神奇的地铁盾构机

徐继立

在城市，地铁成了人们日常生活中的重要交通工具。它既快捷又安全，给人们带来了极大的方便。那么，你知道地铁隧道是怎么施工的吗？原来是使用了一种现代化的专用工程机械——盾构机来施工的。

盾构机，也叫盾构隧道掘进机。这一特殊的机械，集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能；涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，并且根据不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。这种配置精良、功能强大、性能完善的“神器”，是城市地铁施工中一种重要的施工装备，更是在地面下暗挖隧洞的一种最佳選择。

用自动化程度很高的盾构机进行隧洞施工，可以加快施工速度，一次成洞，节省人力、物力。更加重要的是它不受气候影响，掘进时可控制地面沉降，较大地减少了对地面建筑物的影响，而且在水下开挖时不影响水面交通。特别是在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工最方便，也更为经济合理。

根据工作原理，盾构机一般分为手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾构等。根据不同的分类，盾构开挖方法可分为敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。

盾构机在地铁隧道施工中，先启动液压马达，驱动刀盘旋转，再开启推进油缸；随着推进油缸向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土自动输入泥土仓；待泥土仓充满后，螺旋输送机开动，碴土被排送到皮带输送机上，随后由皮带输送机运至渣土车的土箱中，再通过竖井运到地面。特别要强调的是，盾构机的外形是一个圆柱体的钢组件的壳体（即护盾）。它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业均在护盾的“掩护”下进行，这样就更安全了。

纵观历史，盾构机技术在很长一段时间内被欧美发达国家垄断，我国的地下挖掘设备均必须从国外引进。这导致了我国的基础建设因核心技术的缺乏而付出了非常巨大的代价，更导致我国经济发展受到了非常严重的影响。为此，我国于2001年成立了自己的盾构机研发科研机构。

随着我国经济的逐渐发展，以及基础工程建设数量的逐渐增加，加上科研工作者的不懈努力，2008年，我国第一次自主完成了盾构机的建造。2010年，我国研发者结合重庆地下轨道交通项目的建造，成功研制出一种难度最高型号的硬岩掘进盾构机（俗称TBM）。从此，我国盾构机研发水平和制造技术开始突飞猛进。针对我国相对复杂的地质构型，研发者们在不离开国土的前提下，创造了大量进行实地测试和改进的机会。他们借助各种盾构机在不同地质状况下挖掘性能的分析数据，对国产盾构机进行了大规模升级和改进。这些改进让国产盾构机在性能上赶上甚至超越了外国盾构机，为中国盾构机的对外出口打下了坚实的基础。2012年，中铁装备研制的盾构机第一次走出国门，成功应用于马来西亚基础工程建设，并且在2017年、2018年、2019年连续三年产销量世界第一。

“上天有‘神州，下海有‘蛟龙，入地有盾构。”经过一批研发者二十多年的辛勤付出，我国的盾构机技术实现了从零到世界第一的突破，成功占据了世界三分之二的市场份额，完美地实现了从进口方到出口方的身份转换，令世界刮目相看，更令国人自豪！