盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。当代城市建筑、公用设施和各种交通日益繁杂，市区明挖隧道施工，对城市生活的干扰问题日趋严重，特别在市区中心遇到隧道埋深较大，地质复杂的情况，若用明挖法建造隧道则很难实现。在这种条件下采用盾构法对城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道建设具有明显优点。此外，在建造穿越水域、沼泽地和山地的公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往因它在特定条件下的经济合理性及技术方面的优势而得到采用。
盾构法施工的概貌如图1所示。构成盾构法施工的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井或基坑的后靠壁上，盾构是这种施工方法中最主要的独特的施工机具。它是一个能支承地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结构，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内面安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。
使用盾构法，往往需要根据穿越土层的工程地质水文地质特点辅以其他施工技术措施。主要有：
疏干掘进土层中地下水的措施；
稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；
隧道衬砌的防水堵漏技术；
配合施工的监测技术；
气压施工中的劳动防护措施；
开挖土方的运输及处理方法等。
图1 盾构施工概貌
1－盾构；2－盾构千斤顶；3－盾构正面网格；4－出土转盘；5－出土皮带运输机；6－管片拼装机；
7－管片；8－压浆泵；9－压浆孔；10－出土机；11－由管片组成的隧道衬砌结构；12－在盾尾空隙的压浆；13－后盾管片；14－竖井。
盾构法是一种安全而有效的施工法，但不是万能施工法。为此有必要充分掌握盾构施工法的特点。
二．盾构法的主要优点
除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起的公害小，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音和振动影响。
盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少，劳动强度低，生产效率高。
土方量外运较少。
穿越河道时不影响航运。
施工不受风雨等气候条件影响。
隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性。
当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工。
只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地基越差、土中影响施工的埋设物等越多，与明挖法相比，经济上、施工、进度上越有利。
三．盾构法存在的不足
当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。
在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。
竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。
盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差。
盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内，目前还不能完全防止以盾构正上方为中心土层的地表沉降。
在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。
用气压施工时，在周围有发生缺氧和枯井的危险，必须采取相应的办法。
第二节 盾构法隧道的发展历史
一．国外盾构法隧道的发展历史
盾构施工技术自1823年由布鲁诺尔首创于英国伦敦的泰晤土河的水底隧道工程以来，已有170余年的历史。在这170余年的风风雨雨中，经过几代人的努力，盾构法已从一种只能在极少数欧美发达国家中才见应用的特殊技术，发展成为在发达国家中极为普通，在发展中国家中亦逐渐得到应用的隧道施工技术。
据说最早发明盾构法的思路是来自发明者的一个有趣的发现，英国的布鲁诺尔发现船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它自己分泌的液体覆涂在孔壁上。1818年布鲁诺尔在蛀虫钻孔的启示下，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并且在英国取得了该施工法的专利。1825年，布鲁诺尔用他自己的想法制成盾构，并第一次在泰晤士河施工了水底隧道。这条道路隧道的断面（11.4m×6.8m）相当大，施工中遇到了坍方和水淹，加上隧道的损坏，当时处于难于进展的状态，由于初始未能掌握控制泥水涌入隧道的方法，隧道施工中两次被淹，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，花了18年的时间才于1843年完成了全长458m的第一条盾构法隧道。
1865年巴尔劳首次采用圆形盾构，并用铸铁管片作为地下隧道衬砌。1869年，他用圆形盾构在泰晤土河底下建成了外径为2.21m 的隧道。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年由口切兰斯爵士（Lord Cochrance）发明的。1874年，在英国伦敦地下铁道南线的粘土和含水砂砾地层中建造内径为3.12m的隧道时，格雷塞德（Henry Greathead） （1844～1896）综合了以往所有盾构施工和气压法的技术特点，较完整地提出了气压盾构法的施工工艺，并且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，为盾构法发展起了重大的推动作用。1880～1890年间，在美国和加拿大间的圣克莱河下用盾构法建成一条直径6.4m，长1800余m的水底铁路隧道。二十世纪初，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地使用盾构建成内径自3.0～9.5m的多条地下铁道及过河公路隧道。仅在美国纽约就采用气压法建成了19条重要的水底隧道，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设施管道等。苏联40年代初开始使用直径为6.0～9.5m的盾构先后在莫斯科、列宁格勒等市修建地下铁道的区间隧道及车站。
从20世纪60年代起，盾构法在日本得到迅速发展，除了大量在东京、大阪、名古屋等城市的地下铁道建设中外，更多地是用在下水道等市政公用设施管道建设中。70年代，日本及联邦德国等国针对在城市建设区的松软含水地层中由于盾构施工所引起的地表沉陷、预制高精度钢筋混凝土衬砌和接缝防水等技术问题，研制了各种新型的衬砌和防水技术及局部气压式、泥水加压式和土压平衡式等新型盾构及相应的工艺和配套设备。
值得一提的是日本的盾构发展情况。日本是欧美国家以外第一个引进盾构施工技术的国家。1939年的关门隧道是日本首次采用盾构施工技术的隧道工程。由于战争及战后困难时期的缘故，此项技术一直没有得到发展。直到1957年东京地铁的丸之内线采用盾构施工技术修建了一段区间隧道，1961年名古屋地铁采用此法修建了觉王山区间隧道取得圆满成果之后，盾构施工技术在日本有了飞速的发展。在短短的20余年之内共制造了2000余台盾构，在世界上处于领先地位。日本的机械式盾构是和手掘式盾构同时研究发展起来的。1963年，大阪市上水道大淀送水管工程（总长227m）首次应用了外径2.592m（隧道外径2.35m）的机械式盾构。1964年，大阪市地下铁道2号线谷町工区（总长447m）的区间隧道中，采用了外径6.97m（隧道外径6.8m）的大断面机械式盾构。同年，在东京都下水道局神谷3丁目2区（总长668.4m）采用了外径3.4m的（隧道外径3.30m）机械式盾构，标准施工月进度达360m。1967年，日本近畿铁道难波线上本町难波间1488m区间采用了外径为10.041m （隧道内径9.90m）的机械式盾构。从此，人们对机械式盾构更为关注，使能够用于日本那样复杂地层的各种机械盾构进一步得到了发展。特别是小断面盾构，在缩短工期的研究中也取得了很大的进步。同时在软弱地基中还研制了挤压式盾构。
1993年建成的、连接英法两国的英吉利海峡隧道，全长48.5km，海底段长37.5km，隧道最深处在海平面下100m。这条隧道全部采用盾构法技术施工，英国一侧共用6台盾构，3台施工岸边段，3台施工海底段，施工海底段的盾构要向海峡中单向推进21.2km ，与从法国侧向英国方向推来的盾构对接。法国侧共用6台盾构，2台施工岸边段，3台施工海底段。海峡隧道由2条外径8.6m的单线铁路隧道及1条外径为5.6m米的辅助隧道组成。由于海底段最大深度达100m，因此无论盾构机械还是预制钢筋混凝土管片衬砌结构均要承受10个大气压的水压力，又由于单向推进21.2km ，盾构推进速度必须达到月进1000m的速度才能在3年左右的时间内完成，因此盾构的构造及其后续设备均须采用高质量的耐磨耗及腐蚀的材料。所以该隧道的修建标志着盾构施工技术的最新水平。
近年来，日本把机械式盾构作了改进，研制出了用加压泥浆稳定开挖面的泥水加压盾构和利用开挖出的土体作平衡开挖面的土压平衡盾构。
二．盾构的分类及适用条件
盾构的的形式可以从各个方面进行分类。
按手工和机械划分为：手掘式，半机械式，机械式三大类。
以工作面挡土方式划分：敞开式，密闭式。
以气压和泥水加压方式划分：气压式，泥水加压式，土压平衡式，加水式，高浓度泥水加压式，加泥式。
1．手掘式盾构。手掘式盾构是盾构的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾构，如图2所示。按不同的地质条件，开挖面可全部敞开人工开挖；也可用全部或部分的正面支撑，根据开挖面土体自立性适当分层开挖，随挖土随支撑。开挖士方量为全部隧道排土量。这种盾构便于观察地层和清除障碍，易于纠偏，简易价廉，但劳动强度大，效率低，如遇正面坍方，易危及人身及工程安全。在含水地层中需辅以降水、气压或土壤加固。
这种盾构由上而下进行开挖，开挖时按顺序调换正面支撑千斤顶，开挖出来的土从下半部用皮带运输机装入出土车，采用这种盾构的基本条件是：开挖面至少要在挖掘阶段无坍塌现象，因为挖掘地层时盾构前方是敞开的。
手掘式盾构的适用地层：手掘式盾构有各种各样的开挖面支撑方法，从砂性土到粘性土地层均能适用，因此较适应于复杂的地层，迄今为止施工实例也最多，该形式的盾构在开挖面出现障碍物时，由于正面是敞开的，所以也较易排除。由于这种盾构造价低廉，发生故障也少，因此是最为经济的盾构。在开挖面自立性差的地层中施工时，它可与气压、降水、化学注浆等稳定地层的辅助施工法同时使用。
图2 手掘式盾构
2．挤压式盾构。当敞开式盾构在地质条件很差的粉砂土质地层、粘土层中施工时，土就会从开挖面流入盾构、引起开挖面坍塌，因而不能继续开挖，这时应在盾构的前面设置胸板来密闭前方，同时在脚板上开出土用的小孔，这种形式的盾构就叫挤压式盾构(见图3)。盾构在挤压推进时，土体就会从出土孔如同膏状物从管口挤出那样，挤入盾构。根据推进速度来确定开口率。当开口率过大时，出土量增加，会引起周围地层的沉降；反之，就会增大盾构的切入阻力，使地面隆起。采用挤压盾构时，对一定的地质条件设置一定的开口率、控制出土量是非常重要的。
挤压盾构是将手掘式盾构胸板封闭，以挡住正面土体。这种盾构分为全挤压式或局部挤压式两种，它适用于软弱粘性土层。盾构全挤压向前推进时，封闭全部胸板，不需出土，但要引起相当大的地表变形。当采用局部挤压式盾构，要部分打开胸板，将需要排出的土体从开口处挤入盾构内，然后装车外运，这种盾构施工，地表变形也较大。
挤压式盾构适用地层:挤压式盾构的适用范围取决于地层的物理力学性能。在日本隧道的规范（盾构篇）及说明书（1977年版）中，它是按含砂率—内聚力、液性指数—内聚力的关系来确定其适用范围。根据施工经验，内聚力即使超出该范围，在含砂率小的地层中也可能适用。根据迄今为止的施工经验，当土体含砂率在20%以下、液性指数在60%以上、内聚力在0.5kg/cm2以下时，盾构的开口率一般为2～0.8%，在极软弱的地层中，开口率也有小到的0.3%。在挤压式盾构的施工区间内如遇有为了建筑物或地层加固而进行过化学注浆的地基时，将会影响挤压盾构的推进，因此应预先考虑到把盾构胸板做成可拆卸的形式。
图3 挤压盾构
3．网格式盾构，在上海软土层中常常被采用。它具有的特点是，进土量接近或等于全部隧道其出土量，且往往带有局部挤压性质，盾构正面装钢板网格，在推进中可以切土，而在停止推进时可起稳定开挖面的作用。切入的土体可用转盘、皮带运输机、矿车或水力机械运出，如图4所示。这种盾构法如在土质较适当的地层中精心施工，地表沉降可控制到中等或较小的程度。在含水地层中施工，需要辅以疏干地层的措施。
图4 网格式盾构
1－盾构千斤顶（推进盾构用）；2－开挖面支撑千斤顶；3－举重臂（拼装装配式钢筋混凝土衬砌用）；
4－堆土平台（盾构下部土块由转盘提升后落入堆土平台）；5－刮板运输机，土块由堆土平台进入后输出；6－装配式钢筋混凝土衬砌；7－盾构钢壳；8－开挖面钢网格；9－转盘；10－装土车。
4．半机械式盾构。半机械式盾构是如图5所示。半机械式盾构是介于手掘式和机械式盾构之间的一种形式，它更接近于手掘式盾构。它是在敞开式盾构的基础上安装机械挖土和出土装置，以代替人工劳动，因而具有省力而高效等特点。
机械挖土装置前后、左右、上下均能活动。它有铲斗式、切削头式和两者兼有等三种形式。它的顶部与手掘式盾构相同，装有活动前檐、正面支撑千斤顶等。
盾构的机械装备有如下形式：
①盾构工作面下半部分装有铲斗、切割头等。
②盾构工作面上半部分装有铲斗、下半部分装有切割头。
③盾构中心装有切割头。
④盾构中心装有铲斗。
形式①：盾构工作面上半部装有正面支撑千斤顶和作业平台，上半部工作面由人工挖掘，挖掘的土、砂落到下半部分，下半－部分由铲斗和装载机进行挖掘和出土。
形式②：盾构的上半部工作面由铲斗或者装载机挖掘，下半部工作面由切割头或铲斗进行挖掘和出土。
形式③：由切割头进行挖掘和出土。
形式④：由铲斗式挖掘机进行挖掘和出土。
半机械盾构的适用地层：半机械式盾构比手掘式盾构更适用于良好地层。形式①适用于开挖面需作支撑的地层，形式②～④适用于能自立的地层。形式②大多适用于亚粘土与砂砾的夹层。形式③大多适用于固结粘上层、硬质砂土层。形式④大多适用于粘土和砂砾混合层。
图5 半机械式盾构
5．开胸机械切削盾构。当地层能够自立，或采用辅助措施后能够自立时，在盾构的切口部分，安装与盾构直径相适应的大刀盘，以进行全断面开胸机械切削开挖，如图6所示。机械式盾构是一种采用紧贴着开挖面的旋转刀盘进行全断面开挖的盾构。它具有可连续不断地挖掘土层的功能。能一边出土、一边推进，连续不断地进行作业。
机械式盾构的切削机构采用最多的是大刀盘形式，它有单轴式、双重转动式、多轴式数种，其中单轴式使用得最为广泛。多根辐条状槽口的切削头绕中心轴转动，由刀头切削下来的土从槽口进入设在外圈的转盘中，再由转盘提升到漏土斗中，然后由传送带把土送入出土车。
机械式盾构的优点除了能改善作业环境、省力外，还能显著提高推进速度，缩短工期。问题是盾构的造价高，为了提高工作效率而带来的后续设备多，基地面积大等。因此若隧道长度短时，就不够经济。与手掘式盾构相比，在曲率半径小的情况下施工以及盾构纠偏都比较困难。
机械式盾构适用地层：机械式盾构可在极易坍塌的地层中施工，因为盾构的大刀盘本身就有防止开挖面坍塌的作用。但是，在粘性土地层中施工时，切削下来的土易粘附在转盘内，压密后会造成出土困难。因此机械式盾构大多适用于地质变化少的砂性土地层。
图6 开胸式机械切削式盾构
局部气压盾构。在机械盾构的支承环前边装上隔板，使切口与此隔板之间形成一个密封舱。在密封舱内充满压缩空气，达到稳定开挖面土体的作用。这样隧道施工人员就不处在气压内工作。在适当地质条件下，对比全气压盾构，无疑有较大优越性。但这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气问题，如图7所示。
图7 局部气压式盾构
7．泥水加压式盾构。泥水加压式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆来支撑开挖面，并以安装在正面的大刀盘切削土体，进土与泥水混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理（见图8）
图8 泥水加压式盾构
(a)德国式 (b)日本式
具体地讲，泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘的后方设置一道隔板，隔板与大刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用和压力保持机构，保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土就进入泥水室。由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送法送出地面，把送出的泥水进行水土分离，然后再把分离后的泥水送入泥水室，不断地循环泥水加压盾构在其内部不能直接观察到开挖面，因此要求盾构从推进、排泥到泥水处理全部按系统化作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等的测定，算出开挖土量，全部作业过程均由中央控制台综合管理。泥水加压盾构是利用了泥水的特性对开挖面起稳定作用的，泥水同时具有下列三个作用。
泥水的压力和开挖面水土压力的平衡。
泥水作用到地层上后，形成一层不透水的泥膜，使泥水产生有效的压力。
加压泥水可渗透到地层的某一区域，使得该区域内的开挖面稳定。
就泥水的特性而言，浓度和密度越高，开挖面的稳定性越好，而浓度和密度越低泥水输送时效率越高，因此考虑了以上条件，目前被广泛作为泥水管理标准的数值如下：
（1）容重：1.05～1.25（g/cm3）粘土、膨润土等。
（2）粘度：20～40（s），漏斗粘度500/500ml。
（3）脱水量：Q＜200ml，（APL过滤试验3kg／cm2,30min）。
泥水加压盾构有日本体系及德国体系，如图8所示。两者区别是：德国式的密封舱中设置了起缓冲作用的气压舱，以便于人工控制正面泥浆压力，构造较简单；而日本式密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。一般地说，泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降也最小，但费用最高。
泥水加压盾构法在日本首次采用是1966年，从1970年国铁京叶线羽田隧道在运河下来用了7.29m的泥水加压盾构施工以后，该法引人注目。1974年发生了化学注浆的药液公害以后，控制了注浆药液的种类，因此对不必采用化学注浆的泥水加压盾构法又作了新的估计。1975年后，该法施工的工程数剧增，几乎兴起了泥水加压盾构热。到了1981年，用泥水加压盾构构法施工的工程数占盾构法施工工程总数的1/3。大部分人认为泥水加压盾构对不同土层的适应性强，便于来用自动化管理。而在1983年2月的日本第4次隧道技术讨论会上，否定了泥水加压盾构对不同土层适应性强的这一提法，认为至少该盾构不适应在未加辅助施工条件下的砾石层和含粘性土极少的卵石层中施工。一般认为，在砂性土为主的洪积层中采用泥水加压盾构较为有利，而在粘性土为主的冲积层中施工时，需要较高的泥浆处理费用。泥水加压盾构施工后地表沉降量可控制在10mm以内，问题是如何降低泥浆处理的费用，降低后续设备的造价（泥水式盾构的造价高于土压式盾构）。
泥水盾构适用地层：泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等均运用。泥水加压盾构对地层的适用范围之广。但是在松动的卵石层和坚硬土层中采用泥水加压盾构施工，会产生逸水现象，因此在泥水中应加入一些胶合剂来堵塞漏缝。在非常松散的卵石层中开挖时，也有可能失败。还有在坚硬的土层中开挖时，不仅土的微粒会使泥水质量降低，而且粘土还常会粘附在刀盘和槽口上，给开挖带来困难，因此应该予以注意。
泥水加压盾构的适用性：
（1）细粒土（粒径0.074mm 以下）含有率在粒径累积曲线的10%以上。
（2）砾石（粒径2mm以上）含有率在粒径加积曲线的60%以上。
（3）自然含水量18%以上。
（4）无200～30Omm的粗砾石。
渗透系数K<10-2cm/s。
8．土压平衡式盾构。土压盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构。它的前端有一个全断面切削刀盘，切削刀盘的后面有一个贮留切削土体的密封舱，在密封舱中心线下部装置长筒形螺旋输送机，输送机一头设有出入口，如图9所示。所谓土压平衡就是密封舱中切削下来的土体和泥水充满密封舱，并可具有适当压力与开挖面土压平衡，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。这种盾构可节省泥水盾构中所必须的泥水平衡及泥水处理装置的大量费用，主要适用于粘性土或有一定粘性的粉砂土。现已有加水或加泥水的新型土压平衡盾构，可适用于多种土层。
图9 土压平衡式盾构
土压平衡式盾构首次使用于1974年，它是外径为3.72m的水工隧道盾构，以后由于土压系盾构的排土机构在性能上得到了改善，并开发了各种能使开挖面稳定的机构，从1978年开始，在日本该盾构的制造台数急剧上升，到1981年12月，该形式的盾构占全部盾构台数的29%。
土压平衡式盾构的基本原理，由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土腔（工作室），土腔内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土腔内的螺旋输送机出土，装于排土口的排土装置在出土量与推进量取得平衡的状态下，进行连续出土。土压平衡式盾构的产品名称是各不相同的，即使是相类似的盾构，其名称也因开挖面稳定的方法和各公司对排土机构开发过程的不同而各异。在使开挖面稳定条件不同的盾构中，把这种从土腔内用螺旋输送机出土的盾构与泥水加压盾构相区别。土压平衡式盾构又分为：削土加压式，土压平衡加水式，高浓度泥水加压式，加泥式等4类。
开挖工作面稳定机构：
土压平衡式盾构的开挖面稳定机构，按地质条件可以分成二种型式，一种是适用于内摩擦角小且易流动的淤泥、粘土等等的粘质土层；另一种是适用于土的内摩擦角大、不易流动、透水性大的砂、砂砾等等的砂质士层。
（1）粘性土层中的开挖面稳定机构
在粉质粘土、粉砂、粉细砂等的粘性土层中，开挖面稳定机构的排土方式是：由刀盘切削后的泥土先进入土腔内，在土腔内的土压与开挖面的土压（在粘性土中，开挖面土压与水压的混合、压力作用）达到平衡的同时，由螺旋输送机把开挖的泥土送往后部，再从出土闸门口出土。这种机构首先是由挖掘的泥土充满土腔，在软弱的粘性土地层中，由刀盘切削后的泥土强度一般都比原状土的强度低，因而易流动。即使是在内聚力很高的土层中，也由于刀盘的搅拌作用和螺旋输送机的搬运作用搅乱了土体，使土的流动性增大，因此充满在土腔内和螺旋输运机内泥土的土压、可与开挖面的土压达到相等。当然这种充满在土腔和输送机内泥土的土压必须在与开挖面土压相等的情况下由螺旋输送机排土，挖掘量与排土量要保持平衡。但是，当地层的含砂量超过某一限度时，由刀盘切削的土流动性变差，而且当土腔内泥土过于充满并固给时，泥土就会压密，难以挖掘和排土，迫使推进停止。在这种情况下，一般采用的方法是：向土腔内添加膨润土、粘土等进行搅拌，或者喷入水和空气，用以增加土腔内土的流动性。
（2）砂质土层中开挖面的稳定机构
在砂、砂砾的砂质土地层中，土的摩擦阻力大，地下水丰富，透水系数也高，因此，依靠挖掘土的土压和排土机构与开挖面的压力（地下水压和土压）达到平衡就很困难。而且由刀盘切削的土体流动性也不能保证，对于这样的土层仅采用排土机构的机械控制使开挖面稳定是很困难的。因此要用水、膨润土、粘土、高浓度泥水、泥浆材料等等的混合料向开挖面加压灌注，并不断地进行搅拌，改变挖掘土的成分比例，以此保证土的流动性和止水性，使开挖面稳定。
开挖面的稳定机构可分为以下几种方式：
①切削土加压搅拌方式：在土腔内喷入水、空气、或者添加混合材料，来保证土腔内的土砂流动性。在螺旋输送机的排土口装有可止水的旋转式送料器（转动阀或旋转式漏斗），送料器的隔离作用能使开挖面稳定。
②加水方式：向开挖面加入压力水，保证挖掘土的流动性，同时让压力水与地下水压相平衡。开挖面的土压由土腔内的混合土体的压力与其平衡，为了能确保压力水的作用，在螺旋输送机的后部装有排土调整槽，控制调整槽的开度使开挖面稳定。
③高浓度泥水加压方式：向开挖面加入高浓度泥水，通过泥水和挖掘土的搅拌，以保证挖掘土体的流动性，开挖面土压和水压由高浓度泥水的压力来平衡。在螺旋输送机的排土口装有旋转式送料器，送料器的隔离作用使开挖面稳定。
④加泥式：向开挖面注入粘土类材料和泥浆，由辐条形的刀盘和搅拌机构混合搅拌挖掘的土，使挖掘的土具有止水性和流动性。由这种改性土的土压与开挖面的土压、水压达到平衡，使开挖工作面得到稳定。
土压平衡盾构较适应于在软弱的冲积土层中推进，但在砾石层中或砂土层推进时，加
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