出品：科普中國
作者：劉鑫（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）
監(jiān)制：中國科普博覽
1997年，當(dāng)中國著手修建秦嶺隧道之時，技術(shù)的局限迫使我們不得不向德國求助，購入兩臺價值3.5億元的盾構(gòu)機(jī)，甚至這兩臺機(jī)器還不是新機(jī)。它們頻繁的故障如同一道道難以逾越的鴻溝，每一次都需要等待遠(yuǎn)道而來的外國工程師前來修復(fù)，這不僅延緩了工程的進(jìn)展，也深深刺痛了每一個中國工程師的心。
再到修建港珠澳大橋之際，我們再次面臨了技術(shù)封鎖的嚴(yán)峻考驗(yàn)。德國威爾特公司開出了天價——一臺盾構(gòu)機(jī)竟要價7億元人民幣！不僅如此，德國專家還傲慢地?cái)嘌裕骸霸俳o中國工程師一百年，他們也造不出盾構(gòu)機(jī)！”這不僅是經(jīng)濟(jì)上的重壓，更是對我們國家尊嚴(yán)的極大侮辱。
我們下定決心自主研發(fā)！就在2008年，我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)——中鐵1號，誕生了！
2008年4月25日，“中國中鐵1號”盾構(gòu)機(jī)在河南新鄉(xiāng)下線
（圖片來源：北京日報）
盾構(gòu)機(jī)，又名盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種集高科技于一體的隧道掘進(jìn)專用工程機(jī)械。顧名思義，在工作中，盾構(gòu)機(jī)采用“盾構(gòu)法”進(jìn)行工作，“盾”，即“保護(hù)”，指它的盾殼，“構(gòu)”，即“構(gòu)筑”，指管片拼裝。可以簡單理解為：一個圓柱體鋼組件，沿著隧洞軸線一邊向前推進(jìn)，一邊對土壤進(jìn)行挖掘。它的殼體對挖掘出的還未襯砌的隧洞段可以起到臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還會承受著地下水壓并將地下水擋在外面。
盾構(gòu)機(jī)工作原理
（圖片來源：百度百科）
而“盾構(gòu)法的靈感”我們可以從一位自然界的小巧建筑師——“船蛆”的身上來揭秘。船蛆是一種生活在海洋中的軟體動物，它們以木材為食，能夠在木板中鉆洞并居住其中。
船蛆
（圖片來源：poi-australia網(wǎng)站）
船蛆的前端尖銳且布滿鋸齒的殼，是它穿透木板、開辟空間的利器。這一構(gòu)造與盾構(gòu)機(jī)前端的巨大刀盤非常相似，而盾構(gòu)機(jī)也就是利用巨大刀盤像一條鋼鐵長龍一樣轉(zhuǎn)入地下，一邊旋轉(zhuǎn)著腦袋一邊“吃掉”巖石和泥土。
盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)靈感最初是由法國工程師布魯諾爾在18世紀(jì)末從船蛆鉆洞現(xiàn)象中獲得的。布魯諾爾觀察到船蛆在鉆穿木板時，會分泌液體涂在孔壁上，形成堅(jiān)韌的保護(hù)殼，抵抗木板潮濕后的膨脹，以防被壓扁。這一自然現(xiàn)象激發(fā)了他的靈感，提出了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)隧道的原理，并據(jù)此設(shè)計(jì)的“開放型手掘盾構(gòu)機(jī)”獲得了英國專利。
當(dāng)我們將視線轉(zhuǎn)到盾構(gòu)機(jī)的中后部，我們會發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和精巧性。盾構(gòu)機(jī)的中后部集成了前盾和后盾的堅(jiān)固保護(hù)，以及一個至關(guān)重要的液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其中的液壓千斤頂是它動力的源泉，正如船蛆強(qiáng)健體段中的肌肉纖維。同時，為了讓隧道更加穩(wěn)固，盾構(gòu)機(jī)每前進(jìn)一段距離，將會自動在隧道內(nèi)壁上拼裝一環(huán)混凝土管片，而襯砌管片與隧道壁之間的空隙也要用灰漿填充，保持整體內(nèi)襯層的穩(wěn)定性，并防止水向隧道滲漏。
船蛆（圖片來源：藍(lán)色動物學(xué)）
在探討廢物處理方面，盾構(gòu)機(jī)與船蛆之間展現(xiàn)了一種令人驚嘆的共鳴。盾構(gòu)機(jī)內(nèi)置的高效傳送帶系統(tǒng)，能夠在掘進(jìn)過程中迅速清理產(chǎn)生的大量廢棄物，確保作業(yè)現(xiàn)場的清潔與高效。而船蛆，這種生活在海洋中的軟體動物，同樣擁有高效的廢物處理機(jī)制。它們通過身體后部的特殊管道，將代謝廢物迅速排出體外，保持身體內(nèi)部的清潔，這種自然界的精妙設(shè)計(jì)，不僅有助于船蛆在惡劣環(huán)境中生存，也為人類提供了寶貴的生物啟發(fā)。
中鐵隧道局大盾構(gòu)機(jī)全家福
（圖片來源：澎湃）
如今，中國的盾構(gòu)機(jī)不僅能夠穿山越嶺，還能穿江越海，廣泛應(yīng)用于各類隧洞修建工程，甚至在中俄天然氣輸送項(xiàng)目中，成功完成了長江盾構(gòu)工程。這一系列成就，不僅展示了中國盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的卓越性能，更體現(xiàn)了中國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力。
“騏躍號”盾構(gòu)機(jī)
（圖片來源：文匯報）
2012年，中鐵裝備的第一臺盾構(gòu)機(jī)走出國門，開啟了中國盾構(gòu)機(jī)國際化的新篇章。隨后的幾年里，中鐵裝備逐漸成為世界知名的盾構(gòu)機(jī)行業(yè)領(lǐng)先者，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷多個國家和地區(qū)，贏得了國際市場的廣泛認(rèn)可和贊譽(yù)。
我國盾構(gòu)機(jī)將到世界盾構(gòu)機(jī)的發(fā)源地和制造強(qiáng)國修地鐵
（圖片來源：科技日報）
從無到有，從弱到強(qiáng)，中國盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展歷程，是一段充滿挑戰(zhàn)與輝煌的奮斗史。這一過程不僅彰顯了中國的自主研發(fā)實(shí)力和創(chuàng)新精神，更展現(xiàn)了中國智慧和民族精神的磅礴力量。正如盾構(gòu)機(jī)在地下穩(wěn)行不輟，中國在科技創(chuàng)新的道路上也堅(jiān)定前行，筑就了國家的堅(jiān)實(shí)脊梁。
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