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以下复印件来源于我是科学家的iscientist，作者赵洋我是科学家的iscientist“我是科学家，我要科普”。 这是中国科学技术协会主办的、果壳网从事科学家科普的复制平台，有与之相应的演讲产品、媒体矩阵和科普技能培训班 编辑:据印度时报9月7日报道，今年4月，从中国进口的隧道挖掘机( tbm )进行解体包装，给印度带来了幸运 但是这些零件现在还躺在孟买的工地上，等待专家组装。 更准确地说，我在等中国工程师 所以，中国在盾构机方面有很多牛吗？ 底线思维转载微信号《我是科学家iscientist》发行的《数千万豪车》挖掘地下街。 基础设施狂魔如何制作“钢铁穿山甲”一文，让网民开心 这个文件是允许转载的 作者|赵洋源|我是科学家iscientist。 我们越过“管片铺机”的上部，差点把手机落在这里。 01走在盾构机的“肚子”。 我们从制作地铁隧道的入口靠近了用“铁装备”做的盾构机。 也可以说是“进来”。 因为经过长1.5公里的闷热路程，我们不知不觉进入了盾构机内部。 隧道的横截面是圆形的，人行横道很窄 隧道的横截面是圆形的，该盾构机的横截面是这个形状 在这里，人只能走在管壁两侧用铁格子搭起的步道上，所以从对面来的人双方都要躺着 隧道中间有线路，有时有一个多高的残土机通过，把从前方出来的残土运走。 在这里，人围着机器转 隧道的墙上有时会出现这样的红色角钢。 这是测量用的基准点。 堆在地上的“管片”我们差点越过“管片铺机”的上部，把手机落在这里 后来知道了，冒着手机丢失的风险爬上来的这个架子被称为“管片铺机”，它的作用是贴在刚打“管片”的隧道的四壁上，起到加强的作用。 管片是用钢筋混凝土浇筑的，又厚又坚固 最重的管片有8吨重，用上面的按钮很容易断。 最重的管片有8吨重，用上面的按钮很容易断。 因此，大型盾构机的管片机通过用真空吸盘吸取管片，拉伸力均匀地分散，管片也不会破损 液压千斤顶是盾构机的驱动装置 盾构机的刃盘后部有液压千斤顶，支撑已经铺好的管片端面，把自己向前“推” 泡沫混合液相当于“唾液”，便于刃盘咀嚼和岩石搅拌 盾构机相当于扩大了的数倍的“蚯蚓”，前面的刃盘“吃土”，但传送带从后部排出土，进而继续分泌“粘液”(泡沫)，使土壤软化，降低掘进的难度 其通过部位形成中空的隧道，隧道的内径等于其外径 盾构机控制室在盾构机行进方向的左侧有控制室 和很多交通工具的控制室没什么区别。 按钮，屏幕，通话器。 区别在于，大部分交通工具的控制室都能看到外面，但这里只能用屏幕反映前方的情景 就像在潜水艇里一样 盾构机启动，各种参数如图所示 为了直观理解盾构机的事业状况，工程师特意启动了盾构机 虽然是电驱动(用内燃机驱动的话，隧道内氧气很快就会消失)，但噪音依然很大，这是叶片摩擦岩壁土层的声音，这是各种液压机构，泵工作的声音。 大家的说话声也不由得提高了 工程师们自己在管壁上寻找基准点进行监视，观察盾构机是否缓慢前进吧 但是，你发现，只要在这一分钟内前进几厘米的巨大东西，那移动就不容易了吗？ 我们很快就放弃了 管片之间的接触面，橡胶起到了密封的作用，出厂只有一个月 残土输送机 通过控制室时，视野中央出现从前方延伸的传送带，其起点在刃盘下部，前端在盾构机的尾部 负责把刀架上刮下的岩石和泥土输送到残土车上 挖出的土样要保存。 手机掉在这里也能找到吗？ 盾构机到刃盘的最后一程必须跨越一米外的两个弧形钢梁 上面满是冷凝水很滑 站在上面，弯着腰，头碰到天花板，或者没有用双手握住的地方。 问了员工，衣服口袋里没有拉链，手机掉了还能找到吗？ 员工低下头看下面纵横的管子和底部的泥水，说应该能找到，但只能找到手机的“遗体”。 回程依然酷暑参观了盾构机，体验了盾构机事业时的伟力，我们从原路回来，还有1.5公里的闷热路程 很明显，这条地铁隧道有多长，员工每天往返多久？ 他们的辛苦是可以想象的 02隧道掘进的进化史现在的盾构操作虽然不可避免，但比以前的隧道掘进轻松多了 没有提到工业革命以前的隧道发掘 据说炸药发明后，隧道挖掘进入了“挖掘法”的时代。 顾名思义，“钻孔爆法”是首先用钢钎和钻头在隧道尽头的岩石上开孔，然后把炸药、雷管和导火索塞进岩孔。 人员疏散到安全位置后引爆 等硝烟散去，人员进去，打扫爆炸的碎石，加强隧道的支护，继续“挖掘”……用这种做法打隧道，速度当然高，危险性也高，经常发生假火，派谁去爆破？ 在盾构机的生产现场，可以从外部更清楚地看到昨天“与这座山只是有缘”的盾构机的全貌和结构 20世纪80年代，《挖掘法》被凿岩台车、衬砌模型台车等组成的大型机械化辅助作业所取代 进入90年代，能够实现“工厂化作业”的全断面掘进机诞生了，这是我们熟悉的盾构机 盾构机模型 盾构机的前身是从1798年的英国泰晤士河隧道工程开始的，当时工程很困难，工程中止了。 来自法国的工程师布鲁诺从生物学现象中得到了灵感，提出了盾构掘进隧道的原理 他发现挖船贝这种在虫木板上的钻孔行为值得参考 另外，在孔壁上涂上液体，形成抵抗板湿后膨胀的保护壳。 布鲁诺设计的“开放型手环”取得了英国专利 1823年他制定了另一个泰晤士河床隧道方案，制造了世界上第一台盾构机 机体是金属圆柱体，里面有很多复杂的机械设备，用千斤顶推金属筒向前水平推进，用金属框架支撑，防止隧道塌方，金属框架后施工衬砌结构 可以说现在盾构机拥有的要素基本具备 “第一代神盾局”形象 图像来源:名为tunnelling的人力手动式盾构机采用了数十年，1876年出现了第二代盾构机，使用压缩空气驱动，代替人力挖掘使用了机械力 2008年中国第一台拥有自主知识产权的复合式盾构机在河南新乡下线，天津地铁建设成功 我国盾构机产业化进程从这里开始 200年来，盾构机的迅速发展经历了五个迅速的发展阶段:1.机械化，2 .自动化，3 .数字化，4 .智能化，5 .无人化 到了将来的“无人化”阶段，使用人工智能控制掘进设备，可以实现无人、无人灯、无氧环境的隧道掘进 操作员可以舒适地待在隧道外，通常不需要介入盾构机的员工 人工智能的最终目标是将员工分成多步，模拟人的功能 例如，我国已经开发的盾构机“掏仓检查机器人”具有检测掏仓状态和清洗检查工具的功能。 “掏仓换刀机器人”动作灵活，可以代替人类的入仓换刀 各种类型的位 智能盾构机也离不开先进的工具 合金钢制的刀尖没有我们想象的那么锋利，还很迟钝，看起来像圆大脑。 工程师说，盾构机不是切削，而是用向前的推力和工具旋转的按压力把岩石挤出来破碎 盾构机像列车，设备都集成在内部 03各种盾构机谈论大型地下工程。 你脑子里可能会出现一系列科幻电影。 在“生化危机”中，保护伞企业巨大的地下实验室，在“古坟丽影”中，地下100转的隧道……宇宙空间可能也有挖掘机的影子。 比如在“天地大冲突”中，布鲁斯·威利斯饰演的挖掘工人在小天体上开孔爆破，消除对地球的威胁 专家说，电影中千奇百怪的隧道和地下工程可以通过现有的多个圆形刃盘的组合来实现 巧妙配置大小圆形刃盘可构成马蹄形、方形、三角形等异形截面，实现不同地下工程的需要 煤矿大断面快速开挖锚固设备 现在可以水平打，斜向上，斜向下打 今后也可以垂直向下打。 各种各样的应用场景，都是想不到的，做不到的东西 全断面竖井掘进机不仅可以挖掘科幻电影《流浪地球》中的地下城市那样的电梯，还可以挖掘特殊的防卫工程 中国公司的特点在于对中国地质状况的全面理解 中国的地质状况丰富多样，相当于整个欧洲的总和 你见过这么大的电锯吗？ 切石头和切豆腐一样吗超级项目需要超级装备，在川藏铁路(隧道长度占50%以上)和海峡隧道中，设想需要专门定制的超级装备。 现在，中国可以自行生产土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机、岩石隧道掘进机、多模式掘进机、顶管机、竖井/斜井掘进机、异型断面掘进机、软岩多功能掘进机等类型的掘进机 这些掘进机可以涵盖软土、硬岩等多态性复杂的作业情况、单模、双模等多态性掘进模式，可以开挖圆形、异形等多态性断面形状、直线、曲线、斜井、竖井的多态性隧道形式。 图片来源: @国资小新外国人说中国人是“基础设施狂魔”，生产盾构机的中国公司可以说是“狂魔中的魔头”。 这些“魔头”善于操作重型机械: 1998年长江防洪应急措施，爆破船决口的施工人员在他们2008年汶川地震应急措施中，驾驶大型工程机械进入地震地区救命也是他们 位于湖南长沙的中国铁建重工集团被称为世界上占地面积最大、产品种类最齐全、市场占有率最高的掘进机研发制造公司 而且，他们是国内唯一不引进海外相关技术，自主研发挖掘机的公司 我见过的最大的铣床 在工厂里，我看到了工厂发货的掘进机刀盘 从挂在工厂墙上的照片可以看出，出口的盾构机描绘了验收时采用国旗的图案 谁能想到当时依赖进口设备的中国在短短十几年内就能向发达国家出口自主知识产权的盾构机和辅助服务呢 将来，为了建立地下工程施工的智能装备系统，必须开发工厂，在不同的工序中实现与盾构机相同的业务效果 那时装备不仅可以改变施工方法，装备也可以改变施工方法 施工方法是指施工方法 由此，施工方法和施工设备的深度融合，实现了隧道和地下工程的智能化建设 全智能三臂凿岩台车，似乎随时都会变形 以铁建重工开发的“全智能三臂凿岩台车”为例 在100平方米的断面隧道挖掘中，传统的人工作业由10~20人进行，挖3米深的洞需要10~15分钟，作业环境差，危险度高 这辆跳蚤台车两个人可以操作，钻3米的洞只需要一分钟。 另外，使用密闭式驾驶室时，不会因粉尘和噪音对人体造成损害。 三臂凿岩台车驾驶室内部 我们一个接一个地去驾驶室体验 操纵杆和游戏手柄一样，上面也有多个按钮 操纵杆虽然很轻，但并不妨碍巨大的机械臂的指挥 一位科幻作家驾驶跳蚤台车，开心得闭不上嘴 04挖天我们说身体“能”的时候，经常问“你为什么不上天？ ”。这种永恒的追求对盾构机也有效 既然现在盾构机发展得这么快，为什么不上天呢？ 图片来源: @国资小新我们知道在未来深空探测和获得宇宙资源的过程中如何发掘太阳系内卫星和小天体等天然天体吗？ 宇宙飞行任务要求载荷相对轻量化，如果能远程操作和自动驾驶，就不会有人 现在无人、无氧的智能化隧道掘进设备已经开始预研 但是，你在考虑为长期深空探测开发天基隧道掘进设备吗？ 我把这一系列问题扔给了盾构机专家 对于这个问题，专家没有正面回答，而是采取迂回路线，他首先介绍了今后10-15年中长期隧道挖掘技术的迅速发展趋势。 他说，这些中长期趋势是寻找和论证现在40岁左右的专家，可以在职业生涯中切实实现这些技术。 中长期的技术趋势可以用“长”“大”“深”三个字来总结。 “长”是指一次穿过长隧道。 现在硬岩掘进机的寿命可以支持连续掘进25公里 25公里以上的隧道，例如50公里以上的隧道，必须在两侧且以施工的做法贯通 盾构机连续掘进寿命大致为10公里，10-15年后技术的快速发展目标是海峡隧道能一次贯通 例如琼州海峡等，这在技术上是可能的 另一个关键词是“大”，需要建造更大直径的隧道。 以现在城市中的立桥和渡江大桥为例，发现如果建设这样的桥梁，桥的两侧，特别是引桥周边的商业环境会恶化。 地铁口、渡江隧道口附近的商业环境会变好 只从提高城市商业环境的立场来看，修建隧道不如修桥 为了提高运输力，现在的公路隧道将从原来的两条车道迅速发展到现在的两条三条车道，将来将达到两条四条车道。 这样修建大直径公路隧道，可以应对城市桥的引桥过多、断头路断裂等交通问题 “深”是第三个关键词 这很好理解。 隧道在里面挖掘，对地面的影响会小一点。 现在国内地铁隧道的深度几乎在30米以内，下一步要开发50~100米以内的城市地下空间，扩大城市居民的活动区域 “铁装备”采用小型盾构机发掘的地下停车场 我们在郑州参观了“铁装备”用自研组合式矩形盾构机发掘的公司园区内的地下停车场，供自己员工停车用 看起来和普通停车场没什么区别 最后，这个专家终于正面回答了我的问题，即宇宙中的“轻量化” 他说隧道挖掘技术通常强调技术平衡，以确保隧道建设后的状态稳定。 在掘进机的结构设计中，观察轻量化的问题，但设备必须考虑平衡 在天然天体上挖掘隧道不是技术上的障碍，主要看诉求的牵引，宇宙掘进机的能源可能是问题 现在在地球上建设铁路，在工程施工阶段采用大量电力，电费为100亿元，在将来的宇宙发掘时代，也许可以使用小型核电站供给能源。 现在的小型核电站已经可以安装在船舶上了，所以这应该也不是什么难题。 铁建重工开发的磁悬浮智能检查车 一万年太长了，只是争朝夕 这些研发、生产盾构机的央企既有市场意识也有创新意识 他们根据市场的诉求灵活地开发相关技术以满足市场的需要 比如新疆棉花丰收，公司根据自己的技术特点为棉农开发自动采棉机 例如在不适合地铁建设的城市，考虑磁悬浮等地面轨道交通，有可能设立专门的研究机构来研究磁悬浮 他们制造的相关设备目前正在长沙磁悬浮线，即中国第一条自主知识产权的商业低速悬浮线上采用 国产屏蔽公司还不是“升天”，但可以入地(本职)、下海(海底隧道)、甚至粘贴飞行(磁悬浮)…… 如果按照这个趋势急速发展的话，“你为什么不上天呢”——也许很快就会实现 图片来源: @国资小新(本文作者赵洋，我是科学家iscientist，请关注。 原标题:“印度之苦等中国工程师，中国用盾构机这到底是什么牛？ 》阅读原文
