文/东方之音

盾构机，全称为隧道掘进机，是一种集机械、电气、液压、传感、信息等技术于一体的大型智能化隧道施工装备，被誉为“工程机械之王”。它主要用于铁路、公路、地铁、水利、市政管廊等隧道工程的开挖。

一、 盾构机的主要技术参数解读

一台盾构机，就如同看待一位即将出征的勇士。其参数决定了它的“战斗力”和“适应性”。以下是几个最核心的参数：

我国生产的这台“江海号”盾构机直径长达16.64米，整机长约145米，总重量约5000吨，是我国自主研制的盾构机中直径最大的一款！

我国作为“基建狂魔”，这台盾构机很快就会投入使用，用来建造目前世界最长公路，海太长江隧道。

1. 刀盘直径

定义：指盾构机刀盘开挖隧道的最大外径。这是盾构机最基础、最首要的参数。

意义：直接决定了成型隧道的尺寸。从直径几米的市政管道到超过15米的巨型公路隧道，刀盘直径是项目选型的首要依据。例如，我们为穿越长江设计的“江海号”，其直径会根据江底地质、水压和隧道功能需求精确确定。

2. 刀盘形式与驱动方式

刀盘形式：分为面板式、辐条式和复合式。

面板式：适用于稳定性好的硬岩地层，掘进稳定，但开口率小，在软土中易结泥饼。

辐条式：适用于软土、高水压地层，开口率大，流动性好，能有效防止泥水仓堵塞。

复合式：兼具两者特点，是我们为应对复杂多变地层（如上软下硬）而设计的首选，适应性最强。

驱动方式：分为液压驱动和电机驱动。

液压驱动：启动扭矩大，调速性能好，结构紧凑，但能耗和维护相对复杂。

电机驱动：效率高，维护简单，环保，是目前主流和大直径盾构机的首选。

3. 总推力与刀盘扭矩

总推力：盾构机主机前进的“力气”来源，由盾体周围的推进油缸提供。

意义：推力必须足够克服盾体与地层间的摩擦力，并为刀盘破岩提供足够的顶进力。在硬岩地层中，需要巨大的推力。

刀盘扭矩：刀盘旋转切削土体的“扭力”。

意义：扭矩决定了盾构机破碎岩石和切削土体的能力。在坚硬岩层或黏性地层中，需要极高的扭矩。

掘进速度

定义：盾构机每分钟所能推进的距离。

意义：是衡量施工效率的关键指标。它并非恒定，而是根据地层条件、推力、扭矩等参数动态调整。我们的目标是让盾构机在安全前提下，始终保持在其性能曲线的高效区间内工作。

5. 工作压力

定义：主要指土仓（或泥水仓）内用于平衡开挖面水土压力的设定压力。

意义：这是盾构技术的核心！尤其是在江底、海底等高水压、软土地层中，精确控制舱内压力，使之与外部水土压力平衡，是防止地面沉降、坍塌甚至涌水涌沙等灾难性事故的生命线。

6. 主机结构与姿态控制

主机长度与铰接系统：主机长度影响转弯灵活性。先进的铰接系统使盾构机能够像“尺蠖”一样弯曲，实现最小转弯半径。

姿态测量系统：通过激光导向、陀螺仪等技术，实时监控盾构机在三维空间中的位置和姿态（俯仰、偏航、滚动），确保隧道掘进“毫厘不差”。

二、 盾构机的核心用途与分类

盾构机的用途与其类型紧密相关。根据平衡开挖面压力的方式，主要分为土压平衡盾构 和泥水平衡盾构。

1. 土压平衡盾构

工作原理：利用刀盘切削下来的土体本身来充满土仓，并通过控制螺旋输送机的排土速度来维持土仓压力，从而平衡开挖面的土压力。

主要用途：

城市地铁隧道：这是最常见的应用，尤其适用于土质均匀、地下水压不高的黏土、粉土、砂土层。

市政公用隧道：如电力、通信、供水、排水管道等。

山岭隧道：在风化岩层或软硬不均的复合地层中也能应用。

2. 泥水平衡盾构

工作原理：向泥水仓内注入特殊配制的泥浆，在开挖面形成一层不透水的“泥膜”，利用泥浆压力来平衡开挖面的水土压力。切削下的渣土与泥浆混合后，被泵送到地面的泥水分离站进行处理。

主要用途：

大型越江跨海隧道：这是泥水盾构的“主战场”。例如，我们设计的“江海号”就是典型的泥水平衡盾构。它能非常有效地应对高水压、高渗透性的砂层、砾石层和软硬不均的复杂江海底地质，控制地表沉降的能力极佳。

对地面沉降要求极高的城区隧道：当隧道上方有重要建筑物或密集管线时，泥水盾构是更安全的选择。

3. 硬岩隧道掘进机

虽然常被统称为“盾构”，但TBM更专长于稳定性好的硬岩地层，其工作原理和结构与上述两种盾构有较大区别，在此不赘述。

总结

一台优秀的盾构机，不仅仅是参数的堆砌，更是对工程地质、水文条件的深刻理解与精准应对。参数是它的“筋骨”，而用途决定了它的“灵魂”。

从穿梭于城市地下的地铁，到横贯大江大海的交通动脉，再到连接山川的能源通道，盾构机以其高效、安全、环保的施工方式，正在深刻地改变着人类重塑地球面貌的能力。而像“江海号”这样的国之重器，更是代表了我们在高端装备制造和超级工程建设领域的最前沿实力。

希望以上介绍能帮助您全面了解盾构机这一宏大的工程奇迹。如有任何具体技术问题，欢迎随时探讨！

2025-10-26