日益完善的城市軌道交通，為人們的出行帶來了方便。人們在享受便捷、高效的軌道交通服務的同時，盾構機也逐漸走進大眾視野，成為家喻戶曉的“國之重器”。今天，小編化身科普達人，帶您一起探秘“國之重器”全斷面隧道掘進機。
隧道掘進機基本信息
英文原文: Tunnel Boring Machine
中文名字：隧道掘進機
隧道掘進機分類
國外與國內的稱呼區別
國際分類：歐美將隧道掘進機統稱為TBM，其他國家和地區一般會根據設備原理或應用地質細分。
中國分類：國內一般習慣將用于硬巖隧道掘進機稱為TBM，將用于復合地層隧道掘進機稱為盾構機。
▲雪域先鋒號”TBM
▲“春風號”盾構機
盾構機類型
按斷面形狀分類
單圓盾構機：常規圓形盾構機
多圓盾構機：可分為雙圓盾構機和三圓盾構機
非圓盾構機：橢圓形盾構機、矩形盾構機、類矩形盾構機、馬蹄形盾構機、U形盾構機
（多圓形盾構機和非圓盾構機統稱為“異形盾構機”）
▲馬蹄形盾構機
▲矩形盾構機
▲多圓盾構機
▲U形盾構
盾構機直徑12米以上稱為超大型盾構機
（分類來源于《盾構施工關鍵技術》）
按開挖面與作業室之間隔板的構造分類
按開挖面與作業室之間隔板的構造分類示意圖
全敞開式盾構機：
敞開式盾構機是指盾構機內施工人員可以直接和開挖面土層接觸，對開挖面工況進行觀察，直接排除開挖面發生的故障。這種盾構機適用于能自立和較穩定的土層施工，對不穩定的土層一般要輔以氣壓或降水，使土層保持穩定，以防止開挖面坍塌 。有人工開挖盾構機、半機械開挖盾構機、機械開挖盾構機。
部分敞開式盾構機：
主要代表為擠壓式盾構機，在日本稱為“盲口盾構（Blind Type shild）”。擠壓式盾構機，在擠壓推進時，對地層土體的干擾較大，地面易產生較大的隆陷變化，在地面有建筑物的地區不易使用。
密閉式盾構機：
1、氣壓式盾構機
原理是空氣壓力與地下水的靜水壓力保持平衡，因此也成為了“氣壓平衡盾構機”。但空氣壓力不能直接抵抗土壓，土壓由自然或機械支撐承受。由于壓縮空氣盾構機有“噴發”的危險，且工作條件極差，現已被泥水盾構機取代。
壓縮空氣盾構機
2、土壓平衡盾構機
土壓平衡盾構機簡稱EPB，土壓平衡盾構機帶全斷面切削刀盤，并以土倉隔板、螺旋輸送機把開挖面和已開挖的隧道分隔開來，從而保證隧道內部有安全可靠的作業環境。這種盾構機的特點是在進行開挖作業時，切削刀盤背面與土倉隔板前面的土艙內充滿開挖出來的渣土(在土艙內形成一定土壓)，并依據土壓產生的大小情況，通過調節排渣土的螺旋輸送機的排渣能力，來實現對地層壓力的平衡調節，以此來保持開挖面穩定防止坍塌，達到控制地表沉降或隆起的目的。
土壓平衡式盾構機原理圖
2008年，中鐵裝備成功研制出國內首臺具有知識產權的土壓平衡盾構樣機“中國中鐵1號”，其開挖直徑6.39米，2009年2月在天津地鐵三號線始發，開啟了國產盾構機的地下追光之旅。
2009年7月18日，“863計劃”復合式盾構樣機通過河南科技廳科技成果鑒定，整機成果達到國際先進水平，兩項關鍵技術達到了國際領先水平，依托該項目的“盾構裝備自主設計制造關鍵技術及產業化”獲得國家科技進步一等獎。
3、泥水平衡盾構機
泥水平衡盾構機，簡稱SPB，在全斷面切削刀盤后面裝設水密性良好的土倉隔板，把開挖面和已開挖的隧道完全分隔開來，把泥漿送到切削刀盤背面與土倉隔板前面的土艙，從而使開挖面保持穩定并防止坍塌。這種盾構機配置的高效率泥漿攪拌系統將開挖下來的渣土和泥漿混合后，把混合泥漿輸送到地面上的處理設備，以進行渣土和泥漿分離處理。這種盾構機即使在含水率高的疏松沖積土層或洪積地層等不穩定的地層中開挖隧道，亦可保證作業安全，同時具有較高的掘進效率，一般應用于水土壓力較大，地表沉降要求高的隧道。
按工作模式分類
可分為單一型式的單模盾構機和可變換型式的多模盾構機。其中多模式盾構機還分為雙模式盾構機（土壓泥水雙模盾構機、土壓TBM雙模盾構機、泥水TBM雙模盾構機）和三模盾構機（土壓泥水TBM三模盾構機）。
多模式盾構機動畫圖
TBM分類
按TBM機型分類
敞開式TBM
敞開式TBM采用錨網噴支護，主要用于全斷面硬巖隧道施工。在圍巖完整性較好時，具備快速的掘進速度；當圍巖較破碎時，可由配置的輔助設備完成打錨桿、立拱架、噴混凝土等支護措施，將圍巖加固后順利掘進。
單護盾TBM
單護盾TBM采用預制混凝土管片支護，同樣用于全斷面硬巖隧道施工，由于采用連續的管片支護，其在軟弱及破碎圍巖中支護速度快，施工效率高，在短距離軟巖淺埋隧道中具有明顯優勢。
雙護盾TBM
雙護盾TBM采用預制混凝土管片支護，同樣用于全斷面硬巖隧道施工，其具有兩套推進系統，能夠在拼裝管片的同時進行掘進作業，因此其工序耽擱時間少，掘進效率高，配合連續皮帶機出渣系統，在良好的硬巖或軟巖地層均能發揮較高的掘進速度。
來源：中國工程報
