由于人工式盾构机的前端是敞开的，盾构机的顶部装有前檐和伸缩千斤顶，前檐是用来防止掘削面的顶部塌落的。在掘削面上设有工作平台，每个工作台之间的距离在2～3m。另外，在支承环柱上安装有正面支承千斤顶用来抵抗土压力。开挖顺序为从上至下，同时要按顺序调换正面支承千斤顶。挖掘出的渣土从底部通过皮带输送到出土台车，运出隧道。其使用的挖掘工具是镐、镐、铲等。人工式盾构机对开挖过程中遇到障碍物、断面形状特殊及短距离等情形都能很容易的处理。与封闭式盾构相比，隧道的造价下降了20%左右。如图1.7所示。

图1.7 手掘式盾构机

1.3.2半机械式盾构机

半机械式盾构是在敞开式人工式盾构机的基础上进行改进的，在盾构机的首端和尾端加装了掘土装置和出土装置，如图1.8所示，以替代人工作业。掘土装置一般有三种形式：铲斗、掘削头、两者兼备，具体装备形式如下：

（1）铲斗和掘削头全部位于掘削面的下半部。

（2）铲斗安装在掘削表面的上半部，掘削头位于下部。

（3）掘削头安装在掘削面的中心位置。

（4）铲斗安装在掘削面的中心位置。

在实际的施工应用当中可据土质状况、掘削面的自立程度、保证操作人员安全等条件进行综合分析，然后选出最合适的形式。

图1.8 半机械盾构

半机械式盾构机的主要组成有：主机架、臂架、铲斗、臂千斤顶、铲斗千斤顶。掘土作业是通过使用盾构机前端可以作上下左右以及旋转的铲斗完成的，铲斗的动作由铲斗千斤顶和机架千斤顶控制。盾构的顶部装有活动前檐和正面支承千斤顶等部件，在施工时，操作人员可直接观察到掘削状况。

1.3.3机械式盾构机

机械式盾构的构造如图1.9、1.10所示。盾构机前端装有旋转刀盘，使得盾构机的掘削能力大增幅增加。开挖下来的渣土通过安装在刀盘上的旋转铲斗送入到螺旋输送机。由于开挖和排土作业连续进行，因此缩短了施工周期，减少了操作人员。

图1.9 机械式盾构构造图

图1.10 机械式盾构构造图

1.4挤压盾构

1.4.1挤压盾构工作原理

当敞开式盾构在地质条件较差的N＜5的冲积淤泥和黏土层掘进时，由于土体塑性流动的原因，经常会发生土体通过掘削面涌入盾构机内舱的现象，从而导致开挖面的坍塌，使得无法继续进行掘削工作。把我们从其他正常的手术中挖出来在这种情况下，可以在盾构（机内）附近的开挖表面设置挡板（此挡板上设置有多个面积可调的渣土排放口）来密封开挖表面。这个封闭后的盾构在正面看过去有许多网格，因此命名为网格盾构。

网格盾构机的推进千斤顶开始工作，把盾构的切口环挤入前方地层。这时掘削面上的土体就受到盾构机切口的挤压，故发生塑性流动，由土砂排放口被挤出。这就是网格盾构的工作原理，故网格盾构也称挤压盾构。为便于盾构推进，提高正面支承的效果，在护盾的前端，设置有导流板和控制渣土排放口开度的闸门（即开放面积占总面积的比例)，这个闸门由千斤顶控制。在一定的推进速度下，可以通过调节闸门的开口度来保持掘削面的稳定性。渣土排放口的开口大小是由施工地段土质和掘进速度共同决定的。若渣土排放口的开度过大，则出渣量会增大，会导致周围地层沉降。与此相反，出渣量过少，则会导致盾构挤入地层的阻力增加，是地层出现隆起的现象。所以根据地层条件，确定合适的开度和控制出渣量才是盾构成功的关键。

1.4.2挤压盾构适用地层

挤压盾构适用于流塑性高、自立性极差的软粘土层和粉砂层。通过总结以往的施工经验，可以了解到挤压盾构工法适用的土质范围如图1.11所示。当土体中的砂含量小于20%、液化指数大于0.8、内聚力小于50kPa时，土砂排放口的开度大多设置为（2～0.8）%。另外，对液化指数特高的地层或者流动性过大的地层而言，掘削面的稳定性较差，在施工时要实时监测掘削面的数据变化，必要时要加以辅助步骤来稳定掘削面。