1.1引言盾構實際上是盾構機的簡稱。它是壹個橫斷面外形與隧道橫斷面外形相同、尺寸稍大，內藏挖土、排土機具，自身設有保護外殼的暗挖隧道的機械。以盾構為核心的壹整套完整的隧道施工方法稱為盾構工法，概況如圖1.1所示。盾構工法的設想19世紀初產生於英國，至今已有200年的歷史。盾構工法問世以前隧道施工主要靠開挖法。但就城市隧道施工而言，開挖法存在受地形、地貌、環境條件的限制；開挖法給城市交通帶來極大不便；開挖產生的地層沈降較大；施工機械的噪聲和振動；施工對環境構成的汙染等諸多不利因素。相對而言，盾構工法不存在這些缺陷，故受到人們的極大重視，並得以迅速發展。人們不僅開發了軟土盾構工法，而且還開發了適於卵石地層等多種其它地層的盾構工法。此外，還在提高安全性、提高工程質量、縮短工期及降低成本等方面作了精心的研究和開發，並取得了較大的成功。目前盾構工法在城市隧道施工技術中已確立了穩固的統治地位，且已成為壹種必不可少的通用隧道施工技術。
目前隧道科技工作者正在致力於更先進的全機械化的計算機控制的智能化的盾構工法，適於地下大深度的盾構工法及特殊斷面、特殊功能的盾構工法的研究和開發。
1.2盾構法隧道的發展歷史和現狀18世紀未英國人提出在倫敦地下修建橫貫泰晤士河隧道的構想，並對具體的掘削工法和使用機械等問題做了討論。到1798年開始著手希望實現這個構思，但由於豎井挖不到預定的深度，故計劃受挫。但橫貫泰晤士河隧道的設想與日俱增，4年後Torevix決定由另壹地點建造連結兩岸的隧道，隨後工程再次開工。施工中克服了種種困難，當掘進到最後30m時，開挖面急劇浸水隧道被水淹沒，橫貫泰晤士河的設想再次破滅，工程從開工到被迫終止用了5年時間。橫貫泰晤士河的計劃在以後10年中未見顯著進展。
1818年Brunel觀察了小蟲腐蝕木船底板成洞的經過，從而得到啟示，在此基礎上提出了盾構工法，並取得了專利。這就是所謂的開放型手掘盾構的原型。Brunel對自己的新工法非常自信，並於1823年擬定了倫敦泰晤士河兩岸的另壹條道路隧道的計劃。隨後，這個計劃由當時的國會確認，工程於1825年動工。隧道長458m，隧道斷面為11.4m×6.8m。工程進展順利，但因地層下沈，致使工程被迫中止。但Brunel並沒有因此而灰心失望，他總結了失敗的教訓，對盾構做了7年的改進，後於1834年工程再次開工，又經過7年的精心施工，終於在1841年貫通隧道。Brunel在該隧道中采用的是方形鑄鐵框盾構。自Brunel向泰晤士河隧道挑戰到隧道峻工前後經歷了20個春秋，Brunel經過不懈的努力，克服了種種困難，終於最後取得了勝利。此時，他已是72歲的老人。Brunel對盾構工法的貢獻極為卓著，這是後人的壹致公論。
自Brunel的方形盾構以後，盾構技術又經過了23年的改進，到1869年建造橫貫泰晤士河上的第二條隧道，首次采用圓形斷面，外徑2.18m,長402m，這項工程由Burlow和Great兩人負責。Great采用了新開發的圓形盾構，使用鑄鐵扇形管片直到隧道掘削結束未出任何事故。隨後Great在1887年南倫敦鐵道隧道施工中使用了盾構和氣壓組合工法獲得成功，這為現在的盾構工法奠定了基礎。從起初Torevix反復失敗和受挫折，到引出Brunel的盾構工法，及進而改進成為Great的盾構工法前後經過80年的漫長歲月。
19世紀末到20世紀中葉盾構工法相繼傳入美國、法國、德國、日本、蘇聯等國，並得以不同程度的發展。美國於1892年最先開發了封閉式盾構；同年法國巴黎使用混凝土管片建造了下水道隧道；1896年~1899年德國使用鋼管片建造了柏林隧道；1913年德國建造了斷面為馬蹄形的易北河隧道；1917年日本采用盾構工法建造國鐵羽越線，後因地質條件差而停止使用；1931年蘇聯用英制盾構建造了莫斯科地鐵隧道，施工中使用了化學註漿和凍結工法；1939年日本采用手掘圓形盾構建造了直徑7m的關門隧道；1948年蘇聯建造了列寧格勒地鐵隧道；1954年中國阜新建造φ2.6m的圓形盾構疏水隧道；1957年中國北京建造了φ2m、2.6m的盾構下水道隧道；1957年日本采用封閉式盾構建造東京地鐵隧道。總之在這50~60年的時間裏盾構工法雖然也有進步，但這壹時期的特點是盾構工法在世界各國得以推廣普及。
20世紀60~80年代盾構工法繼續發展完善，成績顯著。1960年英國倫敦開始使用滾筒式挖掘機；同年美國紐約最先使用油壓千斤頂盾構；1964年日本埼玉隧道中最先使用泥水盾構；1969年日本在東京首次實施泥水加壓盾構施工；1972年日本開發土壓盾構成功；1975年日本推出泥土加壓盾構成功；1978年日本開發高濃度泥水盾構成功；1981年日本開發氣泡盾構成功；1982年日本開發ECL工法成功；1988年日本開發泥水式雙圓搭接盾構工法成功；1989年日本開發HV工法、註漿盾構工法成功。總之這壹時期的特點是開發了多種新型盾構工法，以泥水式、土壓式盾構工法為主。
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