隧道及地下工程施工方法主要有：鑽爆法(鑿岩台車、 滑模車)、明挖覆蓋工法’淺埋暗挖法(類支撐先進)、盾構/岩石掘進機法’頂或拉管工法和沉管法。

註:

淺埋暗挖法

一種建設隧道的施工方法。由新奧法改進而來，相對於傳統的新奧法更加強調較早、較強的支撐保護，以儘可能減少施工帶來的地面沉降，克服了新奧法不適用於埋深較淺（小於3-5倍洞徑）的隧道的問題。其工藝要求被總結為「管超前-支撐先進，嚴注漿，短開挖，強支護，快封閉(開挖面及支撐先進執行完成拱行為)，勤量測」。

隧道及地下工程大型施工裝備主要有：盾構機、掘進機、頂管機等許多機械化作業線;從簡單的隧道掘進機械

Shield Machines with part heading; Face without support’ Face with purtial support;Partial-face Excavation Machines;挖掘機- backhoe digger）到複雜的鏡面封閉腔式盾構機械（約束型盾構隧道掘進機- confinement-type shield TBM; Face with compressed air or fluid support application）。。盾構與岩石掘進機的名稱，歐洲統稱為隧道掘進機 Tunnel Boring Machine（TBM），在日本區分為 Shield Machine 和 TBM，TBM 僅指全斷面岩石掘進機。

隧道掘進機的應用越來越多，各種掘進排渣技術-the various extraction techniques的相關不斷改進,導致了能夠穿透極其多樣混合地質(mixed ground conditions)的機器類型，即分別是軟土和固體岩石的混合地質盾構掘進機械(mixshield TBM)。用於實岩的隧道掘進機（TBM）和用於軟土的盾構機（SM）之間的明顯區別，由於其概念背景和特殊的工程和提取技術(extraction techniques)，已經失去了原來的意義。過去的發展和實踐中取得的進展產生的隧道掘進機，其中兩種技術的典型特徵已集成到一個單元中(multi-mode TBMs or hybrid machine or mixshield TBM) 。通過這種方式，創造隧道掘進機適用於整個岩土工程範圍的可能性。

註:

混合地質-mixed ground conditions

可以由任何地質類型組成，例如冰川沉積物、沖積土壤或有或沒有岩石的殘餘土壤，可能具嵌套的巨石、腐泥岩或高度風化的岩石相交。混合地質也可以由性質截然不同的礫石-土壤基質或層狀帶狀混合土組成。在這些情況下，隧道掘進可能很困難，特別是通過軟土和硬岩之間的過渡帶進行隧道掘進。

掘進機隧道直徑可以在1.2m~12m之間，直徑3~6m經濟通用。

隧道掘進機（TBM）用刀盤或刀輪挖掘整個隧道橫截面，或通過特定的挖掘工具部分挖掘。

隧道掘進機分類如圖 示;

隧道掘進機由主體和備用系統組成;盾構掘進機的主要四大構件;鑽盤’鑽齒,鑽進及推力提供的反力系統, 岩土泥渣的運送棄置, 維護潛盾機安全的盾構及背填灌漿系統

鑽掘系統掘進岩體

含有一個裝有圓盤切割器的刀盤。刀盤旋轉並將刀盤壓在掘進岩體表面。進行產生切片運動。刀盤施加的高壓大於岩石的抗壓強度，並且相對容易地研磨它。使用的刀盤和圓盤切割機的類型取決於岩石的類型。

轉輪盤鑽進及推力提供的反力系統(clamping)-Thrust and clamping

掘進機的推力和夾緊系統負責通過液壓缸向前移動機器(掘進)。夾緊(clamping)可根據需要限制推力。

岩土泥渣的運送棄置 Muck-removal

刀盤切碎清除的岩石和土壤可以與水或其他物質混合，以形成更容易去除的“淤泥”。通常，螺旋輸送機將渣土擠出到標準輸送帶上，最終被帶到隧道外並進行處理。

維護潛盾機安全的盾構-Support

隧道掘進機必須保護，並防止在磨削過程中隧道空間土渣掉落在切削盤周圍。保護掘進機免受斷層帶影響的支撐系統包括管幕、灌漿注入、岩栓和刀盤上方或前面使用的凍結。拱頂盾構支撐系統可用於保護掘進機在斷裂岩石中前進時刀盤後面的作業員。

回填系統 -backfilling

回填前;尾皮油脂封頭是由油脂通過管道壓入鋼絲刷結構到潤滑脂室中。可以防止水，土壤和填充材料不外洩的填充在密封環片襯砌與岩體罅隙。

淺覆蓋層隧道和城區潛盾施工關注地表沉陷。回填系統可以根據地面條件和表面沉陷風險對單管水泥系(可添加1%水泥量的皂土)或雙重管(一管為快凝劑;水玻璃)的灌漿,進行掘進與低壓背填及填隙壓實同步灌漿,封堵盾尾環片間空隙。不斷監測和控制漿液注入及回漿的體積和壓力，以消除地表沉降的風險。

隧道掘進機的類型-Types of Tunnel Boring Machines

各種類型的隧道掘進機，以面對不同的地質和地質力學環境，並使用不同的系統對其進行分類。可以區分土壤及軟土隧道掘進機(soil/soft ground TBMs)和岩石隧道掘進機(rocky TBMs)。

掘進機必須工作的地質和結構環境決定盾構機械選擇;常見地質環境分類的建議盾構機械示例 圖。

岩石隧道掘進機分類中最重要的區別之一是開放式（gripper-隧體側壁頂壓式-夾持器）和盾構式隧道掘進機(shield TBM)。在 圖表 中，提供了夾持器和盾構掘進機子類別的清單- Types of TBMs (Zou, 2017).

全斷面隧道壁頂具摩擦力提供隧道掘進機GRT TBMs(Gripper tunnel boring machine)

壁頂具摩擦力提供隧道掘進機用於岩石地層開挖鏡面具有中到長的自持時間。 不須對隧道工作面和坑隧壁剖面的供給積極支撐。盾構不設完整的盾殼。在刀盤前後面的緊鄰區域，使用帶有刀盤短護罩、側板和仰拱板的盾構。在與預測岩體預測偏差的情況下，需要複雜的傳統支撐措施,承攬者則有額外付出。經濟運行可能受阻;增加的成本顯著。

為了將掘進接觸壓力施加到切割機刀盤上，機器通過壁頂具（夾具板）徑向支撐，壁頂具以液壓方式壓在隧道內部壁,提供磨擦力。當達到推力缸掘進的最大衝程時，掘進停止，GRT TBM機器由額外的后支撐穩定，然後夾具板從挖掘內部壁釋壓內縮。縮回的夾具板, 后支撐沿掘進方向平面移動，然後繼續循環前進。

主樑隧道掘進機用於快速鑽穿堅硬的岩石。是一種開放式隧道掘進機。刀盤的直徑與隧道相同。液壓推進油缸在刀盤轉動時將轉盤刀具推入堅硬的岩石中。同時，橫向千斤頂力提供夾緊系統緊壓隧道壁。夾持器保持鎖定位置時,推進油缸圓柱推伸出，主樑使掘進機向前移動。主樑上皮帶輸送機將渣土從旋轉刀盤內的鏟斗移動到隧道掘進機的後部。推進缸圓柱縮回，進而重新定位橫向千斤頂縮伸提供夾緊系統元件動作。在伸出夾具並定位後腿后，隧道岩體掘削過程繼續進行。

岩石由安裝在刀盤上的圓盤切割機精確地挖掘，並達到精確的挖掘輪廓。根據直徑的不同，機器用刀盤護罩(盾)或切割盤護盾填充大部分橫截面。隧道輪廓的系統支撐通常在盾尾手指盾(the protection of the finger shield)的保護中進行，或直接在刀盤盾構後面（隧道工作面後方5米至10米），尾隨的龍門架起重區域進行擴充護盾。為了應對不太穩定的岩石組成的斷層帶，特別是在有落石風險的情況下，應盡可能在刀盤後面安裝鋼肋、噴凝土、岩釘或岩栓等一次襯砌。

硬岩挖掘的開放式隧道掘進機配硬岩圓盤刀盤，配有17英寸楔形鎖™背裝式刀具(back-loading cutters)，每台圓盤刀具的標稱載荷能力為267 kN(27 ton)。為了立即支撐最靠近工作鏡面的隧道新鮮鑽挖裸露岩體，在拱頂和側面提供了支撐護罩(盾構)以及垂直前支撐( disc cutterhead’movable hood Face & supporting jack)。手指護罩連接到切割頭後盾尾拱上。

隧體側壁頂壓式-夾持器隧道掘進機-Open type TBM(GRT TBM )

開放式隧道掘進機掘進中直接顯露所遇到岩體的地質、結構和掘進機機械數據。因此，開放式隧道掘進機是勘探隧道施工中採用最多的一種。

1 隧體側壁頂壓式-夾持器隧道掘進機-Open type TBM

開放式隧道掘進機，也稱為隧體側壁頂壓式-夾持器隧道掘進機，廣泛用於隧道開挖，岩體的特點是品質好，隧道岩體自持時間足夠長，通常在沒有任何作業人員保護裝置下,可安全掘進同時投入所需的支撐。

某些情況下，可以在刀盤後面安裝部分護罩盾構，特別是可以安裝頂拱護罩或側轉向操控千斤頂（在拱頂和隧道側壁上的方向千斤頂）;此外，有些盾構機械有一個保護刀盤的盾構。

夾緊系統(clamping system)由夾具組(gripper group)組成，該組包括夾具板(gripper plates)。使用液壓千斤頂伸縮移動夾具。

如果存在單個夾持器系統，稱主梁式隧道掘進機（羅賓斯型）;使用雙夾持器系統（稱為Kelly;即伸縮樑），稱Kelly梁式隧道掘進機（Jarva型）。

鏡面開放式隧道掘進機的掘進循環週期由四個主要步驟組成。

掘進循環開始,藉著夾緊系統(clamping system)的延伸頂緊隧道體後縮回(懸空)夾具架構後支撐,頂進千斤頂前推及圓盤鑽頭鑽進,同時道渣經溜渣口上輸送帶出渣。,頂進千斤頂前推衝程結束; 夾具架構後支撐推出支撐盾構體,夾具系統鬆弛後圓頭鑽盤頂進千斤頂歸零衝程。推力千斤頂的縮回使夾持器單元向前滑動。掘進循環再啟。

2 盾構隧道掘進機-Shield type TBM

盾構掘進機分為單護盾隧道掘進機和雙盾構掘進機。

盾構隧道掘進機與開放式盾構的不同之處在於存在一個或兩個盾構。覆蓋了隧道掘進機的主體，不僅僅是刀盤後面的有限部分。盾構機械用於低品質的岩體，在節理岩體中，岩體自持時間有限或非常有限，並且不足以讓作業員安裝支撐和襯砌。盾構護罩具有避免隧道坍塌和使操作員在安全條件下工作的功能。

在破碎岩石中，可以使用單盾構硬岩隧道掘進機，隧道掘進機掘進衝程完成,豎立混凝土環片襯砌環以支撐盾構體後面不穩定的隧道壁。

2.1單護盾隧道掘進機-Single shield TBM

單護盾隧道掘進機通常用於挖掘岩體自持時間短的節理岩體;在這些情況下，單護盾隧道掘進機可以保證隧道掘進性能良好，因為使用預製管’環片安裝完成襯砌或頂進管隧道掘進方法。在隧道掘進過程中，通過圓盤刀頭切割隧道面來去除岩石。會導致產生小塊材料（碎片）和產生的灰塵。因此，對於單護盾機，需要配備減少粉塵產生和除塵的設備。抑塵方法可以是：

a刀盤噴水，

b 刀盤後面的防塵罩，

盾構式隧道掘進機掘進過程是循環的，推進鑽挖衝程完成時，推力缸必須縮回，執行環片襯砌架設分段襯裡。

2.2雙盾構造盾構機械-Double shield TBM

雙護盾隧道掘進機-伸縮式盾構，經常用於硬岩的長隧道開挖，當可能存在高破碎或剪切帶和斷層時。雙護盾隧道掘進機用於穩定和不穩定的地質條件。

雙護盾隧道掘進機之稱呼，因為有兩種掘進模式;在穩定的地面上，它們可以抓住隧道壁(gripper shoes&thrust)向前推進。在不穩定、破碎的地面上，推力被轉移到輔助推力缸上，輔助推力缸推到機器後面的隧道完成管環片段上。可以防止巨大的夾緊器頂壁推力撞擊脆弱的隧道壁。此時雙護盾隧道掘進機以單護盾隧道掘進機相同的方式運行於破碎岩體的岩體斷面。

雙護盾隧道掘進機被認為是最複雜的掘進機，因為它們是夾持機和單護盾機的組合。它們通過在連續隧道掘進作業下,來保證非常高的隧道掘進功能。

雙護盾隧道掘進機由兩個主要元件組成;刀盤、驅動器和主軸承的前護罩;以及夾持裝置系統、輔助推力缸和尾皮的’夾具護罩’。遮罩的兩個部分由主推力缸連接，伸縮式護罩保護它們。當出現穩定的岩體條件時，機器通過抓手靴支撐在隧道壁上，由於主推力千斤頂推掘進，前護罩可以獨立於夾具護罩推進。當機器掘進時，同時襯砌環片安裝在尾皮部分的隧道岩體。

掘進機掘進衝程完成後，夾具鬆開，輔助推力缸動作,夾具護罩推到前護罩後端。

雙護盾隧道掘進機模式下,不可能主動支撐隧道工作(鏡面)面。肇因內部伸縮盾的移動,鏡面有短暫不受支撐保護。因此，岩石鏡面應表現出足夠的自持時間，安裝預定的襯砌環片支撐。在single-shield模式下，也可以挖掘岩體自持時間較短的岩體區域。如果有可能對抗不穩定或非均質岩石條件（高度裂縫，斷層帶）的岩體，建議隧道掘進機配備附加設備，以便在TBM掘進之前進行探勘鑽孔，及可以改善岩體的鑽灌設施。探勘鑽孔’岩體改良動作可能遇到高壓水等衍伸不可控事件風險,勤前仍須預做風險處理模擬。

3     鏡面封閉腔式盾構機械-Closed mode TBM

封閉式坑隧掘進機械;隧道掘進穿越沉積土，隧道掘進圓盤鑽頭通過腔室以氣動壓力或混合其他支撐手段進行鏡面穩定。

鏡面封閉腔式類型的隧道掘進機通常用於挖掘地下水位下的隧道體土壤、非常柔軟的岩石或高地下水位壓力下的含水層’鬆散的沉積物’沙子、礫石、淤泥、粘土’有大石塊的地層。隧道體地質通常需要支撐隧道鏡面的地方。在隧道工作面平衡系統的基礎上，可以區分三組主要的鏡面封閉腔式隧道掘進機;壓縮空氣腔式、泥漿腔式盾構機和土壓平衡（EPB）腔式盾構機。

鏡面封閉壓縮空氣腔式隧道掘進機’ 泥水加壓式盾構和土壓平衡(EPB)機械都是封閉面腔式盾構機械，即機器的頭部前盾構是封閉的(版式圓盤切割頭)，與機器的後部分開。位於前盾構圓盤掘削面板和隔板(bulkhead)之間的工作腔(working chamber)填充壓縮空氣’土壤或泥漿，以在鏡面壓力下穩定掘削面及未環片襯砌前隧道土體。通過平衡前進速度和渣土提取率，實現穩定速率掘進目標。

鏡面封閉壓縮空氣腔式隧道掘進機;平衡隧道鏡面壓力的元件是使用壓縮空氣。

鏡面封閉泥漿腔式盾構掘進機-Slurry shield machine (SLS)

泥水加壓式潛盾鑽掘機，隧道工作面由加壓介質（泥漿）主動支撐。挖掘室通過泥水腔室與隧道隔開。除了隧道工作面的主動泥水支撐外，封閉式盾構機還具有密封的優點，當岩體在隧道面掘進鬆動時，可以防止灰塵形成。泥漿盾構通常用於必須主動支撐隧道工作鏡面並保護機器內部免受土壤和水滲透。

用於地面條件為顆粒狀且水壓非常高的情況。通過刀盤注入填充皂土安定液來施加靜水壓力穩定開挖面，當與挖掘出的材料混合時，該漿料也用作輸送介質，泵送到隧道外的分離設備。使用泥漿分離設備過濾漿料中的岩土渣顆粒，重複使用安定液。

通過膨潤土和水的漿液混合物平衡鏡面地質層和地下水壓;適用於挖掘沙和細礫石地質。

隧道襯砌建在盾構外殼的保護範圍內，通過架設襯砌環。支撐保護環襯介質的特性應根據現有土體進行終止滲透性。通常以改變漿料的密度和粘度。膨潤土懸浮液(Bentonite suspensions)已被證明特別適用於此目的。所需的支撐壓力可以通過鏡面泥膜(壁)及後面的泥水壓,以泥漿泵(安定液泵入與泥漿泵出)的協調輸出速率非常精確地控制。在隧道開挖之前，應計算隧道掘進的整個長度,提供安定液壓泵的能力保證。通過版式圓盤切割頭(cutterhead)及安定液腔室的鏡面穩定支撐進行全面挖掘來去除掘進土體。然後通過懸浮安定液輸送移除掘進土體。同時進行分離泥水’安定液再生循環使用。

如果需要進入鏡面;例如更換切齒、進行維修工作或移除障礙物，則泥水支撐應部分或全部替換為壓縮空氣為支撐。鏡面泥膜仍受壓縮空氣壓支撐，但可能需要定期更新。安定液可以完全去除或僅部分降低移除,代之以壓縮空氣。所需的降低水準取決於所需的工作空間大小或允許的最大降低高度。決策為;應始終可以充分安全地工作，並在面臨不穩定鏡面的情況下仍須為工人提供足夠大的工作空間。安定液面降低到切割輪(cutterhead)直徑的一半以下則停止維修;重行調整切割輪方位及安定液面重置後再維修。

如果使用開放式板式切割圓盤頭，則可以使用切割輪或圓盤中的取土窗-shutter segments（可從腔室延伸）來機械關閉工作面，以便在機器停止時保護在挖掘室中工作的人員。由於鏡面地質自持效應的持續時間有限，這些措施可以被認為是謹慎的。通過切割輪或圓盤對隧道工作面的可能機械支撐僅作為一項額外的安全措施。不允許在計算方法中考慮這些措施可以獲得支援效果。

石頭或岩石地質可以通過切割輪上的刀盤和/或腔室中的破碎機縮小到可泵運送 尺寸。 在穩定的地面上，泥漿盾構也可以在沒有增壓的情況下運行，鏡面部分裝滿水供作泥漿渣料的潤滑劑。 在機器技術方面，可能需要保持最低工作壓力，以避免進料泵的氣蝕和壓力波動，造成吸入區域的堵塞。 然而，在計算鏡面支撐壓力時，通常不會考慮掘進機掘進過程所需的這些最低工作壓力。

土壓平衡（EPB）腔式盾構機- the earth pressure balance (EPB)

土壓平衡隧道掘進機是一種封閉式隧道掘進機。可用於在風化的岩石或地下水位下的軟土中鑽進。特別是在必須將地表沉降降至最低的城市地區。土壓平衡機為小半徑急曲線使用鉸接式盾構，可抵抗10bar的進水壓力。掘進機通過調節刀盤腔內的壓力來穩定隧道面和隧道通過地面沉降控制，使其與刀盤前方的鏡面壓力保持平衡。隧道襯砌在每次推動掘進后立即架設環片。尾護罩中的高壓密封件可保護機器免受地面壓力的影響。

土壓平衡隧道掘進機的突出特點是它們使用挖掘的土壤作為支撐介質。配備切割工具的旋轉刀盤推入隧道鏡面並挖掘土壤，土壤通過開口進入挖掘室。在這裡，它與已經存在的土壤糊狀物混合。

土壓平衡型盾構機將挖出的土轉化為泥漿壓力，並保持泥漿壓力，以穩定切割鏡面。基本上，土壓平衡有一個挖掘圓盤切削頭來切割土壤，一個混合系統，將挖掘的土壤混合成泥漿及賦予壓力，一個土壤排放系統來排放土壤和一個控制系統來保持泥水與鏡面壓力均衡。土壓平衡用於不同類型的土壤，但主要在以粘土為主的地面上。

在土壓平衡機中，平衡材料是添加潤滑材料液體或泡沫調理劑。土壓平衡機用於挖掘粘土、淤泥和細砂。

土壓平衡鏡面腔式支撐的隧道掘進機，可以通過由挖掘刀渣材料注入添加劑改變道渣稠度來主動支撐隧道工作面(鏡面)。挖掘室通過壓力艙壁完全或部分與隧道體隔開。挖掘室完全充滿土漿的操作模式稱為土壓平衡鏡面腔式支撐封閉模式(closed mode)。

開口比相對較低的圓盤切割面，配有掘進刀具，挖掘鏡面土壤。切割輪背面攪拌器和壓力隔板上的攪拌葉片(stator-mixing torque within chamber)有助於使粘性土壤具有合適且均勻的稠度，並且對於混合和粗粒土壤，可確保足夠的潤滑螺送性。支撐壓力由分佈在壓力艙壁前部的土壓感測器監測。加壓螺旋輸送機從工作腔室中清除道渣。

支撐壓力由螺旋輸送機的速度和掘進機的推進速度即鏡面壓力及渣料體積排出控制。合適調節劑的注入有助於控制鏡面壓及道渣排運。挖掘室和隧道之間的壓力差是通過螺旋輸送機中的排渣作用實現的。道渣混合漿體是確保在相應裝置於密封性螺旋輸送機或輔助機械裝置中。隧道鏡面的適當支撐，特別是在拱頂區域，只有在土壤以具有作為支撐介質的薄膜生成及存在合適特性壓力腔的壓力進行時，才有可能。使用晶粒直徑小於0.06毫米的細粒的比例添加劑具有顯著影響;通過調節道渣土壤，例如使用膨潤土、聚合物或泡沫，可以擴大土壓平衡盾構的應用領域，也需要注意材料的再生循環運用。

閉式隧道掘進機另一種類型的機器-多模式隧道掘進機或混合動力機器( multi-mode TBMs or hybrid machine)

鏡面跨界隧道掘進機（多模式隧道掘進機或混合型態盾購掘進機- multi-mode TBMs or hybrid machine）。機器能夠在開放模式和封閉模式下工作。在第一種情況下(在開放模式)，它們作為單盾構隧道掘進機進行挖掘，在第二種情況下，它們作為泥漿盾構或土壓平衡機工作。一些鏡面跨界隧道掘進機的設計目的是在封閉模式下工作時從土壓平衡機轉換傳遞到泥漿鏡面平衡，反之亦然。可以考慮在高度變化的地質環境中坑隧掘進採用混合型態機器(multi-mode TBMs or hybrid machine)。

混合式土壓平衡/單護盾機(Hybrid EPB/Single Shield machines)通常包括一個超大的加固螺旋輸送機，用於磨蝕的地面條件，以及一個可在隧道掘進中轉換道渣輸送方式的帶式輸送機。

土壓平衡機使用鉸接式盾構

鉸接式油缸主動調整機器方向,提升精度

鉸接角度

鉸接千斤頂固定在連接前盾構和後盾構之間的後樑上，其中控制鉸接千斤頂用於伸展或縮回左右側和上下側千斤頂，僅對TBM前護罩分別在水平和垂直平面上改變方向。

前護罩彎曲行為對鉸接角度和左右盾構主千斤頂行程的影響不同。操作的TBM通過鉸接角度，各千斤頂行程差和複製刀(copy cutter)校正空間,進行彎曲對齊的模式。從前護盾軸到後護盾軸（而不是隧道軸）的彎曲角度的鉸接角度順序是為了控制規劃隧道路(軸)線上的前護盾移動，在曲線上的TBM位置隨著曲線半徑的變化而增加，直到當所有前護板的曲線半徑恆定。

複印刀(Copy cutter)功能

複印刀是從刀盤沿徑向伸出或縮回的千斤頂。在選擇位置時將土壤切割成內曲線半徑，以提高護盾彎曲能力。複製切割刀具行程僅使用一個，並逐步設置一輪開挖和分段安裝的鉸接角度值，以保護TBM設備。

Copy cutter明顯觀察到盾構向開挖區域旋轉，複製刀通過在指定起點將盾構周邊刀盤上的copy cutter擠壓到周圍土壤中來增加開挖面積和開挖半徑，並通過旋轉刀盤保持其擴挖長度直至達到必須的閉合點。由於隧道曲線是向右或向左旋轉，因此當盾構向右或向左旋轉時，在盾構起拱線周圍以逆時針或順時針方向開始複製刀切割範圍擴挖。盾構旋轉方向使盾購機械在前進時繞其軸線掘進。

被動式鉸接盾構平面接頭(flat joi use nts to articulate the shield)，為解決曲線隧道線形典型的配置，即平面鉸接的結合機構用於後盾構，能夠在油壓管衝程長度上形成2至3度的曲線導向。

管片變形或錯位是在曲線中使用被動鉸接系統時發生專案延遲的常見原因。被動關節不使用獨立於機器推力缸的鉸接油壓推管，因此隧道掘進機在曲線中不均勻地對管片的側面做出反應。

千斤頂行程差異彌平

掘進機在曲線上掘進時，左行程或右行程會有所不同。即後盾構軸線的鉸接角和彎曲角度與隧道切線的比較軸位於後部位置，必須反向計算千斤頂行程差, 同時也安裝異型錐形襯砌環。因此促使掘進機的運行仍保持與襯砌環片平面垂直於後護罩軸線，以保持尾護盾的尾部間隙和尾盾護罩內與襯砌環片間隙，以防止襯砌環片裂縫的發生。

盾構機械掘進機器鉸接的選擇可能是影響專案速度的主要變數。主動球形接頭盾構用於曲線，固定於前盾構的球形絞(roller), 球形絞在前後護罩之間嚙合鉸接主副油壓推進管，以獨立的絞接油壓推力管引導盾頭切割盤方向。在隧道掘進機的彎道行程中，主油壓推力缸均勻地與管片環的所有側面發生反應。

15度的急轉彎線形是城市環境中許多隧道的現況。通過球形接頭使用主動鉸接，而不是在接頭處使用平面型滑動接頭(flat) 。球形接頭也稱為X型鉸接，接頭允許圍繞機器的中心線旋轉。EPB挖掘機因此可以進行急轉彎。

配置挖掘工具的盾構機- SM-T(Shield machines with partial axe excavation )

鏡面無支撐的隧道開挖機械- Face without support

隧道掘進鏡面是垂直或穩定的陡峭坡度，可以使用partial axe excavation類型的盾構。機器僅包括掘’推進架構和提取工具（挖掘機、滾刨動臂或鬆土機）。通過輸送帶或刮板(道渣收集)輸送機清除道渣。

隧道鏡面部分支撐 - Face with partial support

面部可由平臺和’或胸牆支撐。在平臺盾構的情況，前盾構由一個或多個平台組成，平臺及鏡面斜坡形成支撐面。土壤是手動或機械方式清除的。平臺盾構的機械化程度較低。鏡面自持力不穩定亦未設有效支撐的變位,會形成隧道上方表層設施沉陷。(北迴鐵路大約翰或許可類比;也或許鑽進機配套未臻完善而告失敗。)

坑隧工程應都市公設需求發展的多樣性封閉鏡面盾構機械

多微盾構隧道工法-MMST-Multi-Micro Shield Tunneling

市區隧道一般希望建在較淺的深度，以降低運營成本;特別是，非圓形隧道越來越普遍，以減少回填需求。大斷面隧道斷面周圍劃分為較小的單元盾購掘進體，以單元盾構逐次構築大斷面隧道周圍,由盾構機挖掘並實施環片襯砌。逐個單元被連接起來，小單元構成擋土水支撐牆,支撐內挖掘土壤來完成大斷面隧道，細胞單元也用作整個隧道段（大橫截面）的襯砌。

MMST盾構機與通常的圓形盾構機的主要區別在於前者具有扁平的矩形橫截面，其比率約為1：3。MMST方法建造的隧道的整個MMST結構具有特徵結構，細胞單元隧道的襯砌鋼環片設有細胞單元的接合部, 逐個細胞單元盾構隧道分築被連接起來,構成擋土水支撐。

鏡面封閉型縱橫向移動盾殼的柔性接頭機構坑隧掘進機械

柔性盾殼應用在都市受限區域急曲線防洪排水隧渠-河渠的地下化;疊加圓盾水平發進  垂直到達盾構機械;盾構機械Most peripheral Center fish-tail bit區域允許工人執行分段組裝和其他任務。即使機器呈螺旋狀，工作空間的角度也會隨之發生變化（最大90度），使甲板保持水準。  pre-cutting bit 轉盤軸承是由兩個或多個同心環組成的球形或滾子式軸承，可能包括齒輪直徑。軸承增強了各個方向的負載支撐和動力傳輸。在支援極端的軸向、徑向和傾斜力矩載荷。

列車隧道和月臺同時進行掘削的四心圓形H&V盾構機 7.06×13.18公尺 四心圓泥水盾構機

坑隧的擴面工法

1 潛盾隧道內擴面掘進機

同心圓反心拔方向的外圓周先行掘進方式; 繞洞隧外周圍鑽具先行掘進,簡易的一次襯砌保護岩體,設計盾隧掘進盾構及較小圓盤切割刀具取心擴挖成坑隧永久斷面,二次襯砌。意在經濟動力獲取高效;為發想的專利設計。工法用於軟岩和硬岩的隧道掘進機（TBM）評估和選擇。

2 外擴隧道掘進機

在硬岩中使用外擴隧道掘進機（擴挖機）將建造的連續先導隧道(可稱導坑)擴大到計劃的最終坑隧設計直徑。向整個橫截面的擴展由適當設計的刀盤在一次或兩次操作中進行。機器的主要元件是切割頭、壁頂具（夾具板;徑向支撐，壁頂具以液壓方式壓在隧道內部壁,提供磨擦力）和推進機構。特殊機器的壁頂具位於刀盤前面(參考GRT TBMs);擴挖掘削過程中，在未擴挖導坑中使用擴挖機夾具支撐為機床的刀盤支撐。在擾動岩層中，可以採取措施穩定先前鑽孔的導坑隧道斷層帶區域，從而將鑽探主隧道時的風險降至最低。隧道擴挖鑽掘後的支撐系統執行在自持的拱圈斷面或設一次襯砌拱支撐、錨和噴凝土。要特別注意去除掘進過程中產生的粉塵。

3 隧道掘進機和NATM同步開挖工法

使用隧道掘進機（TBM）進行挖掘（代表性的機械化施工方法）具有開挖穩定、地面和環境破壞最小化、噪音和振動減少等優勢。但不能輕易地應用於各種地面條件，並且由於設備缺陷而存在高建設成本和工期延宕等問題。使用隧道掘進機同時進行NATM隧道開挖（具有可施工性、經濟可行性和最小噪音和振動等優點）,即時一次襯砌的後部擴大工法，以盡量減少因設備缺陷（TBM的缺點）而發生的事故。盾構機械掘進和NATM工法同時施工間隔距離,以通過三維數值分析;分析NATM爆破效果的適宜影響TBM間隔距離, TBM和NATM同時開挖方法並不能防止NATM擴大工法爆破時在TBM和備用裝置中造成一些故障;有採施工間隔距離處加裝鋼製防護罩,保護雙重工法同時施工的安全性;坑隧的擴面工法可以縮短施工週期並提高施工安全性。

通過TBM先導隧道調查地面條件，並且在觀察到斷裂帶時可以提前安裝支撐材料,地盤加固。此外，NATM擴孔施工面可以固定在先導隧道之外，並且可以避免心拔爆破，減低振動和噪音。沒有一定的開挖長度，使用TBM的初始成本相對較高，導致經濟可行性差。岩石（具有高RMR或Q分類得分的岩體）採用隧道掘進機和NATM同步開挖與使用NATM工法相比，隧道掘進機和NATM同步開挖工法可將每單位體積的施工成本降低50%。TBM先導隧道直徑為3.5-5米時，可以提高可施工性;特別是，應用先導隧道的地質調查，整體施工成本可以降低20%。

TBM和NATM同步開挖方法, 具有NATM和TBM工法的優點，通過同時開挖縮短施工週期。

坑隧工程的不確定性-tunnel construction reality has always been of a not deterministic type

地質物理的不確性- geomechanical uncertainties

坑隧施工掘進與規劃的違和- the uncertainties in the construction development, as foreseeen in the theoretical design phase.

盾購機械再使用的風險- the uncertainties concerning the feasibility of the used machines, new or already used machines.(台灣捷運BOT案,日本販售二手機評估改造缺失造成許多事故;慎思。)

限制或控制坑隧機械掘進功效的環境’地質’人因- the uncertainties in the choice of the best excavation and construction techniques

職工及專業人員的能力在其學習曲線的不確定性- the uncertainties concerning the workers abilities and of their learning curve.

隧道掘進機的限制或禁止條件為鑽孔的岩體的“地理-geo”表徵不夠完整和詳細而對隧道掘進機性能造成的負面影響。地質岩土工程隧道剖面和岩土工程數據的初步、完整和確定性知識在許多情況下只是狹隘認知，特別是在長而深的隧道中。設計應根據需要評估施工方法的影響，定案方法應基於各種替代方案的優化。地質情況不是絕對意義上的“限制”，因為不穩定方面受使用的隧道掘進機的類型、設計和特殊特性以及可能的操作錯誤有關。挖掘操作（機械化或傳統），支撐類型，地質加固和操作順序是經濟使用坑隧掘進機械的基本認知。相關和開創性的岩石隧道掘進工法,可以應用於盾構機械掘進隧道施工及坑隧地質處理技術。

坑隧掘進機械選用的限制條件

隧道路徑地層斷層或黏土擠壓地層;

隧道路徑存在蓄水層或地下水伏流;

沉積層有害氣體( occurrence of gas)

石灰岩地形喀斯特溶蝕地質空洞及伏流- karstic cavities ;rocks and water at high temperatures.

硬岩坑隧掘進率極限- borability limits;

隧道壁體的自持力- instability of the excavation walls.

隧道掘進鏡面穩定程度判讀- tunnel face instability                         

註:黏土擠壓地層-Definition. Squeezing ground.

弱材料，通常是粘土，在上覆地面的重量下表現為可塑性，並且傾向於通過緩慢推進，而不會明顯增加體積,來擠壓隧道掘進鏡面。

隧道的建設比其他任何施工方法存在更多的基於觀測方法，因為隧道施工中最重要的方面是地質條件的變化,在設計和施工階段之間，存在-總是將存在不同程度地質條件的變化和實體的風險，在初步階段應始終對其進行評估，以使設計師可以降低事件發生的可能性。觀察方法基於「經驗」，允許設計適應挖掘過程中遇到的地質岩土工程條件。靈活性和適應性本身違背了對施工時間和成本的預先設想的保證，增加預算工程成本費用。

全斷面盾構機器的使用方向發展：

更大，更強大，更易於安裝，拆卸和運輸;

能夠在「混合地質斷面」條件下運行或能夠在不同的地質條件下運行;

能夠在不同尺寸部分的隧道中運行;

能夠對鏡面施加越來越大的壓力。

待續篇章

掘進機(SM’TBM)的選擇

預期的岩土工程條件以及路線和坡度是選擇隧道方法的決定性先決條件。通過將隧道所需的橫截面、長度和岩土工程條件與現有技術進行比較;岩土地質環境與盾構工藝和工程技術之間存在的相互關係,可以設計出最合適的隧道掘進機。

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