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世界首台！马蹄形盾构机实现首段成功掘进
11月11日上午，在陕西靖边，世界首台大断面马蹄形盾构机&&&蒙华号&在蒙华铁路白城隧道正式始发，此次采用马蹄形盾构工法挖掘隧道，是国内铁路山岭软土隧道领域的首次运用，标志着我国铁路隧道建设机械化、自动化和现代化迈向了新阶段。蒙西华中铁路股份有限公司董事长、总经理张梅，中国中铁副总裁、总工程师刘辉，榆林市市委常委、市政府副市长李春临，中铁四局党委书记、董事长张河川，蒙西华中铁路股份有限公司副总经理、蒙陕指挥部指挥长袁良书，中铁装备集团董事长李建斌，中国中铁科技设计部部长于兴义，中国中铁工业设备部副部长周高飞，中铁装备集团总工程师王杜娟等出席仪式。当天上午，位于成都的机电公司大数据监控中心还与现场服务团队进行了数据对接和跟踪指导。远在千里之外的蒙华铁路白城隧道世界首台马蹄形盾构始发掘进的情况，在成都远程中心看得一清二楚。中铁装备集团总工程师王杜娟介绍说，马蹄形盾构体现的不仅仅是断面、外观上的变化，更反映出工法、技术上的革新，它能够最大程度增加空间利用率，较之圆形截面减少10%-15%的开挖面积，实现了隧道开挖一次成型，是全球首创的隧道开挖模式。据了解，自7月17日设备在郑州国家TBM产业中心下线后，立即拆机运往项目工地，三个多月的时间里，中铁装备和中铁四局现场服务团队始终保持着十足干劲，精心组织，科学安排，组建了党员突击队、工人先锋队、青年科技创新团队。全体人员重质量、保安全、抢工期、抓进度，如期完成了盾构机运输、吊装、组装、调试等一系列准备工作，并正常掘进21环，顺利通过始发验收。&马蹄形盾构的成功研制和顺利掘进，是我国铁路隧道施工技术与装备发展史上的里程碑事件，它将向世界展示中国铁路隧道建设的现代化水平，也将为我国铁路山岭软土隧道建设实现大型配套机械化、智能化施工提供成功范例。&中铁装备集团董事长李建斌说。
[更多详细数据，请使用爱钢数据]应用/盾构隧道掘进机
　　用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。盾构机
原理/盾构隧道掘进机
　　盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
盾构机与TBM/盾构隧道掘进机
　　（Tunnel Boring Machine）隧道掘进机，别名：。笼统的来说，盾构机与TBM都是一样的，都是隧道全断面掘进。但在造词之初，它们是不一样的，严格来说，它们之间存在以下不同点：
　　1.适用的工程不一样，TBM适用于硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。
　　2.两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。
　　3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。
　　4.工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城市地铁，及小型管道。
　　但是以上说法有些言不符实，因为现在随着技术的不断进步，许多硬岩TBM也采用盾构技术，而TBM本来就是隧道掘进机的意思。这就是学术的发展造成了现实中称法的混乱。
　　由此，学术界又提出了采用“硬岩TBM”和“软岩TBM”两种称呼来规范的办法。
　　硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，最佳日进尺可达150m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。特别是高效快速可使工程提前完工，提前创造价值，对我国的现代化建设有很重要的意义。
　　软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。
　　这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。
分类/盾构隧道掘进机
　　盾构机根据工作原理一般分为，，半（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。
　　泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。
　　根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。敞开式　　手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适于地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。机械切削式　　指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。根据地质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障碍物也不如敞开式开挖。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。网格式　　采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进是，土体就从格子里挤出来。根据土的性质，调节网格的开孔面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此，在施工务必采取有效措施，防止盾构后退。挤压式　　全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压时施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤密实。
盾构机的发展/盾构隧道掘进机
　　盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。
　　据不完全统计，目前国外盾构机的主要制造厂有18家，集中在日本和欧美，如日本的三菱重工、川崎重工、小松制作所、日立造船、，德国的海瑞克公司、维尔特公司，美国的罗宾斯公司，加拿大的罗法特公司等。各个厂家可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的盾构机，以满足用户的需要，其工艺和设备先进。
　　（一）日本三菱重工（MitsubishiHeavyIndustries,Ltd.） 日本三菱是一家具有100多年历史的企业集团，目前的经营范围除保持传统的造船业、汽车制造业和化工业外，还涉及金融领域，近些年来并涉足核能源、宇宙航天、生态环境和深海开发等尖端技术领域；其属下的直系企业有29家，三菱重工是其中的一家，为世界各地提供软、硬土盾构掘进设备的建设机械部是三菱重工旗下神户造船所的一个分支。
　　从1939年制造日本第一台手掘盾构机起，至2003年神户造船所就一共制造了1608构机，其中括土压平衡、泥水平衡、双圆、三圆、MMST等各种类型，数量和种类可谓世界第一，技术居国际之首。如开挖英法海峡交通隧道用的盾构机，其中就有两台是该公司制造的。曾向法国里昂地区提供直径为11m的土压平衡式盾构机，为上海延安东路第二条过江隧道工程生产泥水加压式盾构机，为东京湾海底隧道生产了直径14.14m的泥水加压式盾构机等。
　　在这1608台盾构中，日本三菱创造了多个第一。除第一台日本手掘盾构外，1970年三菱制造了日本最早的泥水盾构，直径7290mm；1986年制造了马蹄形机械挖掘盾构；1989年为英法海峡隧道提供了2台土压盾构；1991年制造了马蹄形的ECL盾构；1992年为法国里昂高速公路制造了直径为10.96m的土压盾构；1993年制造了迄今最大的双圆盾构；1994年为日本东京湾隧道制造了3台当时最大的泥水盾构；1995年制造了三圆盾构；1996年，为满足共同沟施工需要，制造了7950mm×5420mm的矩形盾构；同年又完成了球形刀盘盾构。
　　1997年三菱为川崎高速提供了MMST盾构；同年三菱又将泥土加压盾构的直径刷新为11.52m；1999年三菱生产了第一台子母盾构；2001年在大阪共同沟工程项目中，三菱制造了最大的MSD盾构，直径为8.07m，解决了盾构对接技术。
　　（二）日本小松制作所（KomatsuLtd.）
　　成立于1921年的日本小松制作所（株式会社）是跨行业领域的跨国集团公司，至今已有80年的历史。集团公司是由包括小松公司在内的142家公司(控、持股对象)组成。
　　公司主要产品除了始终处于世界领先地位的建筑工程机械、产业机械以外，同时还涉足工程、环境保护、工程事业、土木工程、运输、流通机械、金属材料制造和销售，软件以及金融、业等高科技领域。其包括盾构机、岩石掘进机和顶管机。
　　（三）日本川崎重工（KawasakiHeavyIndustries,Ltd.）
　　川崎重工创立于日，是从修船、造船发展起来的日本著名公司，在现代航海技术中处于领先的地位，此外还生产飞机和航空设备，机场登机系统、行李系统，铁路车辆，大型桥梁结构，供电、供热、天然气输送设备，环境工程设施等，同时也是机器人生产的先锋厂家。
　　在地下施工机械方面，已生产出1200多台软岩和硬岩，如东京市神田川地下调蓄工程用的直径为13.94m的盾构机，东京湾海底隧道14.14m直径的盾构机，英法海峡隧道开挖用的盾构机，以及上海隧道用的盾构机等。
　　（四）德国海瑞克（HerrenknechtAG）
　　1977年，马丁·海瑞克先生创办了海瑞克公司；1980年，在靠近法国和瑞士边境的德国南部施瓦诺（Schwanau）设立了办公室和生产车间。公司总部距离斯图加特机场、（法国）以及（瑞士）都很近。
　　今天，公司员工分布于世界各地，已超过1,400人。其中，公司总部有1,000人。公司的生产和组装面积已增长到59,900m2，拥有现代化的生产厂房和办公设施。
　　作为隧道设备生产商，海瑞克公司的设备尺寸完全，能适应各种地质状况。因此，从设备覆盖范围方面来说，海瑞克公司是独一无二的：拥有直径从4,000mm到15,440mm用于公路、铁路、地铁及输水隧道施工的大直径机器到外径仅100mm的全自动微型隧道掘进机、房屋管件连接设备和水平定向钻设备，机器适用于从软质、含水非粘性地层到抗压强达到300MPa的硬岩的各种地质条件。尤其是在大直道掘进机技术方面，海瑞克公司在长距离隧道和高施工上获得了丰富的经验：
　　在25年的隧道施工行业中，海瑞克公司一直是一些重大隧道工程的TBM供应商。在荷兰西西尔德、瑞典哈兰德拉斯、马德里、巴塞罗那、易北河等隧道工程中大显身手。在中国参与并完成了香港、北京、天津、广州、深圳、南京、重庆等城市的地下隧道及越江隧道工程。
　　至今，海瑞克公司已向世界范围内的客户提供了超过1,200台的隧道掘进设备。截止到2005年8月，海瑞克公司已向中国供应了40台直径大于6米的隧道掘进机，小型机7台。
　　（五）美国罗宾斯公司（ROBBINS）
　　美国罗宾斯公司是一家从事地下挖掘设备的设计,制造,销售和租赁等业务的公司，专门生产各种挖掘材料,包括提供与传统的“钻孔爆破”方法完全不同的在坚硬的岩层进行机械作业的方法。
　　现今，岩石掘进机械提供了一种比更值得的高效隧道挖掘方法。钻孔爆破法需要按此分开程序操作:先钻出小孔,然后装入炸药,爆破,通风,最后装岩出碴。反复如此进行作业。而岩石机械挖掘法是一个连续地从隧道表面“切开”岩石体的过程，然后通过传送带机或坑道车直接把碴从隧道内运出来。罗宾斯公司的主要产品是全断面隧道掘进机(TBMs)。
　　TBMs被应用于开挖经过各种各样地质状况的圆剖面隧道,从一般土壤到坚硬岩石层。罗宾斯已经生产出了隧道挖掘直径从1.6到12.87米的全断面隧道掘进机(TBMs)，机器重量从50公吨到1500公吨以上,总装机功率从300千瓦到3000千瓦以上。
　　罗宾斯公司也设计和销售范围很广的其他能使TBM得到高效率的运用的设备和服务。
　　使用左边的菜单可以发现关于我们的小型掘进设备(SBUs),隧道出碴系统,支持系统,切削刀,零部件，人员和全部的隧道开挖技术。
　　罗宾斯公司已经设计制造了超过250套全断面隧道掘进机(TBMs)。在本年底将有超过50罗宾斯TBMs机器投入使用。这足以证明罗宾斯的设备质量非常可靠。
　　（六）加拿大罗浮特公司（）
　　加拿大罗法特公司成立于1972年，在传统的盾构机设计上处于世界领先地位。产品广泛应用服务于地铁、铁路、公路、暗渠、市政、等隧道建设，擅长于风化岩石、混合土质、软土、土压平衡式和泥水式盾构机的制造，开挖盾构直径从0.75米到17米。LOVAT盾构机具有高精技术和更可靠的性及质量特点。除此之外，LOVAT是唯一能提供从盾构机的全面设计、制造、检测和试验的公司。
　　（七）德国维尔特Wirth法NFM集团
　　德国维尔特公司1895年建立，自1916年以来生产和，1965年以来生产全断面隧道掘进机(TBMs)。大约90%的产品出口，产品行销超过60个国家和地区。NFM技术公司是一家法国的实业公司，于日加入德国维尔特公司，专门开发和制造工业设备和特殊用途设备（比如，全断面隧道掘进机），处理和举升设备等高性能设备。
　　盾构机尤其是土压平衡式和泥水式盾构机在日本，由于经济的快速发展及实际工程的需要发展很快。德国的盾构机技术也有独到之处，尤其是在地下施工过程中，保证密封的前提以及高达0.3MPA气压的情况下更换刀盘上的刀具，从而提高盾构机的一次掘进长度。德国还独创了在密封条件下，直接从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的刀具技术。
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贡献光荣榜全球首台“马蹄形”刀盘盾构机问世
来源：新华网
　　新华社郑州7月17日电（记者樊曦）记者从工程装备集团有限公司获悉，全球首台“马蹄形”刀盘盾构机17日正式组装调试完毕。设备的成功研制标志着我国已经拥有具有自主知识产权的超大断面马蹄形盾构设计和施工技术，实现了异形盾构装备的自主化和智能化，为我国
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高端设备进军国际市场提供了强有力的工程示范。　　据中铁装备董事长李建斌介绍，该盾构机专门为蒙华铁路白城隧道量身定做，将首次应用于铁路山岭软土隧道领域。刀盘呈倒“U”形，远观形似马蹄，刀盘采用九个小刀盘共同组成一个马蹄形断面的创新组合方式，可进行全断面切削。　　与常见的圆形盾构机不同，该异形盾构机不仅是断面的“变形”，而且更实现了工法、技术的“变形”。在铁路山岭软土隧道领域施工中，马蹄形盾构工法能够最大程度提高隧道空间利用率，较圆形截面减少10%－15%的开挖面积，是全球首创的隧道新型开挖模式。　　随着国家基础建设的逐渐深入，对高端施工装备提出了更为多样化的需求，盾构产品向小微化、巨型化以及异形化发展。中铁装备坚持创新驱动，先后研发出世界最大断面矩形盾构机、世界最小硬岩掘进机等多种产品。去年，中铁装备研制的矩形盾构机、硬岩掘进机先后出口到新加坡、黎巴嫩等国，其良好的地质适应性和优质高效的掘进表现受到肯定。　　作者：樊曦来源新华社)
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　　【特点】
　　九个小刀盘
　　组成一个“马蹄形”断面
　　这台“马蹄形”盾构机为什么称为“异形盾构机”呢？
　　“之所以称为‘异形盾构机’产品，是因为有别于圆形盾构机产品。”中铁装备总经理谭顺辉解释疲道。
　　东方今报记者在现场看到，该盾构机盾体采用梭式结构，双螺旋输送机出土。刀盘采用九个小刀盘共同组成一个马蹄形断面的创新组合方式，可进行全断面切削；刀盘布置采用“前后错开，左右对称”的原则，九个刀盘既可同时转动，也可单个转动、任意组合转动、不同方向转动，有调试、掘进、维保等三种模式可供选择；当盾构机发生滚转时，可通过多个刀盘同向转动使盾构获得反方向的扭矩，以达到滚转纠偏的目的。
　　值得注意的是，这台“马蹄形”盾构机还有一个名字——“蒙华号”。
　　原来，这台设备是专门为蒙华铁路白城隧道量身定做的，蒙华铁路是国内最大规模运煤专线——蒙西到华中煤运铁路，谭顺辉透露，“马蹄形”盾构机下线后，由于设备个头大，将全部拆解后运往施工现场，今年9月初抵达现场后，再进行组装，然后送入隧道施工。
　　【优势】掘进速度提高2至3倍
　　这台“马蹄形”盾构机与传统的圆形盾构机有啥区别呢？
　　“与我们经常见到的圆形盾构机不同，中铁装备的异形盾构机不仅是断面的‘变形’，更实现了工法、技术的‘变形’。”谭顺辉说，马蹄形盾构工法在山岭软土隧道领域首次运用，它能够最大限度提高隧道空间利用率，较圆形截面减少10%～15%的开挖面积，是全球首创的隧道新型开挖模式。
　　“以前，铁路隧道施工时，需要利用两台圆形盾构机，同时打两条隧道，而有了这台‘马蹄形’盾构机，只需打一条隧道，就可以容纳一来一回两根铁路线。”谭顺辉说。
　　除了提高隧道空间利用率之外，和此前的圆形盾构机相比，施工速度也将大大提高。
　　谭顺辉说，就以蒙华铁路这种山岭软土隧道施工为例，如果是圆形盾构机，每个月可以掘进50至100米，而这台“马蹄形”盾构机，每个月则可以掘进200至300米，掘进速度提高2至3倍。
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