你或许曾经乘坐汽车穿过漆黑的山间隧道,乘坐地铁往返于城市的地下隧道……你知道这些隧道是怎么开凿出来的吗?这需要巨型蚯蚓般的盾构机。

  下地入海的“巨虫”

  轰隆、轰隆……地下传来一声声巨响,一处岩壁出现了裂缝,不断有碎石掉落。裂缝越来越大,碎石越掉越多,伴随着轰隆声以及飞扬的尘土,岩壁全部瓦解,一条“巨虫”破土而出,冒出了头。它张着布满牙齿的大嘴,上面沾满了沙土。站在不远处的工人却对着这条巨虫欢呼,因为它身后就是长长的、被挖通的隧道。


  巨虫名为“盾构机”,现代交通、运输、水利等工程中的隧道,如铁路隧道、海底隧道等,一部分是靠它“啃”出来的。

  船舶蛀虫解决交通难题

  19世纪,英国伦敦为了解决交通拥堵的问题,计划在泰晤士河修建水下隧道。挖在土地里的隧道尚且有塌方的风险,何况是水下隧道,一不小心就会渗水坍塌,工程因此迟迟没有进展。


  直到工程师马克·布鲁内尔观察到船蛆——一种类似贝壳的软体动物,它们会用贝壳的锯齿边缘切开船舶木材并钻入其中,同时分泌一种黏稠的物质,其会在船蛆挖出的洞壁上硬化,形成一层防护,阻止潮湿的木材膨胀将船蛆挤扁。他以此为灵感,设计了能一边挖掘,一边修建支撑结构的初代盾构机。


  泰晤士河隧道最终花了约20年建造完成,这是历史上第一条用盾构机挖掘的隧道。

  一头吃,一头拉

  盾构机在岩石土地里钻洞,又像是超大号的钢铁蚯蚓,长度通常达百米,宽度从几米到十几米不等,重量可达几百至数千吨。操纵这台巨虫一般需要1名主司机,两名助手,还需几十名工人辅助施工。



盾构机刀盘碾碎岩石,碎石土落入传送带被运送至外部。


盾构机一边掘进,一边在隧道内壁铺设管片。

  使用盾构机前,要先挖一个大坑,用机器将盾构机的零部件吊入坑里组装。装好后,钢铁蚯蚓就可以干活了。盾构机前方是可转动的圆形刀盘,就像蚯蚓的嘴,刀盘上有许多如牙齿般的刀具,其能嵌入岩石中,并随着刀盘的旋转碾磨岩石。刀盘后方的推进系统能产生强大的推力,不仅推着刀盘碾碎岩石,也推着盾构机向前“蠕动”。

  钢铁蚯蚓啃下来的碎土石会落入“肠道”——机身内部的传送带中,被“拉”到外部或二次利用。

  一边挖,一边撑

  盾构机掘进时,坚硬的机身能支撑四周的岩石泥土。同时,运输车会驶入机身内部,送来由钢筋水泥预制、厚且坚固的盾牌状“管片”。这些管片被组装机一圈圈拼在挖好的隧道壁上,再被压实、固定,还会贴上防水膜并再铺一层钢筋混凝土加固,以此支撑挖好的隧道,避免其发生坍塌。这便是“构建隧道之盾”,也是盾构机的名字由来。推进系统正是顶在铺好的管片上,把自己一点点向前推。钢铁蚯蚓所过之处就是一条打造好的隧道。


  如今的盾构机一天就能掘进几十米,最短几个月就能挖出一条几千米的隧道,在盾构机出现前,这可能需要花费几年甚至更久的时间。

ad1 webp
ad2 webp
ad1 webp
ad2 webp