你或許曾經(jīng)乘坐汽車穿過漆黑的山間隧道,乘坐地鐵往返于城市的地下隧道……你知道這些隧道是怎么開鑿出來的嗎?這需要巨型蚯蚓般的盾構機。
下地入海的“巨蟲”
轟隆、轟隆……地下傳來一聲聲巨響,一處巖壁出現(xiàn)了裂縫,不斷有碎石掉落。裂縫越來越大,碎石越掉越多,伴隨著轟隆聲以及飛揚的塵土,巖壁全部瓦解,一條“巨蟲”破土而出,冒出了頭。它張著布滿牙齒的大嘴,上面沾滿了沙土。站在不遠處的工人卻對著這條巨蟲歡呼,因為它身后就是長長的、被挖通的隧道。
巨蟲名為“盾構機”,現(xiàn)代交通、運輸、水利等工程中的隧道,如鐵路隧道、海底隧道等,一部分是靠它“啃”出來的。
船舶蛀蟲解決交通難題
19世紀,英國倫敦為了解決交通擁堵的問題,計劃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風險,何況是水下隧道,一不小心就會滲水坍塌,工程因此遲遲沒有進展。
直到工程師馬克·布魯內爾觀察到船蛆——一種類似貝殼的軟體動物,它們會用貝殼的鋸齒邊緣切開船舶木材并鉆入其中,同時分泌一種黏稠的物質,其會在船蛆挖出的洞壁上硬化,形成一層防護,阻止潮濕的木材膨脹將船蛆擠扁。他以此為靈感,設計了能一邊挖掘,一邊修建支撐結構的初代盾構機。
泰晤士河隧道最終花了約20年建造完成,這是歷史上第一條用盾構機挖掘的隧道。
一頭吃,一頭拉
盾構機在巖石土地里鉆洞,又像是超大號的鋼鐵蚯蚓,長度通常達百米,寬度從幾米到十幾米不等,重量可達幾百至數(shù)千噸。操縱這臺巨蟲一般需要1名主司機,兩名助手,還需幾十名工人輔助施工。
盾構機刀盤碾碎巖石,碎石土落入傳送帶被運送至外部。
盾構機一邊掘進,一邊在隧道內壁鋪設管片。
使用盾構機前,要先挖一個大坑,用機器將盾構機的零部件吊入坑里組裝。裝好后,鋼鐵蚯蚓就可以干活了。盾構機前方是可轉動的圓形刀盤,就像蚯蚓的嘴,刀盤上有許多如牙齒般的刀具,其能嵌入巖石中,并隨著刀盤的旋轉碾磨巖石。刀盤后方的推進系統(tǒng)能產(chǎn)生強大的推力,不僅推著刀盤碾碎巖石,也推著盾構機向前“蠕動”。
鋼鐵蚯蚓啃下來的碎土石會落入“腸道”——機身內部的傳送帶中,被“拉”到外部或二次利用。
一邊挖,一邊撐
盾構機掘進時,堅硬的機身能支撐四周的巖石泥土。同時,運輸車會駛入機身內部,送來由鋼筋水泥預制、厚且堅固的盾牌狀“管片”。這些管片被組裝機一圈圈拼在挖好的隧道壁上,再被壓實、固定,還會貼上防水膜并再鋪一層鋼筋混凝土加固,以此支撐挖好的隧道,避免其發(fā)生坍塌。這便是“構建隧道之盾”,也是盾構機的名字由來。推進系統(tǒng)正是頂在鋪好的管片上,把自己一點點向前推。鋼鐵蚯蚓所過之處就是一條打造好的隧道。
如今的盾構機一天就能掘進幾十米,最短幾個月就能挖出一條幾千米的隧道,在盾構機出現(xiàn)前,這可能需要花費幾年甚至更久的時間。
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