神奇的地鐵盾構機

徐繼立

在城市，地鐵成了人們日常生活中的重要交通工具。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代化的專用工程機械——盾構機來施工的。

盾構機，也叫盾構隧道掘進機。這一特殊的機械，集光、機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能；涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，并且根據不同的地質進行“量體裁衣”式的設計制造，可靠性要求極高。這種配置精良、功能強大、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。

用自動化程度很高的盾構機進行隧洞施工，可以加快施工速度，一次成洞，節省人力、物力。更加重要的是它不受氣候影響，掘進時可控制地面沉降，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，用盾構機施工最方便，也更為經濟合理。

根據工作原理，盾構機一般分為手掘式盾構、擠壓式盾構、半機械式盾構、機械式盾構等。根據不同的分類，盾構開挖方法可分為敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。

盾構機在地鐵隧道施工中，先啟動液壓馬達，驅動刀盤旋轉，再開啟推進油缸；隨著推進油缸向前推進，刀盤持續旋轉，被切削下來的碴土自動輸入泥土倉；待泥土倉充滿后，螺旋輸送機開動，碴土被排送到皮帶輸送機上，隨后由皮帶輸送機運至渣土車的土箱中，再通過豎井運到地面。特別要強調的是，盾構機的外形是一個圓柱體的鋼組件的殼體（即護盾）。它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業均在護盾的“掩護”下進行，這樣就更安全了。

縱觀歷史，盾構機技術在很長一段時間內被歐美發達國家壟斷，我國的地下挖掘設備均必須從國外引進。這導致了我國的基礎建設因核心技術的缺乏而付出了非常巨大的代價，更導致我國經濟發展受到了非常嚴重的影響。為此，我國于2001年成立了自己的盾構機研發科研機構。

隨著我國經濟的逐漸發展，以及基礎工程建設數量的逐漸增加，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機的建造。2010年，我國研發者結合重慶地下軌道交通項目的建造，成功研制出一種難度最高型號的硬巖掘進盾構機（俗稱TBM）。從此，我國盾構機研發水平和制造技術開始突飛猛進。針對我國相對復雜的地質構型，研發者們在不離開國土的前提下，創造了大量進行實地測試和改進的機會。他們借助各種盾構機在不同地質狀況下挖掘性能的分析數據，對國產盾構機進行了大規模升級和改進。這些改進讓國產盾構機在性能上趕上甚至超越了外國盾構機，為中國盾構機的對外出口打下了堅實的基礎。2012年，中鐵裝備研制的盾構機第一次走出國門，成功應用于馬來西亞基礎工程建設，并且在2017年、2018年、2019年連續三年產銷量世界第一。

“上天有‘神州，下海有‘蛟龍，入地有盾構?！苯涍^一批研發者二十多年的辛勤付出，我國的盾構機技術實現了從零到世界第一的突破，成功占據了世界三分之二的市場份額，完美地實現了從進口方到出口方的身份轉換，令世界刮目相看，更令國人自豪！