地下王國來了條“鋼鐵蚯蚓”

周亞麗

扭動軟滑的身軀在土壤顆粒里鉆來爬去，伸手不見五指的地下王國就有了一條條細(xì)長的管道，說蚯蚓是地下管道工程師，似乎并不夸張。現(xiàn)在，城市里來了條“鋼鐵蚯蚓”，它在城市地下鉆出一條條管道，管道里面可以跑地鐵、火車和汽車，本領(lǐng)可是大得很吶！它就是盾構(gòu)機(jī)。

“巨型蚯蚓”講科學(xué)

簡單點(diǎn)兒說，盾構(gòu)機(jī)就是一種隧道掘進(jìn)機(jī)，是采用盾構(gòu)法來掘進(jìn)隧道的專用工程機(jī)械。所謂盾構(gòu)法就是掘進(jìn)機(jī)在一邊掘進(jìn)的同時(shí)，一邊在隧道內(nèi)部鋪設(shè)支撐性管片的施工法。如果你認(rèn)為鉆土打洞就是盾構(gòu)機(jī)最大的本事了，那你可太小看它了，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)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、測量等多學(xué)科技術(shù)。除了地鐵、鐵路、公路隧道，市政、水電等隧道工程也需要盾構(gòu)機(jī)。在不同的地質(zhì)條件下工作，盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造要求是不同的，但盾構(gòu)機(jī)工作的第一條：要有極高的可靠性。盾構(gòu)機(jī)的身世來歷

盾構(gòu)機(jī)的發(fā)明者是18世紀(jì)的一位法國工程師布魯諾爾。1798年，英國要在倫敦地下修建橫貫泰晤士河的隧道，可是困難重重，工程不得已而中斷。這時(shí)一種軟體動物引起了布魯諾爾的注意，人們叫它鑿船貝，也就是船蛆。它喜歡在木船上鉆洞為家，以木材為食。布魯諾爾仔細(xì)觀察了船蛆的行為，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有意思的現(xiàn)象，原來船蛆還會從體內(nèi)分泌一種液體涂在孔壁上形成保護(hù)殼，用來抵抗木板潮濕后發(fā)生的膨脹。聰明的布魯諾爾從中獲得了靈感，提出了盾構(gòu)掘進(jìn)隧道的原理，還獲得了英國專利。

布魯諾爾設(shè)計(jì)的盾構(gòu)機(jī)是一種金屬圓柱體，內(nèi)有復(fù)雜的機(jī)械和輔助設(shè)備。由千斤頂推動金屬筒框向前水平前進(jìn)，并有金屬筒框支撐土（巖）體防止塌方，同時(shí)還在金屬筒框后進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)的施工。1823年，世界上第一臺盾構(gòu)機(jī)制成了。1825年，布魯諾爾發(fā)明的矩形盾構(gòu)機(jī)被用來進(jìn)行倫敦泰晤士河隧道施工。不過這時(shí)候的盾構(gòu)機(jī)，需要許多礦工挖開粘土，讓構(gòu)架可以向前移動，挖空的地方還需要人工鋪上磚塊。

用科技武裝的現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)

布魯諾爾盾構(gòu)機(jī)是第一代盾構(gòu)機(jī)，后來，人們不斷地改進(jìn)技術(shù)，又出現(xiàn)了第二代機(jī)械式和氣壓式盾構(gòu)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了用機(jī)械開挖代替人工開挖;后來出現(xiàn)了第三代泥水式盾構(gòu)機(jī)和土壓式盾構(gòu)機(jī)。

現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)一般可分為盾構(gòu)殼體、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、出土系統(tǒng)等四個(gè)部分。盾構(gòu)機(jī)外部的圓柱體殼體就是盾構(gòu)殼體，可以防止地層的坍塌。切削土體前，可能會先向土體噴上一些專門制作的泡沫劑，用來軟化土壤，降低掘進(jìn)難度。接著，盾構(gòu)機(jī)前端的刀盤轉(zhuǎn)動起來，泥土就被切削下來，裝進(jìn)刀盤后方收集渣土的土倉。螺旋輸送機(jī)和傳輸皮帶可以不斷把土倉中的渣土“吐”出去。盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)由盾構(gòu)千斤頂和液壓設(shè)備組成。工人操作拼裝機(jī)把厚厚的鋼筋混凝土管片拼裝成隧道內(nèi)壁，從而支撐起掘出的隧洞。千斤頂支撐在已拼裝好的管片上，逐漸向前推進(jìn)。不過，這個(gè)龐然大物每分鐘也只能推進(jìn)幾厘米。

在漆黑的地下，現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)也有“火眼金睛”——高精度的測量和導(dǎo)航系統(tǒng)，它能夠及時(shí)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置，與隧道設(shè)計(jì)軸線相比的位置偏差等。

盾構(gòu)機(jī)“中國造”

盾構(gòu)機(jī)問世大概200年了，不少國家的盾構(gòu)機(jī)都得到了大力發(fā)展。因?yàn)橛枚軜?gòu)機(jī)進(jìn)行隧洞施工不僅速度快、節(jié)省人力、可控制地面沉降，還不受氣候影響、減少對地面建筑物的影響、不阻斷交通、施工無噪音等。尤其是在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工就更加經(jīng)濟(jì)合理了。說起來滿滿的都是優(yōu)點(diǎn)，可由于盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)附加值高、制造工藝復(fù)雜，放眼全球，只有歐美和日本的幾家企業(yè)能夠研制和生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)。中國也一直引進(jìn)外國盾構(gòu)機(jī)。2008年，我國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)下線，并成功應(yīng)用，從此以后，中國用上了自己的“巨型蚯蚓”并且還能出口海外呢！