神奇的地鐵盾構(gòu)機(jī)

徐繼立

在城市，地鐵成了人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾煌üぞ?。它既快捷又安全，給人們帶來了極大的方便。那么，你知道地鐵隧道是怎么施工的嗎？原來是使用了一種現(xiàn)代化的專用工程機(jī)械——盾構(gòu)機(jī)來施工的。

盾構(gòu)機(jī)，也叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)。這一特殊的機(jī)械，集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能；涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù)，并且根據(jù)不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計(jì)制造，可靠性要求極高。這種配置精良、功能強(qiáng)大、性能完善的“神器”，是城市地鐵施工中一種重要的施工裝備，更是在地面下暗挖隧洞的一種最佳選擇。

用自動(dòng)化程度很高的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧洞施工，可以加快施工速度，一次成洞，節(jié)省人力、物力。更加重要的是它不受氣候影響，掘進(jìn)時(shí)可控制地面沉降，較大地減少了對地面建筑物的影響，而且在水下開挖時(shí)不影響水面交通。特別是在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工最方便，也更為經(jīng)濟(jì)合理。

根據(jù)工作原理，盾構(gòu)機(jī)一般分為手掘式盾構(gòu)、擠壓式盾構(gòu)、半機(jī)械式盾構(gòu)、機(jī)械式盾構(gòu)等。根據(jù)不同的分類，盾構(gòu)開挖方法可分為敞開式、機(jī)械切削式、網(wǎng)格式和擠壓式等。

盾構(gòu)機(jī)在地鐵隧道施工中，先啟動(dòng)液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，再開啟推進(jìn)油缸；隨著推進(jìn)油缸向前推進(jìn)，刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被切削下來的碴土自動(dòng)輸入泥土倉；待泥土倉充滿后，螺旋輸送機(jī)開動(dòng)，碴土被排送到皮帶輸送機(jī)上，隨后由皮帶輸送機(jī)運(yùn)至渣土車的土箱中，再通過豎井運(yùn)到地面。特別要強(qiáng)調(diào)的是，盾構(gòu)機(jī)的外形是一個(gè)圓柱體的鋼組件的殼體（即護(hù)盾）。它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時(shí)支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時(shí)還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)均在護(hù)盾的“掩護(hù)”下進(jìn)行，這樣就更安全了。

縱觀歷史，盾構(gòu)機(jī)技術(shù)在很長一段時(shí)間內(nèi)被歐美發(fā)達(dá)國家壟斷，我國的地下挖掘設(shè)備均必須從國外引進(jìn)。這導(dǎo)致了我國的基礎(chǔ)建設(shè)因核心技術(shù)的缺乏而付出了非常巨大的代價(jià)，更導(dǎo)致我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到了非常嚴(yán)重的影響。為此，我國于2001年成立了自己的盾構(gòu)機(jī)研發(fā)科研機(jī)構(gòu)。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展，以及基礎(chǔ)工程建設(shè)數(shù)量的逐漸增加，加上科研工作者的不懈努力，2008年，我國第一次自主完成了盾構(gòu)機(jī)的建造。2010年，我國研發(fā)者結(jié)合重慶地下軌道交通項(xiàng)目的建造，成功研制出一種難度最高型號(hào)的硬巖掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)（俗稱TBM）。從此，我國盾構(gòu)機(jī)研發(fā)水平和制造技術(shù)開始突飛猛進(jìn)。針對我國相對復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)型，研發(fā)者們在不離開國土的前提下，創(chuàng)造了大量進(jìn)行實(shí)地測試和改進(jìn)的機(jī)會(huì)。他們借助各種盾構(gòu)機(jī)在不同地質(zhì)狀況下挖掘性能的分析數(shù)據(jù)，對國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了大規(guī)模升級(jí)和改進(jìn)。這些改進(jìn)讓國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)在性能上趕上甚至超越了外國盾構(gòu)機(jī)，為中國盾構(gòu)機(jī)的對外出口打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2012年，中鐵裝備研制的盾構(gòu)機(jī)第一次走出國門，成功應(yīng)用于馬來西亞基礎(chǔ)工程建設(shè)，并且在2017年、2018年、2019年連續(xù)三年產(chǎn)銷量世界第一。

“上天有‘神州，下海有‘蛟龍，入地有盾構(gòu)。”經(jīng)過一批研發(fā)者二十多年的辛勤付出，我國的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從零到世界第一的突破，成功占據(jù)了世界三分之二的市場份額，完美地實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)口方到出口方的身份轉(zhuǎn)換，令世界刮目相看，更令國人自豪！