地下王国来了条“钢铁蚯蚓”

周亚丽

扭动软滑的身躯在土壤颗粒里钻来爬去，伸手不见五指的地下王国就有了一条条细长的管道，说蚯蚓是地下管道工程师，似乎并不夸张。现在，城市里来了条“钢铁蚯蚓”，它在城市地下钻出一条条管道，管道里面可以跑地铁、火车和汽车，本领可是大得很呐！它就是盾构机。

“巨型蚯蚓”讲科学

简单点儿说，盾构机就是一种隧道掘进机，是采用盾构法来掘进隧道的专用工程机械。所谓盾构法就是掘进机在一边掘进的同时，一边在隧道内部铺设支撑性管片的施工法。如果你认为钻土打洞就是盾构机最大的本事了，那你可太小看它了，现代盾构掘进机集光、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、测量等多学科技术。除了地铁、铁路、公路隧道，市政、水电等隧道工程也需要盾构机。在不同的地质条件下工作，盾构机的设计制造要求是不同的，但盾构机工作的第一条：要有极高的可靠性。盾构机的身世来历

盾构机的发明者是18世纪的一位法国工程师布鲁诺尔。1798年，英国要在伦敦地下修建横贯泰晤士河的隧道，可是困难重重，工程不得已而中断。这时一种软体动物引起了布鲁诺尔的注意，人们叫它凿船贝，也就是船蛆。它喜欢在木船上钻洞为家，以木材为食。布鲁诺尔仔细观察了船蛆的行为，发现了一个有意思的现象，原来船蛆还会从体内分泌一种液体涂在孔壁上形成保护壳，用来抵抗木板潮湿后发生的膨胀。聪明的布鲁诺尔从中获得了灵感，提出了盾构掘进隧道的原理，还获得了英国专利。

布鲁诺尔设计的盾構机是一种金属圆柱体，内有复杂的机械和辅助设备。由千斤顶推动金属筒框向前水平前进，并有金属筒框支撑土（岩）体防止塌方，同时还在金属筒框后进行衬砌结构的施工。1823年，世界上第一台盾构机制成了。1825年，布鲁诺尔发明的矩形盾构机被用来进行伦敦泰晤士河隧道施工。不过这时候的盾构机，需要许多矿工挖开粘土，让构架可以向前移动，挖空的地方还需要人工铺上砖块。

用科技武装的现代盾构机

布鲁诺尔盾构机是第一代盾构机，后来，人们不断地改进技术，又出现了第二代机械式和气压式盾构机，实现了用机械开挖代替人工开挖;后来出现了第三代泥水式盾构机和土压式盾构机。

现代盾构机一般可分为盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四个部分。盾构机外部的圆柱体壳体就是盾构壳体，可以防止地层的坍塌。切削土体前，可能会先向土体喷上一些专门制作的泡沫剂，用来软化土壤，降低掘进难度。接着，盾构机前端的刀盘转动起来，泥土就被切削下来，装进刀盘后方收集渣土的土仓。螺旋输送机和传输皮带可以不断把土仓中的渣土“吐”出去。盾构机的推进系统由盾构千斤顶和液压设备组成。工人操作拼装机把厚厚的钢筋混凝土管片拼装成隧道内壁，从而支撑起掘出的隧洞。千斤顶支撑在已拼装好的管片上，逐渐向前推进。不过，这个庞然大物每分钟也只能推进几厘米。

在漆黑的地下，现代盾构机也有“火眼金睛”——高精度的测量和导航系统，它能够及时显示盾构机当前位置，与隧道设计轴线相比的位置偏差等。

盾构机“中国造”

盾构机问世大概200年了，不少国家的盾构机都得到了大力发展。因为用盾构机进行隧洞施工不仅速度快、节省人力、可控制地面沉降，还不受气候影响、减少对地面建筑物的影响、不阻断交通、施工无噪音等。尤其是在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工就更加经济合理了。说起来满满的都是优点，可由于盾构机的技术附加值高、制造工艺复杂，放眼全球，只有欧美和日本的几家企业能够研制和生产盾构机。中国也一直引进外国盾构机。2008年，我国第一台具有自主知识产权的复合式盾构机下线，并成功应用，从此以后，中国用上了自己的“巨型蚯蚓”并且还能出口海外呢！