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【重工之美】盾构机,在黑暗的地下吞吃泥土的巨型凿地虫

 长寿老人LTS 2017-10-11

小时候机械君看过一部《绿野仙踪》改编的日本动画片,叫做奥芝国历险记。


一场突如其来的龙卷风把堪萨斯的桃乐丝和小狗托托,连小屋端到了奥芝国,她和小伙伴们历尽千辛万苦消灭了邪恶女巫,但各种层出不穷的考验还没远结束。后来有一位邪恶的邻国国王找了一条以土壤为食的巨大蠕虫,准备从地下挖一条直通翡翠城的地下隧道,率领大队人马去偷袭奥芝国。。。



当时年幼无知的机械君看着在地下那条大虫子咕叽咕叽地吞咽着泥土,隧道一点点延伸,敌人一步步逼近,而主角们对此毫无察觉,甚是惊恐和焦虑,以至于印象一直很深刻。


后来,广州地铁引进了盾构机挖掘隧道(印象里是国内首次引进,1997年10月3日广州地铁一号线全线盾构隧道主体工程就完成了,而北京引进第一台盾构机是2002年了),机械君一听老妈讲这机器的原理就连拍大腿:这不就是那条吃土的大蠕虫么?!


现在很多城市都在修建地铁,但盾构机这种地下作业的大型设备,市民还是难得一见的,咱先看看它们酷似某种软体生物的菊花形吸盘口器。。。




盾构机,也就是全断面隧道掘进机tunnel boring machine(TBM)。


其基本工作原理是沿隧洞轴线边向前推进,边对土壤进行开挖切削,挖掘出来的土碴被输送到后方。盾构机圆柱体组件的壳体即护盾,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。于是挖掘、排土、拼装隧道衬砌等作业得以在护盾的掩护下进行。



↓↓出厂时往往都披有鲜艳亮丽的涂装↓↓



盾构机刚引入中国时,由于采购价格高昂(2002年北京的一台机器的采购价为5500万元),而最早时一台盾构机的切削刀盘据说挖掘60米就报废,因此在施工现场特别金贵,工程人员几乎连颗螺丝钉都不敢乱拧。现如今盾构机已国产化,越来越广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。



↓↓艾玛还会吐口水↓↓


盾构机这个神奇玩意是一个圆柱体的巨大钢组件,因为太巨大,一般都得把各个组件拆了分别吊到隧道的挖掘坑道里再组装。



↓↓各种组装↓↓



↓↓现场组装↓↓


↓↓安装就绪↓↓





↓↓调试完毕开始挖掘,前方有怪虫开道,施工人员可在宽敞的隧道内有条不紊地工作↓↓


↓↓挖掘完成,破土而出的一刻↓↓


↓↓成身退时已满面尘灰烟火色,同样再被大卸八块吊离现场↓↓

最后这座雕塑,是修建日本东京湾水隧道(Tokyo- Wan Aqua-line Highway)时,挖掘海底隧道的一台泥水平衡盾构机的刀盘。


这条隧道全长约9.6公里,由川崎出发,横穿东京湾海底,贯穿两个人工岛,全线于2009年12月底通车。


整条海底隧道的建造,是由8台直径为14.14米的超大型泥水式土压平衡盾构在海底地层中开挖了24个月才完成穿越接通。此类盾构掘进机,长为13. 5米、重达3200吨,实属世界上最大级的盾构机械。


由于隧道工程的掘进是在长距离、高水压的软弱粘土层中进行的,条件之苛刻为世界隧道掘进史上所少有, 尤其在掘进了2000~2500米后,两台面对面的大盾构在海底地层中实施对接,并达到了预期的效果,在盾构掘进史上值得称颂。


触摸着雕塑刀头的磨损表面,可以感受到当年隧道的艰难掘进过程。


============花絮==========


1、这么神奇的机械是谁发明的?


最早进行盾构机研究的是法国工程师M.I.布律内尔,他由观察船蛆(OMG!我恶~~果然是虫子!!)在船的木头中钻洞,并从体内排出一种粘液(啊呸呸!!)加固洞穴的现象得到启发,在1818年开始研究盾构法施工,并于1825年在英国伦敦泰晤士河下,用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.4米、高6.8米)。 经历两次被河水淹没和不断地改良,隧道终于在1843年完工。


1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中,英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工,并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙,创造了比较完整的气压盾构法施工工艺,为现代化盾构法施工奠定了基础,促进了盾构法施工的发展。



2、起个名就变可爱了么?


香港地铁施工历来就有为盾构机命名的传统。一般都选历史、小说或神话故事中女性。譬如“小龙女”、“西施”、“昭君”、“穆桂英”、“女娲”、“雅典娜”等等,(。。。坑爹呢吧,这种大虫一样的东西,怎么可以起这么美好曼妙的名字~~~)。


今年4月时厦门地铁预备开工,也面向社会为盾构机征集了一把名字,要求直观体现厦门地域特色和地铁交通特点,具有鲜明的时代感,充分体现与时俱进、积极向上的地铁精神。。应者踊跃,最后在成功号、厦龙号、嘉庚号、鹭行号、探路先锋和游龙号里选择了一个(只有一台?)最木有厦门特色的“成功号”,呵。呵。



3、大虫教


有部俄罗斯作家Dmitriy Glukhovskiy的小说叫《地铁2033》(还有同名游戏)里描述,一群愚民把盾构机当成创造地铁的神来拜,被读者戏称为大虫教。。。


↓↓大虫进食原理↓↓




下面这条是中文的,18分钟,有点象80年代教学片。想了解原理的可以看看。


↓↓德国海瑞克全断面掘进↓↓



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