隨著我國隧道及地下工程建設的快速發展，全斷面隧道機法已成為我國城市地鐵、綜合管廊、山嶺隧道等重大隧道工程建設的工法。該工法依托大型裝備的集成應用，科技含量高，涉及多個專業領域，對工程技術人員的專業技能提出了更高的要求。

基於上述背景，中國礦業大學（北京）作為以土建類為的高等院校30年來一直致力於城市地下空間工程領域的教學與科研工作，承擔了大量的科研項目和企業委托的科研項目，在該領域形成了一定的理論與技術基礎，積累了較為豐富的工程經驗。以此為依托，中國礦業大學（北京）於2016年開設了城市地下空間工程本科專業，並於2019年5月17日入選北京高校“高精尖”學科建設名單，同年12月，城市地下空間工程本科專業入選本科專業建設點。基於學科發展及現實教學工作的需要，亟須編寫一批具有地下空間工程專業的融合創新教材，《盾構與TBM施工簡明教程》即應運而生。

本教材共9章：第1～4章介紹了盾構與TBM典型機型的基本構造、工作原理、技術特點及適用範圍；第5章介紹了盾構選型的原則與方法；第6章介紹了管片的構造、作用和設計方案；第7章介紹了盾構始發——接收全過程的施工方案及關鍵技術；第8章介紹了盾構施工過程中的風險管控，並闡釋了綠色施工技術；第9章介紹了盾構過程中的整體姿態和位置的測量技術。本教材在附錄中增加了管片結構設計和反力架結構受力驗算兩個典型算例。除此之外，每章設置了一些思考題，這些問題基本囊括了各個章節的關鍵要點，以供讀者參閱和思考。

本教材具有以下幾個特點：

一是突出適用性，本教材遵照國家對城市地下空間工程專業教學大綱要求，依據國家、行業實施的相關標準與規範，以及土木工程領域對實用型技術人纔的需求特點編寫而成。

二是注重實用性，本教材按照“理論+實踐”相結合，引用成熟的技術體繫，貼合實際應用，便於學生理解掌握。

三是凸顯簡明性，本教材結合專業設置和教學特點，在介紹概念、原理、方法等知識內容過程中，采取圖文並茂、言簡意賅的表達方式，以提供基本的知識體繫為目的，“簡明”“夠用”即可。

本教材由楊志勇主編，江玉生審，房寬達、楊星為本教材的順利編寫查閱、整理了大量的相關文獻資料，並參與了書稿的整理工作。北京申江工程技術咨詢有限公經理褚立孔為本書的編寫提供了豐富的資料、工程經驗和相關建議。

在此謹向提及與未提及的所有單位和同仁表示感謝。

限於作者，書中難免有欠妥之處，敬請各位讀者、同仁批評指正。

第1章盾構法歷史沿革

1.1盾構法概述

1.1.1定義

根據《全斷面隧道機術語和商業規則》（GB/T34354-2017）定義，全斷面隧道機是指通過開挖並式實現隧道全斷面成型，且帶有周邊殼體的專用機械設備，主括盾構機、岩石隧道機、頂管機等。

盾構機（Shield Machine,以下簡稱“盾構”）是指在鋼殼體保護下完成隧道、出渣、管片拼裝等作業，式的全斷面隧道機，主要由主機及後配套繫統組成。一般可分為土衡盾構、泥衡盾構等，通常默認為圓形盾構。

岩石隧道機（Hard Rock Tunnel Boring Machine,以下簡稱“TBM”）是指通過旋轉刀盤並，使滾刀擠壓破碎岩石，采用主機帶式輸送機出渣的全斷面隧道機。一般可分為敞開式TBM、單護盾TBM及雙護盾TBM等。

歐美國家一般將盾構和TBM統稱為TBM，而在本及部分東南亞國家，一般將盾構定義為開挖土體的機械化設備，而將TBM定義為硬岩隧道機。本書即按照我國行業按照盾構與TBM分別展開介紹。

1.1.2工法優點

與傳統的淺埋暗挖法和明挖法相比，采用盾構法建造的隧道工程具有以下優點：

（1）對環境影響小。

①出土量容易控制，施工過程中對周圍地層及建（構）築物影響小，沉降控制相對容易。

②不影響地表交通，不影響商店等的營業，經濟損失小。

③對周圍居民生活、出行影響小。

④空氣、噪聲污染較小。

（2）適用地表環境及地層條件廣泛。

①施工基本不受地形、地貌、江河水域等地表環境條件的限制。

②適於深埋、高水壓施工條件。

③施工不受天氣條件限制。

④適用地層廣，軟土、砂層、卵石以及岩層均可適用。

（3）速度快，機械化和自動化程度高，投入人員少。

（4）采用管片襯砌的隧道，改善了洞內勞動條件，減輕了人工勞動強度。

（5）施工在盾殼的保護行，相對，隧道內產生嚴重生產事故的可能性小。

1.1.3工法缺點

（1）每種類型的盾構都有其佳的適用範圍，不可能對任何地層都適用，一旦設備選型與水文、地質條件不匹配，則有可能出現大的風險。

（2）隧道施工機械化程度和科技含量較高，重要部件在施工中更換、修理困難，一旦在過程中出現嚴重的機械故障或者部件損壞，維修相當困難（如補焊刀盤、更換磨損嚴重的刀具等），同時維修過程中也會帶來較大的風險（如開倉換刀時遇到不明有害氣體，補焊刀盤時乙炔中毒）。

（3）當穿越的地層復雜多變，地下環境較復雜時（如遇到不良地層、不明地下障礙物等），容易產生風險。

（4）與其操作人員的經驗、操作能力有很大關繫，一旦操作人員經驗不足，對設備把控能力有限，對突發（異常）情況缺乏足夠的判斷能力，或者違規操作，則容易在盾構施工中產生較大的風險。

（5）受限於裝備技術發展，目前還無行變斷面施工。

1.2盾構的起源與發展

盾構問世至今已200年的歷史，始於英國，發展於日本、德國。其發展歷程可分為四個階段（圖1-1）一是以布魯內爾盾構為代表的手掘式盾構；二是以機械式、氣壓式盾構為代表的第二代盾構；三是以閉胸式盾構為代表（泥衡盾構、土衡盾構）的第三代盾構；四是以大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為的第四代盾構。

1.2.1盾構的起源

1806年，馬克·布魯內爾（Mare Brunel)在蛀蟲鑽孔並用分泌物塗在四周的啟示下，早提出了盾構隧道的原理並注冊了專利，如圖1-2所示。布魯內爾發明的盾構由不格組成，所格牢靠地固定在盾殼上。當一段隧道挖完後，由液壓千斤頂將整個盾殼……