钢铁“穿山甲”：盾构机

“上天有神舟，下海有蛟龙，入地有盾构。”

地下隧道曾是很多重大工程施工的难点，而盾构机的出现，解决了这一难题。

让我们一起去领略盾构机的神奇之处吧！

 矩形顿面盾构机（供图/周伟）

盾构机灵感来自船蛆

中国古人在开凿山洞或岩石时，常用火将岩石烧得通红，再用凉水浇注，岩石热胀冷缩就会爆裂、脱落。后来，出现了铁锤、铁钎（qiān）等工具，但施工效率低下。随着机械工具及施工技术的不断发展，出现了风钻、风镐、注浆机、掘进机、隧道机等众多设备。

盾构机是专门用于隧道掘进的工程机械，简单地讲就是在掘进隧道的过程中，给隧道构建一个结实的外壳。庞然大物般的盾构机钻进山里或地层下，钻出来后一条完整的隧道就建好了。

令人意想不到的是，盾构机的设想其实来源于船蛆。200多年前，法国工程师布鲁诺尔观察到船蛆在木质船体中的钻洞行为。他发现，船蛆会从体内分泌一种液体，并将液体涂抹在木板的孔壁上，形成保护硬壳，以抵抗木板潮湿后发生的膨胀。布鲁诺尔从中得到灵感，提出了盾构掘进隧道的设想。

穿越山河湖海的“利器”

盾构机的全称是盾构隧道掘进机，被广泛应用在地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程中，具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响等诸多优点。

不同的盾构机大小不同，重量、长度也不同，刀盘尺寸要求也不一样。盾构机一般长度在50米至180米之间，总重量在45吨至7000吨之间，刀盘直径在2米至17米之间。

在使用盾构机施工前，需要先建造工作井。盾构机的各个部分在井下被依次组装起来。

盾构机在前进时，靠身后的液压杆向前顶进。刀头将泥土、岩石碾碎，渣土被“吃”进盾构机的“肚子”里，再从土仓经过螺旋输送机、皮带机，运至渣土运输车，最后运到隧道外。同时，通过注浆和管片砌衬，为挖好的隧道、地道加固定型，形成永久性结构。“盾”与“构”分步进行，一条龙作业，可谓穿越山河湖海的“利器”。

漫漫探索路

中国盾构机经历了很长一段时间的探索之路。

20世纪90年代，在西康铁路秦岭隧道施工中，中国花费重金从德国引进了两台二手全断面隧道掘进机（TBM）。两台设备从北口和南口相对掘进，大大提高了隧道施工掘进的速度。

通过对先进技术引进、消化、吸收，中国对盾构设备技术有了新的认识，在探索和学习中培养了一批科学技术人才，为日后中国基础建设发展奠定了坚实的基础和技术保障。

2008年4月，中国第一台自主研发的复合式土压平衡盾构机问世，这标志着中国掌握了这一领域的核心技术，开启了盾构机产业化发展序幕。同年，中国研发的泥水平衡盾构机投入城市地铁建设。此后，中国还创新研发了单圆、多圆（包含双圆和三圆）以及矩形顿面盾构机（异形盾构机）。如今，中国的盾构机已销往意大利、法国、波兰等多个国家和地区。

管片安裝好后，也会给盾构机向前推进提供作用力。管片拼装的同时，盾构机会向管片外部空间注浆填空。需要第二道混凝土加固层时，这一步骤也在同时施工——人工在隧道中贴上防水膜，加固时先浇筑隧道底部，再浇筑隧道两侧，最后通过拱桥浇筑拱顶部分。图为二次加固后的隧道（供图/周伟）

中国研发的盾构机直径还在不断加大，并向着智能化方向发展——可预测有害气体，检测隧道中的氧气含量、暗河涌水、岩爆（地下工程开挖过程中由于应力释放等出现围岩表面自行松弛破坏并喷射出来的现象）等。不断创新的盾构机为中国建设发展提供了有力的保障，也向世界展现了中国建设的神奇魅力！

 施工中，盾构机掘进、渣土运出、管片安装、防水层铺设、管壁二次加固浇筑等工序都是同步进行的，一气呵成。图为北京清华园隧道（供图/周伟）