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文献综述-土压平衡式盾构机液压系统设计与分析--第1页

1.文献综述

盾构掘进机是一种隧道工程专用的大型高科技综合施工设备。它集电气、液

压、测量导向、控制、材料等多学科技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、

拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。采用盾构掘进机，施工速度快，自动化程

度高，一次成型，有利于环境保护和降低劳动强度。而且盾构掘进机适用范围广，

从软土、淤泥到硬岩都可应用，施工质量高，可控制地面沉降，开挖时不影响面

上建筑和交通，与传统的隧道工程相比，具有明显的优势。

幅员辽阔，不同地区的地质情况复杂多变，有必要形成适合我国国情的

适应性理论指导。搭建盾构模拟实验平台，可为我国盾构掘进机的设计、制造提

供实验数据和理论支持，具有重要的意义。推进液压系统作为模拟盾构掘进机的

一个关键部分，它的协调动作可以使其保持合适的姿态，是模拟盾构掘进机能够

沿着设计路线方向准确向前推进的关键所在。本文主要讨论模拟盾构推进液压系

统的设计和控制研究。

盾构根据其断面形状可分为单圆盾构，复圆盾构（多园盾构）、非圆盾构，

其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构，非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾

构、马蹄形盾构、半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”。盾构按

支护底层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥

浆支护式，土压平衡支护式5种类型。盾构按开挖面与作业式之间隔板构造可分

为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。国外用盾构施工已经有180多年历史，

1866年，莫尔顿在申请专利中第一次使用了“盾构”这一术语。当今世界上最具

有实力的全断面隧道掘进机制造公司，有美国的罗宾斯公司、佳伐公司、德国维

尔特公司、海伦公司，日本川崎、三菱公司，法国FCB公司、法马通公司，英

国豪顿公司等。全断面隧道掘进机的研制是从20世纪60年代开始的，但与

国外掘进机相比差距很大。本文介绍了国内外盾构技术的发展历程和应用现状，

阐述了盾构施工法新技术的特点，并在此基础上对盾构技术的发展趋势进行了展

望。

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1.1国外盾构技术的发展现状：

1818年英国布鲁诺最早提出了用盾构施工法建设隧道的方法，1825年他第

一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8米、宽11.4米的矩形盾构修建了一条隧

道。由于初始未能掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工两次被淹，后来在东

伦敦地下铁道公司的合作下，经过对盾构施工的改进，用气压辅助施工，才于

1843年完成了全长458m的第一条盾构施工法隧道。1865年，巴尔劳首次用圆

形盾构，并用铸铁管片作为隧道的衬砌。在盾构穿越饱和含水地层时，施加压缩

空气以防止涌水的“气压法“最先是在1830年由劳德考切兰斯发明的。1874年，

在英国伦敦地铁隧道的施工中，格雷塞德综合了以往盾构施工和气压法的技术特

点，首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法，为盾构施工法的

发展起到重大推动作用。1880-1890年间，在美国和加拿大间的圣克莱河下用盾

构施工法建成一条直径6.4米，长1800米的水底铁路隧道。20世纪初，盾构施

工法已在美、英、德、苏、法等国开始推广，30-40年代在这些国家已成功的使

用盾构建成内径3.0-9.5m多条地铁及过河公路隧道，仅在美国纽约就采用气压

法建成了19条重要的水底通道，盾构施工的范围很广泛，有公路隧道、地下铁

道、上下水道以及其他市政公用管道等。1939年，日本正式应用盾构施工法施