8月13日，我国自主研制的最大直径泥水平衡盾构机“春风号”在深圳始发，春风隧道正式进入盾构掘进施工阶段。这是深圳市首条采用盾构法施工的市政公路隧道，也是我国目前在建的直径最大的盾构隧道项目。这意味着我国泥水平衡盾构机研制技术已经达到了世界领先水平。此次始发的“春风号”盾构机是中铁装备集团与中铁隧道局联合研制的重大装备，于年9月在郑州研制成功，开挖直径15.8m，相当于五层楼高，全长米，重量达吨。春风隧道建成通车后，将形成“春风路高架+春风隧道”体系，有效解决春风路高架堵塞的问题，极大改善深圳“南环”快速系统的交通运行效率，并且能够有效缓解罗湖区与南部区域的交通拥堵。那么，这种用于挖掘隧道的大型机械为什么叫盾构机呢？“盾”在哪里，盾构机是怎样工作的呢？中国盾构机又是如何从零到领先世界的呢？下面，小编一一为你解答。什么是盾构机？盾构机属于掘进机的一种，是集机械、电子、控制、信息等多种技术为一体的大型隧道掘进设备，被广泛应用于公路、铁路、市政水电等隧道工程。以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法被称为盾构施工法，于19世纪初产生于英国。盾构技术的出现是地下工程施工技术的一次重大变革。盾构机施工法主要由稳定开挖面、挖掘及排土、管片拼装三大要素组成。盾，主要包括前盾，中盾和尾盾，是指支撑开挖面的稳定体系，用来撑起刚刚挖掘出来的隧道，为隧道内的人员、设备提供一个稳定、坚固的工作环境。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使土舱与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。中盾内侧的周边位置装有推进油缸，推进油缸杆上安有撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出提供给盾构机向前的掘进力。油缸按上下左右被分成不同分区，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一区油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。尾盾通过铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向，并有利于姿态控制。构，是指在盾的保护下，构筑地下结构的体系。包括用于挖掘隧道的刀盘、刀盘驱动电机；用于排水、排泥的管路系统及其配套机构；用于构建隧道内壁的管片拼装机；用于输运物料和废渣的卡车和车辆通道；维持工作正常运行的电气系统和辅助设备等。“盾”与“构”一个负责支撑与保护，一个负责挖掘和建造，在二者共同配合下，地下隧道可以被高效地建造出来。盾构机是如何挖隧道的？盾构机工作的时候，液压马达驱动刀盘旋转，推进油缸顶推在管片上，挖掘的同时将盾构机向前推进。盾构机工作时，刀盘持续旋转，切削开挖面的泥土，被切削下来的渣土通过刀盘开口进入泥土仓。渣土在泥土仓内经过搅拌成为流塑状，通过首级运输系统（螺旋机）被排送到皮带输送机上。然后，渣土由皮带输送机运输至卡车的土箱中。卡车将渣土运至竖井处，最终通过竖井把渣土运至地面。在地下，越深的地方地下水压与土压越大。春风号盾构机直径有五层楼高，盾构机刀盘最上部与最下部承受的压强也不相同。如果不采取任何措施，在这种压强差下，盾构机的刀盘很可能发生倾斜，无法保持挖掘面竖直，造成隧道的隆起，甚至坍塌。而且，这种存在压强差的工作环境对盾构机本身也会造成一定损伤。为了避免以上情况发生，春风号盾构机刀盘后的工作腔内装有膨润土，并配有加压系统。挖掘过程中，当刀盘上方压强较小，刀盘下方压强较大时，加压系统会在刀盘内侧不同的位置施加特定大小的反向压力，以此来平衡外界的水压、土压，保持刀盘受力的平衡，使其能在竖直面上稳定地工作。然而，地下的环境十分复杂，地质结构的变化会导致地下水压、土压突然改变。为了解决这个问题，加压系统还可根据外界压强的变化随时调节内部所施加的压力大小，时时刻刻保证刀盘内外各处压强相等。不过盾构机最神奇的地方在于它可以一边挖掘隧道一边为隧道内壁铺设混泥土管片，使隧道一次成型，具有很高的工作效率。盾构机每掘进一环的距离，拼装机就会将混泥土管片安装到指定的位置。同时，专门运输管片的车辆和机构会将新的管片源源不断地提供给拼装机。于是，在各个系统精密地配合下，盾构机一边向前掘进、排渣，一边为隧道内壁铺设混凝土管片，如此循环往复，隧道就一米一米地被挖掘出来了。我国盾构技术发展历程我国最早的接触盾构机是在20世纪50年代初建成并下线使用的。东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构机及小混凝土预制块修建输水巷道。这是我国首条用盾构掘进机施工的隧道。年，由上海隧道工程设计院设计，江南造船厂制造的我国第一台直径10.2米超大型网格挤压盾构掘进机投入使用，在黄埔江底顺利掘进，最终建成了越江遂道，隧道总长米。年5月，上海隧道建设公司用盾构法设计建造了中国第一条水底公路隧道。年上海隧道股份有限公司研制成功了我国第一台直径为4.35m的加泥式土压平衡盾构机，技术成果达到80年代国际先进水平，获得年国家科技进步一等奖。年上海隧道工程股份有限公司开始研究矩形隧道技术。年研制了一台2.5m×2.5m可变网格矩形隧道掘进机。顶进矩形隧道60米，解决了推进轴线，控制纠偏等技术难题。年，上海隧道工程股份有限公司从日本引进了直径11.22米的泥水加压平衡盾构掘进机，填补了我国泥水平衡盾构施工隧道的空白。年5月上海隧道股份研制成功国内第一台3.8m×3.8m矩形组合刀盘式土压平衡顶管机。进入21世纪以来，我国盾构技术发展进入快速上升阶段，逐渐从并跑转向领跑。至年，中国城市轨道交通发展提速。北京开通22条铁路，总里程公里；上海轨交运营总里程突破公里，稳居世界城市第一；西安建成全球唯一获FIDIC杰出工程奖的地铁；兰州的地铁一号线还四次下穿黄河，成为国内首条穿黄地铁，这些成就都离不开盾构机技术的发展。如今，国产盾构机已经广泛应用到许多工程中，高铁公路隧道、引水隧道，甚至一些国防工程都可以用到国产盾构设备，未来盾构机还将向未知地层掘进。中国的盾构机目前占全球市场份额三分之二，还顺便拉低了国外同类产品价格。世界首台马蹄形盾构、世界最大矩形盾构、全球首台斜井双模式TBM、全球首台永磁电机驱动盾构机……这些世界领先技术都出自我国。从无到有，再到领先世界，21世纪中国将会是世界最大的盾构市场。

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