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设计，不求最先进但求实用，从而大大降低了造价。其中，德国和日本的盾构不仅在我国广泛应
用，例如，德国海瑞克已在我国广州、香港等地区建有子公司，而且在许多国家都有大量应用。
目前，盾构及其应用技术正朝着极限化、多样化、自动化等趋势发展 ［8-9］ 。
极限化：盾构研制的极限化是指盾构开挖断面直径的大型化、施工隧道的地下深度化、施工掘
进的高速化和开挖断面直径的小型化。（1）大型化，亦即盾构大断面化方面。随着火车行车速度越来
越高，为了减小占地空间，单洞双线大断面隧道成为了发展方向，对于公路隧道，由于高速公路越
来越多，公路等级要求也越来越高，车流量越来越大，导致公路车道的增多，修建公路隧道时其断

面也就趋于极大化。目前，超大型盾构施工案例已经有约 30 例，德国海瑞克生产制造的直径 17.6m
泥水加压平衡盾构是目前世界上最大的盾构设备，2015 年用于香港屯门至赤蜡角海底双向 4 车道公
路隧道工程。（2）隧道地下深度化。现在很多大城市地下结构较为复杂，市政隧道众多，如给水隧
道、排污隧道、管路隧道、线路隧道等，这些构筑物都处于浅覆土地层，若交通隧道覆土太浅则会
对这些构筑物产生影响，因而隧道线路选择也就具有埋深越来越深的趋势。（3）盾构掘进高速化，亦
即，长距离、高速掘进方面。随着穿江越海隧道不断增多，水下隧道施工对盾构的密封性和抗压性
要求极高，由于水底隧道不利于竖井的修建，盾构的维修换刀有很大难度，并且很多江河与海峡的
跨度较长，水下施工的一般原则就是需要快速通过，因而要求盾构具有一次性掘进距离长、掘进速
度高、寿命长等特点。（4）小型化，即盾构小断面化方面。加拿大一家公司推出了不超过 1.4m 的设
备，如 MS40PJS 型，其断面直径仅为 1 m，另有 2 m 的产品；而美国 Robbins 公司研发的设备直径可达
1.8、2.1、2.4 m，其一款直径 1.8 m 的隧道掘进机已挖掘长度达 125 m；德国的海瑞克公司也研发出了
直径为 0.21～0.7 m 等系列设备；日本的一家企业先后推出了直径范围从 0.15 m 到 2.95 m 的隧道开挖
设备。目前，全球最小的盾构是日本小松公司研制的直径为 0.15 m 的产品 ［10］ 。这种设备特别适用于
隧道的分断面施工。
多样化：为适应不同工程的需要，盾构的种类也越来越多，已经出现了很多种型式的盾构掘进
机，如椭圆形断面盾构、多圆盾构（MF、DOT、H&V）、球体盾构、矩形盾构、马蹄型盾构、子母盾
构、超大型断面盾构等。例如，在高楼林立、房屋密集的城市进行作业时，厂家则推出了小口径的
设备以供选用 ［11］ 。
自动化：随着科学技术的发展与进步，很多领域的先进技术被应用于盾构，如计算机控制技
术、激光超导技术、传感器技术、遥感技术等。为提高盾构施工质量、减少隧道内作业人员、提高
施工的安全性等发挥着重要作用。
盾构作为地下土质及以土质为主地层的全断面开挖先进施工装备，不仅在城市地铁建设中发挥
主力军作用，在城市未来的综合管廊、储蓄水设施（海绵城市）等 ［12］ 的建设中也将发挥更加重要的作
用。

3 盾构设备与施工关键技术

3.1 关键施工技术 盾构施工关键技术主要包括进出洞施工技术、盾构脱困技术、孤石爆破施工技

术、盾构法与矿山法联合施工技术、冷冻刀盘技术、盾构永磁同步驱动技术、盾构地下对接技术等。
3.1.1 进出洞施工技术
（1）确保洞口土体稳定性 ［13］ 。为确保盾构出发和到达洞口的土体稳定性，需要认真研究工作井状
况、水文地质、埋深和洞口直径、附近地面环境、设备性能等，以便采取有效的预防稳定措施。目
前常用的土体稳定技术有以下几种方法：
降水法：通过降低地下水，减少土体含水量，疏干土体，增加土体凝聚力，提高土体抗剪切强
度，改良土体的工程性质，一般适合于渗透系数较高的土体。
化学注浆法：利用泥水浆液、黏土浆液或其他化学浆液，通过气压液压或电化学原理，采用灌
注压入、高压喷射和深层搅拌，使浆液与土颗粒胶结在一起，以增加土体的自立性和防水性，提高

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