序言

每天早上挤在人满人患的地铁车厢里，对于大都市的上班族们来说绝对不会陌生。

地铁，已经成为了城市通勤最不可或缺的交通方式。现在很多城市都在不断的建造地铁。

那么你是不是非常好奇，地铁是怎么建造的呢？

今天咱们就来说说，当今世界最先进的隧道挖掘超大型专用设备之一，盾构机。

盾构机发明

在说起这个盾构机之前，我们先来了解下它的发明者。

在1818年，法国工程师布鲁诺尔无意中看到了一条凿船虫。它一边蠕动一边在木头上钻洞，同时从体内分泌了一种黏液来加固洞穴。

这次意外的发现激发了他的灵感，于是他就提出了盾构挖掘隧道的原理。并在后来的英国泰晤士河底挖掘隧道时，将这一创意付诸实践。制造了一个箱型铁壳，也被称为盾构。

它利用千斤顶在松软的土壤中向前推进。挖掘工人在盾构内部一面挖掘，一面在隧道内部堆砌砖头。

虽然它还是手倔式盾构，但却是人类第一台盾构机。

国产盾构机

这么多年过去了，出现了很多更加复杂更加高效的盾构机了。

这里就要说下咱们中国的盾构机。首先拿为南京和燕路过江隧道工程量身打造的"振兴号"盾构机来说吧。

先看看它的样子：

这台盾构机的刀盘直径达15.03米，总长135米，总重量达4000吨。

盾构机的头是一个圆形刀盘，在千斤顶的推力下，刀盘会掘开土层。刀盘上安装了很多金刚刀片。盾构机的外壳需要承受土压和地下水压，壳内是错综复杂的机械长廊，它会把刀盘削下的土排出去。

我们可以打个形象的比喻：

盾构机就是地下蛟龙。这条龙的嘴就是最前端的切削刀盘，可以把地下的泥沙石头吃进嘴里，通过龙肚子里面的各种消化器官，螺旋传送机输送到皮带传送机，再通过渣土车运往后方。

盾构机可以一边挖土一边安装墙壁，所以盾构机开过，隧道就铺好了。

盾构机装配

那么问题来了，这么大的东西是怎么进入地下的呢？

嗯，关于这个问题我查了很多资料，我来简单说说吧。

首先咱们要挖一个竖井，也就是在隧道起始点都要深入地底建造通风井。

注意是起始点哦，也就是起点和终点。

然后把盾构机拆成头、身、尾三段，把这三段部分都放进竖井里面，在隧道里面完成盾构机的组装。组装完成后，盾构机就可以开始工作了。

它一边用切削刀片向前推进挖掘，一边将挖出的土石运出，一边拼装预制混凝土管片对刚挖出来的隧洞进行保护。

可以算是一个人干了三个人的活，并且效果极高。

等隧道挖好后，盾构机再重新拆除成三段，从终点被取出来。

盾构机辨别方向

在黑暗的地下，这么大的盾构机是如何辨别方向的呢？

答案是毫米级激光导航技术。

看到这里的同学会有疑问了，为啥不用咱们的北斗导航呢？

最主要的原因是北斗精度只有几米，而隧道线路的要求是毫米级的。所以啊，卫星导航的精度无法满足要求。同时隧道施工都是地下几十米，那里是没有相应卫星导航的。

关于这个毫米级激光导航技术，这里咱们就简单说说。

在过去传统挖地道的方法中，如果挖隧道的人想沿直线挖掘，最简单的办法就是用一盏手电筒，向一个方向照射一束光，因为光是沿直线传播的。只要沿着光的方向挖，就能保证地道是直线。

盾构机指引挖掘的方向也是这个原理。

当安装在盾构机中轴线上的感应器，感应到有激光穿过时，盾构机的前进方向就是直的。

那么盾构机转弯怎么控制呢？

这个时候，工程师会提前算好盾构机中轴线与激光之间偏离的角度。然后通过精密控制，分段逐次的调整盾构机方向，这样就保证了盾构机在漆黑的地下不迷路。

盾构机刀具

盾构机的刀具在使用时，必然会遇到磨损。这就要求要对刀具进行及时的更换。一条隧道在挖掘贯通前，往往需要多次更换刀具。

这里就要用到常压换刀技术。

这种技术，简单来说就是我们可以在日常生活的大气压下进行换刀。设计人员在刀盘内部设计个常压换刀舱，并且换刀舱密封，这样就实现了舱内常压状态。从而保证了换刀人员的安全，同时可以大量提高效率。

盾构机速度控制

盾构机挖掘的速度是怎么控制的呢？

这里就要介绍下它的动力系统和控制系统。

其中有个重要的部件就是千斤顶环。

千斤顶环顶在安装后的支撑结构上之后，盾构机的控制系统就像人手一样，向这个大千斤顶使劲，这时就会把盾构机越推越远。

直到最大长度后千斤顶才会卸力，然后把另一端收回到盾构机内，如此反复的循环，就能使盾构机一点点向前进。

盾构机核心技术

过去咱们是从外国购买全套盾构设备，到现在国产盾构机在国外工程中崭露头角。目前已经占据全球市场三分之二份额。

这个从“进口”到“出口”的转变，彰显了我国工业实力正不断向前迈进，向着国际领先水平不断靠拢。

"工欲善其事，必先利其器"。

盾构机作为隧道施工的必备神器。一台超大直径盾构机，由上万个大小不一的零件组成。而每个国产化零件背后都是许多科研人员的艰辛付出。

在盾构机施工过程中，不阻断交通，施工无噪音，地面不沉降，不影响居民的正常生活。

不过这个装备的技术要求过于复杂。涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制等多门学科技术。

过去咱们喊破嗓子去低头求人，现在不如甩开膀子咱们自己干。像盾构机这样的大国重器的核心技术，现在已经牢牢掌握在自己手中。

正如在金庸小说中所说的：

降龙十八掌无愧巅峰外功，号称掌法无双，天下第一。

盾构机乃国之利器，形如"巨龙"。要想"降龙"须得练成"降龙十八掌"，而这里面的核心技术就是“降龙十八掌”。

总结

现如今中国超大型盾构机已经成了新的"国家名片"。

国内对国产盾构机的疑虑已经基本消失，国外也不会再对中国的盾构机技术冷嘲热讽。

由于盾构机对施工地质有着非常强的针对性，一种盾构机只能在特定的地质环境中施工。

为适应不同工程项目，咱们的盾构机的种类也越来越多。

目前生产的盾构机有多种形式，例如圆形、双圆形、矩形，此外还有马蹄形等异形截面的盾构机，以满足不同领域工程的需求。

每个时代都有代表性的重大工程和重大项目，咱们现在上天有神舟，下海有蛟龙，入地有盾构机。

这些超级工程成为了时代的标志性符号，它们凝聚着中国人民的勤劳与创造，也见证着中国的复兴崛起之路。