地鐵建設(shè)技術(shù)的發(fā)展

地鐵是一種建立在地下的鐵路系統(tǒng)，可以在不影響地面交通的情況下將城市各處連接起來(lái)，以達(dá)到快速運(yùn)輸人員、貨物的目的。

人類的第一條地鐵是英國(guó)修建的“倫敦大都會(huì)地鐵”。這條地鐵修建于1856年，但是其修建方式非常原始，采用的是“明挖填埋法”。

倫敦大都會(huì)地鐵

英國(guó)修建這條地鐵的時(shí)候，首先是在路線上挖出足夠大的坑道，然后在這個(gè)坑道里面修建地鐵中的設(shè)施。

最后在設(shè)施修建完成后，將之前挖出來(lái)的沙土進(jìn)行回填，將坑道以及地鐵設(shè)施埋在土下。

這種“明挖填埋法”最大的劣勢(shì)是速度慢、成本高。整個(gè)倫敦大都會(huì)地鐵的長(zhǎng)度只有6公里左右，但是該地鐵從1856年開(kāi)始動(dòng)工后，一直到1863年才開(kāi)通，總耗時(shí)7年左右，一年都挖不到一公里。

用明挖填埋法修建地鐵

相比較之下，現(xiàn)代修建一條地鐵如果不遇上復(fù)雜的地質(zhì)情況或其它一些問(wèn)題，基本都能達(dá)到一年修建40公里以上的速度。

在“明挖填埋法”之后，人類又學(xué)會(huì)了像挖礦井一樣修建地鐵。

這種建造地鐵的方式是先打一個(gè)豎井，然后往豎井左右兩邊橫向挖掘，挖出能修建地鐵的通道。

地鐵修建

這種地鐵修建方式雖然對(duì)比“明挖填埋法”已經(jīng)好了不少，但其成本和速度劣勢(shì)依舊存在。

并且這種地鐵修建方式還有極高的危險(xiǎn)性，比較容易塌方。一旦塌方，以當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，修建地鐵的工人基本都救不出來(lái)了。

之后隨著人類社會(huì)的進(jìn)一步工業(yè)化，人類學(xué)會(huì)了靠盾構(gòu)機(jī)修建地鐵以及其它地下設(shè)施。

盾構(gòu)機(jī)就像一條“鋼鐵蚯蚓”，這條“蚯蚓”的頭部依靠刀片或別的什么設(shè)備，不斷的碾碎前方的土方，然后“吃掉”土方，再?gòu)摹膀球尽钡奈膊繉⑼练脚懦鰜?lái)。

盾構(gòu)機(jī)原理

利用盾構(gòu)機(jī)修建地鐵又安全又快捷，成本還比較低，是當(dāng)前全球最主流的地鐵修建方式。

我們上邊提到現(xiàn)代修建一條地鐵，一年能修建40公里以上，其背后的原因就是盾構(gòu)機(jī)的廣泛運(yùn)用。

各國(guó)盾構(gòu)機(jī)的差異

不過(guò)同樣是盾構(gòu)機(jī)，因?yàn)榧夹g(shù)的區(qū)別，挖掘土方的速度也是不一樣的。

當(dāng)前世界上能造盾構(gòu)機(jī)的國(guó)家兩只手都能數(shù)出來(lái)，其中最主要的4個(gè)“玩家”則是德國(guó)、日本、美國(guó)以及我國(guó)。

盾構(gòu)機(jī)

其中美國(guó)作為當(dāng)前全球唯一的超級(jí)大國(guó)，盾構(gòu)機(jī)反而是這4國(guó)中最落后的。

美國(guó)當(dāng)前最主要的盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)商是羅賓斯公司（Robbins），這家公司生產(chǎn)的最大的盾構(gòu)機(jī)是直徑12.42米的硬巖敞開(kāi)式隧道掘進(jìn)機(jī)。

這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)是美國(guó)當(dāng)年為中國(guó)生產(chǎn)的，用在了四川二灘水電站錦屏引水項(xiàng)目中。而這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度也比較慢，為每小時(shí)2米左右。

當(dāng)時(shí)使用的美國(guó)盾構(gòu)機(jī)

相較于美國(guó)的盾構(gòu)機(jī)，日本的盾構(gòu)機(jī)在技術(shù)上就要強(qiáng)很多了。

日本造出來(lái)的最大盾構(gòu)機(jī)是日本日立公司生產(chǎn)的貝莎號(hào)（Bertha號(hào)）盾構(gòu)機(jī)。這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)直徑17.5米，重7000噸，是人類歷史上第二大的盾構(gòu)機(jī)，掘進(jìn)速度為每小時(shí)3.6米。

值得一提的是，這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)是日本生產(chǎn)出來(lái)給美國(guó)用的，所以有很多人會(huì)將這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)錯(cuò)當(dāng)成美國(guó)生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)。但實(shí)際上它是日本造的，最終用于美國(guó)的西雅圖隧道工程。

Bertha號(hào)盾構(gòu)機(jī)

相較于美國(guó)和日本，德國(guó)的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)又要先進(jìn)很多。在中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)崛起前，全球直徑排名前10的盾構(gòu)機(jī)有一多半都是德國(guó)造的。

德國(guó)造出的最大盾構(gòu)機(jī)是“Tuen Mun-Chek Lap Kok Link號(hào)”（也稱Tuen Mun號(hào)），這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的直徑為17.6米，最終用于中國(guó)香港的海底隧道建設(shè)。

Tuen Mun號(hào)盾構(gòu)機(jī)

這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度為每小時(shí)1米出頭，速度比較慢。

不過(guò)這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的速度較慢主要還是因?yàn)椋覈?guó)香港地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)情況，相比較之下德國(guó)海瑞克生產(chǎn)的“S-880號(hào)”盾構(gòu)機(jī)雖然直徑只有17米，但掘進(jìn)速度卻達(dá)到了每小時(shí)6米，速度非常快。

最后是中國(guó)，中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)發(fā)展起步比較晚，我們上邊提到的美國(guó)生產(chǎn)的12.42米盾構(gòu)機(jī)是給中國(guó)造的，這就足以看出當(dāng)時(shí)中國(guó)連直徑12.42米級(jí)別的盾構(gòu)機(jī)都造不出來(lái)。

不過(guò)這些年來(lái)隨著中國(guó)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)已經(jīng)超越了德國(guó)。從2023年之后，全球新使用的盾構(gòu)機(jī)有大約70%的盾構(gòu)機(jī)都是中國(guó)生產(chǎn)的，可以說(shuō)中國(guó)已經(jīng)成為了全球盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)的“絕對(duì)霸主”。

中國(guó)生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)

而大型盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前中國(guó)也能造，在2020年中國(guó)就造出了直徑達(dá)到了16米的“京華號(hào)”。

京華號(hào)盾構(gòu)機(jī)

到2024年6月，中國(guó)造出了直徑達(dá)17.5米的“山河號(hào)”盾構(gòu)機(jī)。這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的直徑已經(jīng)達(dá)到了世界前列水平，這說(shuō)明中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)也已經(jīng)追上甚至超過(guò)了德國(guó)。

山河號(hào)盾構(gòu)機(jī)

至于中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)每小時(shí)能掘進(jìn)多少米，正常情況下都是每小時(shí)5~10米左右。視地質(zhì)情況的不同，盾構(gòu)機(jī)的速度也不盡相同。

盾構(gòu)機(jī)是一次性的

其實(shí)說(shuō)到盾構(gòu)機(jī)這玩意，有一點(diǎn)不得不提，那就是盾構(gòu)機(jī)具有高度的“定制性”。

地質(zhì)情況是非常復(fù)雜的，這就導(dǎo)致每一個(gè)地方的地質(zhì)，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的需求都是不同的。

盾構(gòu)機(jī)有很強(qiáng)的定制性

所以盾構(gòu)機(jī)要根據(jù)施工地點(diǎn)地質(zhì)情況的不同進(jìn)行“定制”，每個(gè)地方要施工，基本都要新造一個(gè)盾構(gòu)機(jī)出來(lái)。

也就是說(shuō)，盾構(gòu)機(jī)這玩意基本都是一次性的，造出來(lái)后基本不會(huì)用第二次。

甚至很多國(guó)家在使用盾構(gòu)機(jī)的時(shí)候?yàn)榱斯?jié)約成本，在盾構(gòu)機(jī)完成工程建設(shè)后，干脆就不管盾構(gòu)機(jī)了，工程造完直接讓盾構(gòu)機(jī)留在地下。

廢棄的盾構(gòu)機(jī)

因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)的這個(gè)特性，讓盾構(gòu)機(jī)成為了一個(gè)基本沒(méi)法“逆向仿制”的產(chǎn)業(yè)。

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