隧道施工行業中我們把隧道掘進機統稱為盾構或盾構機，而國外則稱之為TBM，TBM是英語名稱的縮寫（T—Tunnel；B—— Boring ；M——Machine）。盾構或TBM是泛指，當然細分可分為土壓平衡盾構、泥水平衡盾構和泥水氣平衡盾構等等。今天就與大家共同探討一下隧道盾構選型問題。
1.盾構的“類型”
盾構的“類型”是指與特定的盾構施工環境，特別是與特定的基礎地質、工程地質和水文地質特徵相匹配的盾構的種類。
根據施工環境，隧道掘進機的“類型”分為軟土盾構、硬巖掘進機(TBM)、複合盾構三類。因此，盾構的“類型”分為軟土盾構和複合盾構兩類。
⑴軟土盾構
軟土盾構是指適用於未固結成巖的軟土、某些半固結成巖及全風化和強風化圍巖條件下的一類盾構。軟土盾構的主要特點是刀盤僅安裝切刀和刮刀，無需滾刀。
⑵複合盾構
複合盾構是指既適用於軟土、又適用於硬巖的一類盾構，主要用於既有軟土又有硬巖的複雜地層施工。複合盾構的主要特點是刀盤既安裝有切刀和刮刀，又安裝有滾刀。
圖1 成都7號線地鐵使用的盾構機
圖2 盾構機刀盤
圖3 盾構施工工法示意圖
2.影響掘進機選型的地質因素
⑴岩石的堅硬程度(單軸抗壓強度Rc）
岩石的單軸抗壓強度越低，掘進機的掘進速度越高，掘進越快，岩石的單軸抗壓強度越高，掘進機的掘進速度越低，掘進越慢。但是，岩石的單軸抗壓強度太低，掘進機掘進後圍巖的自穩時間極短甚至不能自穩。岩石的單軸抗壓強度值在一定範圍內時，掘進機的掘進既能保持一定的速度，又能使隧道圍巖在一定時間內保持自穩，這就是當前大多數掘進機適用於岩石的單軸抗壓強度（Rc）值在30至150MPa之間的中等堅硬岩石和堅硬岩石的主要原因。不同類型、型號的掘進機有其各自適用的最佳岩石單軸抗壓強度範圍值。在硬巖中的掘進機施工，遇到的主要問題是刀具、刀圈及軸承的嚴重磨損以及上述部件的頻繁更換，費時且耗資較大。
⑵岩石結構面的發育程度
一般情況下節理較發育和發育的，掘進機掘進效率較高，因為節理不發育，巖體完整，掘進機破巖困難；節理很發育，巖體破碎，自穩能力差，掘進機支護工作量增大，同時巖體給掘進機撐靴提供的反力低，造成掘進推力不足，因而也不利於掘進機效率的提高。巖體結構面越發育，密度越大，節理間距越小，完整性係數越小，掘進機掘進速度有越高的趨勢。必須指出的是，當巖體結構面特別發育，結構面密度極大，也即結構面間距極小，巖體完整性係數很小時，巖體已呈碎裂狀或鬆散狀，巖體強度極低，作為隧道工程巖體已不具自穩能力，在此類圍巖中進行掘進施工，其掘進速度非但不會提高，反會因對不穩定圍巖進行的大量加固處理而大大降低。
⑶岩石的耐磨性
岩石的耐磨性對刀具的磨損起著決定作用。岩石堅硬度和耐磨性越高，刀具、刀盤的磨損就越大。掘進機換刀量和換刀時間的增大，勢必影響到掘進機應用的經濟效益和掘進效率。刀具、刀圈及軸承的磨損，對掘進機的使用成本起很大的影響，而僅僅根據岩石的單軸抗壓強度來判斷不同單軸抗壓強度的岩石對掘進機刀具、刀圈及軸承的磨損是不夠的。岩石的硬度、岩石中礦物顆粒特別是高硬度礦物顆粒如石英等的大小及其含量的高低，決定了岩石的耐磨性指標。一般來說，岩石的硬度越高，對掘進機的刀具等的磨損越大、掘進機的掘進效率也越低。
⑷巖體主要結構面的產狀與隧道軸線間的組合關係、圍巖的初始地應力狀態、巖體的含水出水狀態等其它因素。
當巖體主要結構面或稱優勢結構面的走向與隧道軸線間夾角小於45o,且結構面傾角較緩（≤30o），隧道邊牆拱腳以上部分及拱部圍巖因結構面與隧道開挖臨空面的不利組合而出現不穩楔塊，常發生掉塊和坍塌，影響掘進機的工作，降低掘進機的工作效率，甚至危及掘進機的安全。
當圍巖處於高地應力狀態下，且圍巖為堅硬、脆性、較完整或完整巖體時，極有可能發生巖爆災害，災害嚴重時，將危及掘進機及施工人員的安全；若圍巖為軟巖，則圍巖將產生較大的變形。二者均將給掘進機的掘進施工帶來極大的困難。
巖體的含水出水狀態對掘進機工作效率的影響視含水量和出水量的大小及含、出水圍巖的範圍，同時還要視含、出水圍巖是硬質巖還是軟質巖。一般地說，富含水和湧漏水地段，圍巖的強度會有不同程度的降低，特別是軟質巖的強度降低要大得多，致使圍巖的穩定性降低，影響掘進機法的工作效率。此外，大量的隧道湧漏水，必將惡化掘進機的工作環境，降低掘進機的工作效率。
3.盾構選型的依據
盾構選型是盾構法施工的關鍵環節，直接影響盾構隧道的施工安全、施工質量、施工工藝及施工成本，為保證工程的順利完成，對盾構的選型工作應非常慎重。
⑴主要依據工程招標文件、工程勘察報告、隧道設計、施工規範及相關標準，對盾構類型、驅動方式、功能要求、主要技術參數，輔助設備的配置等進行研究。
⑵從安全性、可靠性、適用性、先進性、經濟性等方面綜合考慮，所選擇的機型應能儘量減少輔助施工並能保持開挖面穩定和適應圍巖條件。
⑶主要根據盾構隧道的外徑、長度、埋深、地質條件、圍土巖性、土體的顆粒級配、地層硬稠度係數、土層滲透率及棄土容重等特徵以及線路的曲率半徑、沿線地形、地面及地下構築物等環境條件，以及周圍環境對地面變形的控制要求，結合掘進和襯砌等諸因素。
⑷參考國內外已有盾構工程實例及相關的盾構技術規範，按照可靠性安全性適用性第一，技術先進性第二，經濟性第三的原則進行，保證盾構施工的安全、可靠，選擇最佳的盾構施工方法和選擇最適宜的盾構。
4.掘進機選型的一般規定
⑴隧道施工前，應對掘進機進行選型，做到配套合理，充分發揮施工機械綜合效率，提高機械化施工水平。
⑵掘進機設備選型應遵循下列原則：
①安全性、可靠性、先進性、經濟性相統一；
②滿足隧道外徑、長度、埋深和地質條件、沿線地形以及洞口條件等環境條件；
③滿足安全、質量、工期、造價及環保要求；
④後配套設備與主機配套，滿足生產能力與主機掘進速度相匹配，工作狀態相適應，且能耗小、效率高的原則，同時應具有施工安全、結構簡單、佈置合理和易於維護保養的特點。進入隧道的機械，其動力宜優先選擇電力機械。
⑶掘進機設備的選型應按下列步驟進行：
①根據地質條件確定掘進機的類型；
②根據隧道設計參數及地質條件確定主機的主要技術參數；
③根據生產能力與主機掘進速度相匹配的原則，確定後配套設備的技術參數與功能配置。
5.掘進機選型
根據地質條件、施工環境、工期要求等因素確定掘進機的類型。
⑴單護盾式掘進機
常用於軟巖及中等長度隧道施工，即使圍巖類別稍差時，它可發揮出較快的掘進速度又比雙護盾掘進機減少投資。
⑵開敞式掘進機
常用於硬巖；在開敞式掘進機上，配置了鋼拱架安裝器和噴錨等輔助設備，以適應地質的變化；當採取有效支護手段後，也可應用於軟弱巖隧道。開敞式掘進機雖然適用於岩石整體較完整，有較好的自穩性的硬巖但當遇有局部不穩定的圍巖時，由掘進機所附帶的輔助設備通過打錨杆、加鋼絲網、噴混凝土、架圈樑等方法加固，以保持洞壁穩定；當遇到局部地段軟弱圍巖及破碎帶，則掘進機可由所附帶的超前鑽及灌漿設備，預先固結隧道前方上部周邊圍巖，待圍巖達到能自穩後，然後再進行安全掘進；開敞式掘進機掘進過程可直接觀測到洞壁巖性變化，便於地質圖描繪。故當所掌握的水文、地質資料不很充分時，選用開敞式掘進機，可充分發揮出它能運用新奧法理論及時進行支護的優勢；此外小直徑開敞式掘進機可配合鑽爆法進行雙線（大斷面）隧道的先行掘進。永久性的襯砌一般待全線貫通後集中進行。
⑶雙護盾式掘進機
常用於複雜地層的長隧道開挖，一般適應於中厚埋深、中高強度、穩定性基本良好地質的隧道，對各種不良地質和岩石強度變化有較好適應性。
當遇軟巖時，軟巖不能承受支撐靴的壓應力，由盾尾輔助推進液壓缸支撐在已拼裝的預製襯砌管片上以推進刀盤破巖前進；遇硬巖時，則靠支撐靴撐緊洞壁，由主推進液壓缸推進刀盤破巖前進。
圖4 盾構機示意圖
6.盾構選型
⑴盾構的機型與滲透係數的關係
根據地層滲透係數與盾構的機型的關係，若地層以各種級配富水的砂層、砂礫層為主時，宜選用泥水盾構；其他地層宜選用土壓平衡盾構。
一般來說,當岩土中的粉粒和粘粒的總量達到40%以上時,通常會選用土壓平衡盾構,相反的情況選擇泥水盾構比較合適。粉粒的絕對大小通常以0.075mm為界。
圖5 地層滲透係數與盾構機選型的關係
⑵根據地層的顆粒級配進行選型
一般來說，細顆粒含量多，碴土易形成不透水的流塑體，容易充滿土倉的每個部位，在土倉中可以建立壓力，平衡開挖面的土體。盾構類型與顆粒級配的關係詳見下圖，圖中右邊藍色區域為粘土、淤泥質土區，為土壓平衡盾構適用的顆粒級配範圍，左邊的黃色區域為礫石粗砂區，為泥水盾構適用的顆粒級配範圍。
綠色區域為粗砂、細砂區，即可使用泥水盾構，也可經土質改良後使用土壓平衡盾構，
⑶根據水壓進行選型
當水壓大於0.3MPa時，適宜採用泥水盾構。如果採用土壓平衡盾構，螺旋輸送機難以形成有效的土塞效應，在螺旋輸送機排土閘門處易發生碴土噴湧現象，引起土倉中土壓力下降，導致開挖面坍塌。
當水壓大於0.3MPa時，如因地質原因需採用土壓平衡盾構，則需增大螺旋輸送機的長度，或採用二級螺旋輸送機。
7.制約TBM施工性能的典型因素
用TBM進行隧道施工是一個幾乎完全工業化的過程。與傳統的硬巖鑽爆法和軟弱圍巖分步、部分斷面開挖法相比，TBM法隧道施工具有許多優點。但是，TBM法並不是一項簡單的、無風險的技術。為了保證TBM法施工技術的成功實施，僅從合格的TBM製造廠家引進TBM是不夠的；相反在工程的所有階段，從早期的地質工程勘察和可行性研究到最終的設計與施工，在業主、監理工程師、設計單位、TBM製造廠家和施工單位之間建立連續的協作關係極為重要。
TBM法是一種投資大、作業方式不靈活、但潛在施工速度很快的隧道開挖、支護方法。如果在沒有預警的情況下遇到不良地質情況，那麼對TBM法隧道的工期和其他方面的實際效益要比鑽爆法隧道大得多。不良地質情況可以是造成隧道不穩定的質量很差的巖體，也可以是造成貫入率低下的質量很好的巖體（如強度很高的整塊巖體）。然而，巖體質量對TBM性能的影響並沒有一個絕對值；事實上巖體質量對TBM性能的影響與所採用的TBM及隧道直徑有關。
由於隧道開挖期間可能遇到的巖體、土體及環境條件實際上變化無窮，因此，TBM的類型和特點具有很大差異。TBM用於在岩層中開挖隧道 ，通常適應於在穩定性良好、中～厚埋深、中～高強度的岩層中掘進長大隧道，所面臨的基本問題是如何破巖。在任何地質條件下都能夠進行隧道掘進的TBM是不存在的，因此一項隧道工程成敗與否取決於以下兩項因素：① 所採用TBM的類型；② 所選用TBM的設計及其特殊施工性能。
僅從合格的TBM製造廠家訂購一臺特定類型的TBM是遠遠不夠的；重要在於TBM設計、製造、施工等所有相關各方之間的持續合作。因為至今尚沒有任何類型TBM設計與施工的“認可標準”，且TBM的設計、製造是一個持續的技術創新過程。每項隧道工程都具有自身的特點以及每家專業施工單位都有自身的核心技術等因素，製造的每臺TBM都可認為是與其他TBM不同的樣機。
總體來講，最可靠的TBM是最簡單的TBM，這是因為簡單的TBM可能出現故障的部件最少。在良好地層條件下TBM的施工性能良好，但在許多情況下TBM的實際進度低於預期進度，當然也低於TBM製造廠家所聲稱的進度。原因是除了未預見事件（如TBM部件出現故障）外，通常是低估或忽視了工程地質、水文地質以及岩石力學等方面的問題。
一方面，在設計階段存在許多不可避免的不確定因素，如地質、岩土以及水文地質方面的不確定因素、TBM的不同類型以及不同的施工工藝等。因此，有必要根據對某一隧道工程現場的地質情況與岩土情況的理解以及對這些情況預報的精確程度決定是否需要對施工方法的選擇和TBM選型進行優化。另一方面，由於存在大量相關的地質、技術、環境、經濟及金融方面的不確定因素，對隧道施工進行全方位優化是相當複雜的。
隧道施工的根本問題通常是由隧道開挖通過地層的物理與岩土性質的不均勻性決定的；對於全斷面、機械化開挖，由於這種開挖方式很不靈活，所以開挖物料強度的不均勻性更為重要。以適當方式事先掌握施工現場的地質條件和岩土條件對地下工程的施工是極為重要的。到目前為止，總的來講用在前期勘察上的資金太少。事實上已經證明用在前期勘察上的資金會因施工費用降低與工期縮短得到很大補償。從TBM法導洞或主洞實施的超前勘探並不能代替充分的前期勘察。
限制TBM性能的相對較為重要或較常見的不良地質情況包括可鑽掘性極限、開挖面的穩定性、斷層和擠壓/膨脹地層。同時，由於存在粘性土、造成TBM下沉的軟弱地層、地下水和瓦斯大量湧入、巖爆、高溫岩層、高溫水和溶洞等，TBM開挖還可能遇到其他不良地質情況。
7.1可鑽掘性極限
如果TBM不能以充足的貫入度貫入岩層掌子面或開挖刀具的磨損超過可接受的極限，那麼則認為這種岩層是不可鑽掘的。不應以絕對方式來確定岩層的可鑽掘性，而應從工程造價、工期等方面對TBM法和鑽爆法進行對比，從而以相對方式確定岩層的可鑽掘性。表示TBM開挖岩層能力的主要指標是該TBM在最大推力作用下的貫入度。
貫入度也稱切深，是刀盤每轉動一週刀具切入岩石的深度。貫入度指標與岩石特性有關。如：岩石類別、單軸抗壓強度、裂隙發育、耐磨度、孔隙率等。確定貫入度極限（如果貫入率在此極限以下，則認為岩層是不可鑽掘的）是不可能的。貫入度極限還受開挖岩層的耐磨性、隧道直徑及岩層厚度的影響。如果岩石的耐磨性較高，再加上貫入度較低，那麼就會造成刀具更換頻繁，這樣除增加因更換刀具而佔用的時間外，還會增加每開挖一立方岩石的成本。如果貫入度小於2～2.5mm/r，那麼就可認為在岩石的可鑽掘性方面存在問題；如果貫入度大於3～4mm/r，那麼TBM的開挖效率就會較高。
施工中常常發生這樣的事情：為了保持足夠的貫入度，而最大限度地向前推進刀盤，如果TBM任何一部分的設計與製造不能在這種最大推力作用下工作，那麼TBM將異常振動，刀盤和撐靴結構將逐漸出現裂縫，主軸承也容易損壞。由於在隧道內修理、更換刀盤或主軸承並不容易，因此這些事故對TBM施工造成的損失是很嚴重的。同樣，向前推進刀盤的推力如果過大，主軸承和向TBM刀盤傳送動力的齒輪箱有可能受損，這樣造成的後果將更為嚴重。
7.2開挖面不穩定
如果擬開挖巖體破碎或風化嚴重，導致開挖面發生重大不穩定現象，大的巖塊和粉碎石塊從開挖面塌落，且這種不穩定現象一直持續不停，直至達到新的平衡，造成大的超挖，那麼這種情況可能會影響TBM的正常工作，即使是護盾式TBM，在這種情況下，TBM掘進可能由於以下兩項基本原因而受阻：① 由於塌落、積聚的石塊作用於刀盤或卡住了刀盤，造成刀盤不能旋轉；② 因開挖面不穩定造成超挖嚴重，在TBM前方形成空洞，需要在空洞擴大、最終發展到不可控制之前停止TBM掘進，進行空洞處理。
施工中，對形成的空洞常用樹脂和泡沫進行注漿回填，以形成一種人造固體，鑽孔和注漿通常通過設在刀盤上的專用孔進行。也通過開挖一條旁通隧道(最好在隧道頂部)，以便把被石塊卡住的刀盤解脫出來，對開挖面進行穩定加固，還可以採用傳統開挖方法開挖一段隧道，或採用注漿或管棚超前支護對圍巖進行加固。
根據最近的施工經驗，為了預防類似上述事故的發生，TBM的設計有必要使刀盤突出盾殼的長度儘可能短，從而使盾殼本身對隧道的支撐儘可能接近開挖面。另外，在這些影響TBM掘進的不利條件下，如果在TBM起動和開挖過程中能夠產生較高等級的刀盤扭矩及能夠調整刀盤的轉速，都必將對TBM的正常掘進大有幫助。
根據最近的施工經驗，為了預防類似上述事故的發生，TBM的設計有必要使刀盤突出盾殼的長度儘可能短，從而使盾殼本身對隧道的支撐儘可能接近開挖面。另外，在這些影響TBM掘進的不利條件下，如果在TBM起動和開挖過程中能夠產生較高等級的刀盤扭矩及能夠調整刀盤的轉速，都必將對TBM的正常掘進大有幫助。
開挖洞壁不穩定是影響開敞式硬巖TBM正常掘進的因素之一。如果開挖洞壁不穩定發生在緊靠刀盤支撐之後的位置，那麼就會造成安設支護及撐靴定位困難。開挖洞壁不穩定對施工進度及對克服這種不穩定所採用方法的影響差異很大，它取決於以下因素：①開挖洞壁不穩定現象的規模及類型；② 所用TBM的類型（單撐靴或雙撐靴）；③ TBM的設計、施工特徵；④ 隧道直徑；⑤ TBM具有的安設隧道支護的裝置及所採用支護的類型。
7.3開挖洞壁不穩定
對於開挖洞壁不穩定現象，護盾式TBM，無論是單護盾式，還是雙護盾式，不象開敞式TBM那麼敏感，這是因為護盾式TBM可以在護盾的保護下安裝預製混凝土管片，通過向管片施加推力，護盾式TBM可以向前掘進，無論開挖洞壁是否穩定。
開挖洞壁不穩定時，開敞式TBM的日進度可降至1～2m，甚至無進度。開敞式TBM在開挖洞壁不穩定時，可採取以下措施：① 對開挖洞壁採取穩定加固施工措施，在緊接刀盤支撐位置之後安設鋼拱架、木撐板和噴混凝土；② 在TBM前方用傳統方法開挖，通常採用頂部導坑法；③ 採取鑽孔、注漿或在TBM上方安設傘形拱架等措施，對開挖面前方的地層進行預處理。
7.4斷層帶
TBM掘進中穿越大的斷層帶時，如果刀盤被卡住，一般情況下常會影響TBM的正常掘進，這樣即使不會對工期造成大的拖延，但也常常會導致TBM掘進速度下降。儘管斷層帶沿隧道長度呈局部分佈，但由於在開挖期間預報不足，或事先對困難估計不足或瞭解不夠，仍可能造成意外事故。
在斷層帶，如果地層完全風化且存在高壓地下水，那麼開挖掌子面有可能象流體一樣活動，且有可能象河水一樣淹沒隧道。
如果開敞式TBM遇到超前鑽探未發現的上述斷層帶，那麼TBM將會因地層滑塌而嚴重受阻，甚至被滑塌石塊埋起來，造成後退困難的災難性局面。另外，遇到斷層帶時，對地層進行簡單、快速的注漿處理，注入的水泥漿液也有可能會造成TBM刀盤被卡。
如果護盾式TBM，無論是單護盾還是雙護盾TBM，遇到這種斷層帶，儘管TBM不可能再繼續開挖，但其結果不會象開敞式TBM那樣嚴重。由於護盾式TBM掘進的隧道已施作了管片襯砌，從而形成盾殼的自然延伸體，這樣至少可以從盾殼內對斷層帶進行處理，同時還可以防止隧道完全被水淹沒。
7.5擠壓地層
無論何時，如果在4～8小時之內，在距開挖面較短距離（幾米距離）處發生嚴重的隧道收斂現象，無論其原因如何，TBM必將陷入困境。對設計和施工人員來說，擠壓地層是一個十分關注的影響TBM正常掘進的因素之一。目前，還沒有由於隧道收斂問題造成TBM長時間受困的例子。
護盾式TBM對隧道快速收斂十分敏感，有可能被收斂的地層卡住。對於開敞式TBM，任何時候在短時間內發生嚴重的隧道收斂，如果收斂與隧道穩定相關，那麼施作的隧道支護和TBM撐靴的支撐可能會出現嚴重問題，從而影響隧道的掘進速度。
為了克服上述問題，對大多數TBM來說可以適當超挖，把盾殼與開挖輪廊面之間的間隙從通常的6～8cm調整到14～20cm。然而，開敞式TBM在收斂嚴重的不穩定地層中掘進的主要問題在於施作鋼支撐、鋼筋網和噴混凝土等支護困難重重，且剛施作的支護不能立即有效抵制地層變形與擠壓的趨勢。
對於護盾式TBM，可以提高其縱向千斤頂的最大推力，直至TBM在較高地層壓力(2～5MPa)作用下可以向前推進，但是隧道的管片襯砌要足夠堅固，可以給TBM推進千斤頂提供必要的反作用力，否則隧道襯砌本身將垮塌。
採取這些方法、措施之後，再加上超挖，護盾式TBM幾乎可以在任何條件(包括所謂的特殊條件)下進行隧道掘進。但是，如果由於機械故障等原因，TBM被迫在擠壓地層區段停滯了相當長一段時間，那麼TBM被困住的可能性相當大。
雙護盾式TBM的脫困作業相對較為容易，可以在距開挖面4～5m處通過TBM伸縮區的開口進行。然而，單護盾式TBM的脫困作業必須從TBM的盾尾處開始，需在距開挖面8～9m處拆去一環或兩環管片。
8.盾構選型時必須考慮的特殊因素
盾構選型時，在實際實施時，還需解決理論的合理性與實際的可能性之間的矛盾。必須考慮環保、地質和安全因素。
(1)環保因素
對泥水盾構而言，雖然經過過篩、旋流、沉澱等程序，可以將棄土漿液中的一些粗顆粒分離出來，並通過汽車、船等工具運輸棄碴，但泥漿中的懸浮或半懸浮狀態的細土顆粒仍不能完全分離出來，而這些物質又不能隨意處理，就形成了使用泥水盾構的一大困難。降低汙染保護環境是選擇泥水盾構面臨的十分重要的課題，需要解決的是如何防止將這些泥漿棄置江河湖海等水體中造成範圍更大、更嚴重的汙染。
要將棄土泥漿徹底處理可以作為固體物料運輸的程度也是可以做到的，國內外都有許多成功的事例，但做到這點並不容易，因為:
①處理設備貴，增加了工程投資
②用來安裝這些處理設備需要的場地較大
③處理時間較長
(2)工程地質因素
盾構施工段工程地質的複雜性主要反映在基礎地質(主要是圍巖巖性)和工程地質特性的多變方面。在一個盾構施工段或一個盾構合同標段中，某些部分的施工環境適合選用土壓平衡盾構，但某些部分又很適合選用泥水盾構。盾構選型時應綜合考慮並對不同選擇進行風險分析後擇其優者。
(3)安全因素
從保持工作面的穩定、控制地面沉降的角度來看，使用泥水盾構要比使用土壓平衡盾構的效果好一些，特別是在河湖等水體下、在密集的建築物或構築物下及上軟下硬的地層中施工時。在這些特殊的施工環境中，施工過程的安全性將是盾構選型時的一項極其重要的選擇，如北京鐵路地下直徑線最終選擇了泥水盾構。
9.出碴運輸與進料設備的選擇
TBM施工中，掘進效率的高低、在很大程度上取決於出碴運輸和運料是否及時到位。運出對象主要是TBM開挖所產生的大量石碴，運進對象為隧道支護、隧道延伸所需的材料和刀具等維修器材。
出碴運輸與進料設備的選型，首先要考慮與TBM的掘進速度相匹配，其次須從技術經濟角度分析，選用技術上可靠，經濟上合理的方案。設備的具體規格、數量由開挖洞徑、掘進循環進尺、隧道長度和坡度等因素決定。
出碴運輸與進料設備主要分為有軌出碴及進料與連續皮帶機出碴和輕軌進料兩種類型。
9.1有軌出碴及進料
根據隧道掘進長度，開挖斷面，隧道坡度，每個掘進循環進尺，岩石的鬆散係數，計算每列出碴車的礦車斗容和輛數。
機車選型要滿足不僅可以牽行1列重載礦車，還可帶動所需輛數的材料車和載人車，同時考慮坡度，最終確定機車臺數和規格。
根據掘進長度、列車平均運行速度確定所需出碴列車的列數。首先確定每列出碴列車所含礦車、機車的數量和規格，要求1個掘進循環出碴量由1列出碴列車1次運走。根據掘進長度，列車平均運行速度，按掘進機連續出碴的要求，確定所需出碴列車的列數。
掘進初期，距離較短，只需碴車列數較少，隨著掘進距離的加長，逐漸增加出碴列車數。為儘量提高掘進機掘進效率，施工中至少需4列編組列車；掘進循環中1列車在出碴皮帶機料斗處裝碴，1列車在雙軌一側待機，1列車在出洞軌道一側待進，1列車在洞外卸碴。每列列車應包含機車、礦車、材料車等。
圖6 有軌出渣
9.2皮帶輸送機出碴和輕軌進料
採用連續皮帶輸送機出碴時，隧道內的軌道僅承擔隧道支護材料和掘進機維修人員和器材等運輸，可採用輕型鋼軌。
皮帶機隨掘進機移動，從掘進機一直連接到洞門口出碴。皮帶輸送機主要由儲帶倉、主驅動裝置、輔助驅動裝置、被動輪、膠帶、託輥幾部分構成。皮帶輸送機結構簡單、運輸效率高、便於維護管理，可減少洞內運輸車輛，減少空氣汙染，有利於形成快速連續出碴系統。
使用皮帶輸送機連續出碴的關鍵是皮帶輸送可隨掘進機每次步進得到延長，且輸送機能轉向。皮帶輸送機尾部安裝在後配套上。當後配套前進時，膠帶逐段從儲帶倉中被拉出，使皮帶輸送機不間斷地完成石碴輸送。隨著掘進機每次掘進完成一個循環行程步進時，後配套系統被向前拉動一個行程，此時皮帶輸送機也隨之延伸，為此需要在皮帶輸送機尾部的前方，將皮帶機架、託輥、槽形託輥進行安裝，為膠帶運輸提供條件。
為了滿足掘進機在一定距離內不斷向前延伸而不用隨時延長膠帶，設置了一個儲帶裝置。由後配套皮帶機運來的石碴卸到出碴皮帶輸送機上。當儲存倉中的膠帶用盡時，出碴皮帶輸送機需停止工作，進行接長膠帶的硫化處理工作。
連續出碴皮帶機主驅動裝置由電機、減速器、驅動輪組成，採用變頻凋速電機。驅動輪與膠帶的傳動為摩擦傳動。當水平輸送距離增加時，要增加另一套結構相同的輔助驅動裝置，由兩套驅動裝置對膠帶進行驅動，為協調主、輔驅動裝置的運行和在啟動時能夠自動調整皮帶的張拉，連續皮帶輸送機由PLC進行控制，此控制系統與掘進機的控制相匹配，以保證由掘進機控制啟動和停止的次序。
為了保持膠帶的對中性，連續皮帶輸送機具有液壓驅動的糾偏能力，在液壓缸的作用下，連續出碴皮帶輸送機尾部可以在隧道斷面的X軸和y軸兩個方向移動，並可沿Z軸旋轉，這些運動跟隨著皮帶的擺動，它受安裝在皮帶機尾部的操作控制檯控制。
圖7 皮帶輸送機連續出渣
