鋼鐵“穿山甲”：盾構(gòu)機

“上天有神舟，下海有蛟龍，入地有盾構(gòu)?！?/p>

地下隧道曾是很多重大工程施工的難點，而盾構(gòu)機的出現(xiàn)，解決了這一難題。

讓我們一起去領(lǐng)略盾構(gòu)機的神奇之處吧！

?矩形頓面盾構(gòu)機（供圖/周偉）

盾構(gòu)機靈感來自船蛆

中國古人在開鑿山洞或巖石時，常用火將巖石燒得通紅，再用涼水澆注，巖石熱脹冷縮就會爆裂、脫落。后來，出現(xiàn)了鐵錘、鐵釬（qiān）等工具，但施工效率低下。隨著機械工具及施工技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了風(fēng)鉆、風(fēng)鎬、注漿機、掘進機、隧道機等眾多設(shè)備。

盾構(gòu)機是專門用于隧道掘進的工程機械，簡單地講就是在掘進隧道的過程中，給隧道構(gòu)建一個結(jié)實的外殼。龐然大物般的盾構(gòu)機鉆進山里或地層下，鉆出來后一條完整的隧道就建好了。

令人意想不到的是，盾構(gòu)機的設(shè)想其實來源于船蛆。200多年前，法國工程師布魯諾爾觀察到船蛆在木質(zhì)船體中的鉆洞行為。他發(fā)現(xiàn)，船蛆會從體內(nèi)分泌一種液體，并將液體涂抹在木板的孔壁上，形成保護硬殼，以抵抗木板潮濕后發(fā)生的膨脹。布魯諾爾從中得到靈感，提出了盾構(gòu)掘進隧道的設(shè)想。

穿越山河湖海的“利器”

盾構(gòu)機的全稱是盾構(gòu)隧道掘進機，被廣泛應(yīng)用在地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程中，具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響等諸多優(yōu)點。

不同的盾構(gòu)機大小不同，重量、長度也不同，刀盤尺寸要求也不一樣。盾構(gòu)機一般長度在50米至180米之間，總重量在45噸至7000噸之間，刀盤直徑在2米至17米之間。

在使用盾構(gòu)機施工前，需要先建造工作井。盾構(gòu)機的各個部分在井下被依次組裝起來。

盾構(gòu)機在前進時，靠身后的液壓桿向前頂進。刀頭將泥土、巖石碾碎，渣土被“吃”進盾構(gòu)機的“肚子”里，再從土倉經(jīng)過螺旋輸送機、皮帶機，運至渣土運輸車，最后運到隧道外。同時，通過注漿和管片砌襯，為挖好的隧道、地道加固定型，形成永久性結(jié)構(gòu)。“盾”與“構(gòu)”分步進行，一條龍作業(yè)，可謂穿越山河湖海的“利器”。

漫漫探索路

中國盾構(gòu)機經(jīng)歷了很長一段時間的探索之路。

20世紀(jì)90年代，在西康鐵路秦嶺隧道施工中，中國花費重金從德國引進了兩臺二手全斷面隧道掘進機（TBM）。兩臺設(shè)備從北口和南口相對掘進，大大提高了隧道施工掘進的速度。

通過對先進技術(shù)引進、消化、吸收，中國對盾構(gòu)設(shè)備技術(shù)有了新的認(rèn)識，在探索和學(xué)習(xí)中培養(yǎng)了一批科學(xué)技術(shù)人才，為日后中國基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)和技術(shù)保障。

2008年4月，中國第一臺自主研發(fā)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機問世，這標(biāo)志著中國掌握了這一領(lǐng)域的核心技術(shù)，開啟了盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)化發(fā)展序幕。同年，中國研發(fā)的泥水平衡盾構(gòu)機投入城市地鐵建設(shè)。此后，中國還創(chuàng)新研發(fā)了單圓、多圓（包含雙圓和三圓）以及矩形頓面盾構(gòu)機（異形盾構(gòu)機）。如今，中國的盾構(gòu)機已銷往意大利、法國、波蘭等多個國家和地區(qū)。

管片安裝好后，也會給盾構(gòu)機向前推進提供作用力。管片拼裝的同時，盾構(gòu)機會向管片外部空間注漿填空。需要第二道混凝土加固層時，這一步驟也在同時施工——人工在隧道中貼上防水膜，加固時先澆筑隧道底部，再澆筑隧道兩側(cè)，最后通過拱橋澆筑拱頂部分。圖為二次加固后的隧道（供圖/周偉）

中國研發(fā)的盾構(gòu)機直徑還在不斷加大，并向著智能化方向發(fā)展——可預(yù)測有害氣體，檢測隧道中的氧氣含量、暗河涌水、巖爆（地下工程開挖過程中由于應(yīng)力釋放等出現(xiàn)圍巖表面自行松弛破壞并噴射出來的現(xiàn)象）等。不斷創(chuàng)新的盾構(gòu)機為中國建設(shè)發(fā)展提供了有力的保障，也向世界展現(xiàn)了中國建設(shè)的神奇魅力！

?施工中，盾構(gòu)機掘進、渣土運出、管片安裝、防水層鋪設(shè)、管壁二次加固澆筑等工序都是同步進行的，一氣呵成。圖為北京清華園隧道（供圖/周偉）