬殼的蛀蟲鉆出孔道，并用它自己分泌的液體涂覆在孔壁上。在蛀蟲鉆孔的啟示下，他提出了隧道掘進機法（也就是盾構法）施工隧道的設想，并獲得專利。此后，布魯涅爾逐步完善了盾構機結構的機械系統，設計成封閉式盾殼支護地層，用全斷面螺旋鏟開挖，襯砌緊隨其后。

1866年，莫爾頓申請“盾構”專利。盾構最初稱為小筒（cell）或圓筒（cylinder），在莫爾頓專利中第一次使用了“盾構”（地盾）這一術語。巴爾勞首次采用圓形盾構，并用鑄鐵管片作為地下隧道襯砌。1869年，巴爾勞用圓形盾構在泰晤士河底下建成了外徑為2.21m的隧道。在盾構穿越飽和含水地層時，施加壓縮空氣以防止涌水的氣壓法，最先是在1830年由科克倫爵士（Lord Cochrane）發明的。1874年，在英國倫敦地下鐵道南線的黏土和含水砂礫地層中建造內徑為3.12m的隧道時，格雷塞德（Henry Greathead）（1844-1896）綜合了以往所有盾構施工和氣壓法的技術特點，較完整地提出了氣壓盾構法的施工工藝，并且首創了在盾尾后面的襯砌外圍環形空隙中壓漿的施工方法，為盾構法發展起到了重大的推動作用。1880-1890年間，在美國和加拿大間的圣克萊爾河下，用盾構法建成一條直徑6.4m、長1800余m的水底鐵路隧道。20世紀初，盾構施工法已在美、英、德、蘇、法等國開始推廣。20世紀30-40年代，在這些國家已成功地使用盾構建成內徑3.0~9.5m的多條地下鐵道及過河公路隧道。僅在美國紐約就采用氣壓法建成了19條重要的水底隧道，盾構施工的范圍很廣泛，有公路隧道、地下鐵道、上下水道及其他市政公用設施管道等。蘇聯20世紀40年代初開始使用直徑為6.0~9.5m的盾構，先后在莫斯科、圣彼得堡等市修建地下鐵道的區間隧道及車站。

20世紀60年代以來，盾構法施工在日本得到迅速發展，在東京、大阪、名古屋市、京都等城市的地下鐵道施工中都廣泛地被采用。為了克服在城市松軟含水地層中盾構施工引起的地面沉降，以及鋼筋混凝土管片的制造精度和防水問題，日本和德國等研制和開發了泥水加壓式等新型盾構和相應的施工工藝、配套設備，以及各種新型襯砌和防水技術。

1963年，土壓平衡式單圓盾構首先由日本公司開發。1986年，日本研制出世界上第一臺雙圓泥水加壓式盾構。1989年，日本用最大的泥水盾構完成的東京灣海底隧道，是世界最長的公路專用海底隧道。1992年，日本又研制成功世界上第一臺三圓泥水式盾構，并成功地運用于大阪地鐵車站工程施工。1997年6月，日本營團地鐵7號線采用直徑14.18m的超大型斷面泥水盾構機掘進，此盾構機是世界上最大直徑的“樓抱式母子泥水盾構掘進機”。

歐洲近年在盾構技術方面也有許多令世人矚目的成就，主要集中于法國和德國。例如，英吉利海峽鐵路隧道就是采用盾構法施工的海底隧道，該隧道全長48.5km，海底段37.5km，最大深度為100m，管片承受的最大水壓力為1MPa。國際盾構機的主要制造廠有18家，集中在日本和歐美，如日本的三菱重工、川崎重工業株式會社、小松制作所、日立造船、石川島播磨重工，德國的海瑞克公司、維爾特公司，美國的羅賓斯公司，加拿大的羅法特公司等。各個廠家可以根據不同的地質條件和不同的工程對象，以及使用單位的不同要求，設計、生產出不同直徑、不同類型以及有特殊要求的盾構機，以滿足用戶的需要，其工藝和設備先進。

中國發展

中國最早引進盾構技術的是上海市，1966年開始的直徑10.22m的打浦路過江隧道建造工程，及1988年建成的直徑11.3m的延安東路過江隧道等，都是應用盾構技術在軟土地層施工成功的例子。浦東新區和崇明區的上海長江隧橋工程中，隧道（全長8.9km）盾構直徑達15.43m，2009年10月31日建成通車，當時為世界最大直徑盾構。北京、上海、廣州市等各城市地鐵區間隧道均大量采用盾構法施工，盾構法已經成為地鐵區間隧道修建最主要的方法之一。

2022年11月，上海軌道交通機場聯絡線工程11標首次實現了盾構掘進由“人工為主、智能為輔”到“智能為主、人工為輔”的產業升級。貴陽市紅楓湖至花溪水庫連通工程是貴州省首個采用盾構技術的水利輸水工程，于2024年下半年動工。該工程使用一臺長150米的盾構機同步完成掘進、出渣、管片安裝、注漿等工序，施工效率較普通施工提高25%以上。施工中通過智慧媒體屏實時監控盾構機掘進土倉壓力、油缸推力及作業影像等關鍵運行參數，實現地下作業狀態的智能化和精細化管控。

2025年11月，中鐵二十三局七公司重工自主研制的直徑8.61米整體式主軸承打破國外壟斷，常壓換刀技術單次作業時間縮短至2-3天，并實現15bar承壓能力。盾構機智能化技術已配備超前地質預報系統和智能掘進系統。同期沈陽地鐵工程中，項目團隊通過全流程質量追溯體系與風險管控機制，將智能化技術與施工管理深度融合，驗證了復雜工況下精細化管理的有效性。中國工程院院士楊華勇指出，中國超大直徑盾構成套技術已躋身世界前列，有力支撐了高端裝備制造業轉型升級，其15bar承壓能力（自適應壓力補償密封系統實現）和在京張高鐵清華園隧道等工程中應用的毫米級微沉降控制技術已達到世界前列水平。2025年11月，該技術在沈陽地鐵六號線沙柳路站至雪松路站區間中得到進一步實踐，通過盾構機連續糾偏技術實現地表沉降毫米級控制，并創新采用三米短軌道運輸方案實現零事故掘進。截至2025年，中國超大直徑盾構成套技術已出口至多個國家和地區，支撐了京張高速鐵路清華園隧道（地表沉降）、深江鐵路珠江口海底隧道（水下106米施工）等工程，相關成果入選《新天工開物——科技成就展》。沈陽地鐵6號線試驗應用的裝配式軌頂風道工藝被納入地方施工標準體系，該工藝使作業人員減少50%、揚塵污染降低60%，為綠色施工理念的落地提供了區域性標準樣本。

2026年1月30日，廣西壯族自治區南寧市邕江上游二期引水和應急引水工程隧洞工程首個盾構區間貫通，這是廣西首次在市政引水隧洞工程中應用盾構技術。該工程盾構區間全長約1631米，地質條件復雜。施工中動態優化掘進參數，綜合運用同步注漿與渣土改良技術，并創新引入超前地質預報系統和自動化監測系統，成功將地表沉降穩定控制在10毫米以內，盾構機實現日均9米、最高日進尺27米的穩健推進。項目建成后，南寧市將率先在中國建成“兩江并舉，互為備用”的雙水源原水取水體系。2026年2月6日，在甬舟鐵路金塘海底隧道寧波側，國產首臺盾構飽和帶壓進倉設備“深海空間站”完成首秀，成功實施75米深高壓環境盾構進倉作業，累計換刀46把，突破了60米的安全作業深度限制。該設備由中鐵十四局集團有限公司、交通運輸部上海打撈局聯合研發，將海洋深水飽和潛水技術與盾構隧道施工相結合，實現了跨領域技術融合。應用飽和潛水技術后，作業人員一次加壓可連續多日作業；帶壓進倉單次有效作業時間從40分鐘提升至8小時，可實現多組人員24小時循環作業，最長作業周期達28天，實現了安全與效能的協同突破。根據國鐵集團2026年工作會議部署，國鐵集團會面向鐵路建設和運營主戰場，開展大直徑盾構隧道建造和運維關鍵技術研究。

工作原理

盾構技術原理即通過盾構外殼對巖層進行支撐，同時在開挖面進行土體挖掘，并通過出土機械運送出洞，后部再加壓頂進，拼裝預制管片以形成隧道結構。開挖面的穩定方法是盾構工作原理的主要方面，也是盾構區別于巖石掘進機的主要方面。巖石掘進機中國一般稱為 TBM。TBM 是 “Tunnel Boring Machine” 的縮寫，通常定義中 TBM 是指全斷面巖石隧道掘進機，以巖石地層為掘進對象。巖石掘進機與盾構的主要區別，就是不具備泥水壓、土壓等維護掌子面穩定的功能。而盾構施工主要由穩定開挖面、掘進及排土、管片襯砌及壁后注漿三大要素組成。

分類

根據工作原理一般分為手掘式盾構、擠壓式盾構、半機械式盾構（局部氣壓、全局氣壓）、機械式盾構（開胸式切削盾構、氣壓式盾構、泥水加壓盾構、土壓平衡盾構、混合型盾構、異型盾構）。

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，其刀盤后面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合，由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經分離后泥漿重復使用。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，刀盤后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料器出土量（旋轉速度）進行調節。

根據盾構機不同的分類，盾構開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然后在切口內進行土體開挖與運輸。

技術特點

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、不受氣候影響等特點。2025年沈陽地鐵六號線工程通過盾構機連續糾偏技術實現地表沉降毫米級控制，并創新采用三米短軌道運輸方案實現零事故掘進。有技術實現了直徑8.61米整體式主軸承的15bar承壓能力，其常壓換刀技術使單次作業時間縮短至2-3天。此外，2026年應用于甬舟鐵路金塘海底隧道的國產首臺盾構飽和帶壓進倉設備“深海空間站”，則將高壓環境下的帶壓進倉單次有效作業時間從40分鐘提升至8小時，實現了多組人員24小時循環作業，最長作業周期達28天。此外，在2025年推進的貴陽市紅楓湖至花溪水庫連通工程中，盾構技術施工效率較普通施工提高了25%以上。

發展趨勢

盾構技術的發展一直圍繞地層穩定和地面沉降控制、自動化掘進和提高掘進速度、襯砌與隧道質量三個要素進行改進和施工方法的革新。國際上盾構技術日趨完善，盾構的類型不斷增多，適用范圍不斷擴大，斷面尺寸向兩極發展，所應用的地質條件也更為復雜。盾構技術未來發展趨勢可以大致歸納為以下四個方面。

小型和超大型化

1998年竣工的日本東京灣海底公路隧道采用了 8 臺 φ14.14m 泥水盾構施工。2003 年竣工的德國易北河隧道采用了 1 臺 φ14.2m 復合盾構施工。2006 年上海長江口越江隧道采用大直徑泥水盾構 φ15.43m 施工。2011 年意大利 Sparvo 隧道采用 φ15.55m 土壓平衡盾構施工。最大直徑土壓平衡盾構由日立造船株式會社制造，直徑 φ17.45m，2013 年用于西雅圖 SR99 項目，因施工過程中發生主軸承損壞事故，目前已拆除。德國海瑞克隧道機械有限公司設計制造的超大直徑泥水盾構，直徑 φ17.6m，用于香港屯門 — 赤鱲角海底公路隧道。

日本大成建設集團開發了適用于立體交叉工程的小型盾構，直徑 200mm 的盾構已在工程中應用。

形式多樣化

為適應不同工程條件和環境的需要，盾構的形式越來越多，已生產斷面為圓形、矩形、雙圓、三圓、球型等。盾構制造及使用成本趨于經濟合理。

超長距離化、超大斷面化、異形斷面化、超大深度化

世界盾構技術正朝著工程的超長距離化、超大斷面化、異形斷面化、超大深度化方向發展。在高速鐵路、高速公路、運輸通道向城市地下空間發展，以及城市軌道交通建設為降低成本、標段劃分長度越來越大的情況下，長隧道的應用越來越多，因此適用于長距離隧道掘進盾構的需求正在增長。世界各國都在研究掘進長距離隧道的盾構，努力使其可靠性高、使用壽命長、空間定位準確及監控操作人性化。

高智能化、高適應性

國際先進盾構已普遍采用類似機器人的技術：計算機控制技術、網絡遠程通信遙控技術、現代傳感檢測技術、激光導向技術、超前地質探測技術等。盾構的自動化程度越來越高，具有姿態管理、設備管理、施工數據采集、處理和實時遠距離傳輸等功能，在盾構施工中實現智能化的操作模式，體現出盾構控制系統的多學科化，性能可靠、更安全。

盾構技術與硬巖掘進機技術相互滲透、相互融合，使其適應地質條件的能力大大增強。由于地質環境的復雜性以及盾構技術自身的局限性，為滿足工程的實際需要，越來越要求盾構自身具有一定的解決局部特殊地質情況的能力。目前，盾構應用已從最初的第四系軟土地層推廣到更大范圍的地質環境中。