地鐵建設技術的發展

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

人類的第一條地鐵是英國修建的“倫敦大都會地鐵”。這條地鐵修建於1856年，但是其修建方式非常原始，採用的是“明挖填埋法”。

倫敦大都會地鐵

英國修建這條地鐵的時候，首先是在路線上挖出足夠大的坑道，然後在這個坑道里面修建地鐵中的設施。

最後在設施修建完成後，將之前挖出來的沙土進行回填，將坑道以及地鐵設施埋在土下。

這種“明挖填埋法”最大的劣勢是速度慢、成本高。整個倫敦大都會地鐵的長度只有6公里左右，但是該地鐵從1856年開始動工後，一直到1863年纔開通，總耗時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，現代修建一條地鐵如果不遇上覆雜的地質情況或其它一些問題，基本都能達到一年修建40公里以上的速度。

在“明挖填埋法”之後，人類又學會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豎井，然後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比“明挖填埋法”已經好了不少，但其成本和速度劣勢依舊存在。

並且這種地鐵修建方式還有極高的危險性，比較容易塌方。一旦塌方，以當時的技術條件，修建地鐵的工人基本都救不出來了。

之後隨着人類社會的進一步工業化，人類學會了靠盾構機修建地鐵以及其它地下設施。

盾構機就像一條“鋼鐵蚯蚓”，這條“蚯蚓”的頭部依靠刀片或別的什麼設備，不斷的碾碎前方的土方，然後“喫掉”土方，再從“蚯蚓”的尾部將土方排出來。

盾構機原理

利用盾構機修建地鐵又安全又快捷，成本還比較低，是當前全球最主流的地鐵修建方式。

我們上邊提到現代修建一條地鐵，一年能修建40公里以上，其背後的原因就是盾構機的廣泛運用。

各國盾構機的差異

不過同樣是盾構機，因爲技術的區別，挖掘土方的速度也是不一樣的。

當前世界上能造盾構機的國家兩隻手都能數出來，其中最主要的4個“玩家”則是德國、日本、美國以及我國。

盾構機

其中美國作爲當前全球唯一的超級大國，盾構機反而是這4國中最落後的。

美國當前最主要的盾構機生產商是羅賓斯公司（Robbins），這家公司生產的最大的盾構機是直徑12.42米的硬巖敞開式隧道掘進機。

這臺盾構機是美國當年爲中國生產的，用在了四川二灘水電站錦屏引水項目中。而這臺盾構機的掘進速度也比較慢，爲每小時2米左右。

當時使用的美國盾構機

相較於美國的盾構機，日本的盾構機在技術上就要強很多了。

日本造出來的最大盾構機是日本日立公司生產的貝莎號（Bertha號）盾構機。這臺盾構機直徑17.5米，重7000噸，是人類歷史上第二大的盾構機，掘進速度爲每小時3.6米。

值得一提的是，這臺盾構機是日本生產出來給美國用的，所以有很多人會將這臺盾構機錯當成美國生產的盾構機。但實際上它是日本造的，最終用於美國的西雅圖隧道工程。

Bertha號盾構機

相較於美國和日本，德國的盾構機技術又要先進很多。在中國的盾構機產業崛起前，全球直徑排名前10的盾構機有一多半都是德國造的。

德國造出的最大盾構機是“Tuen Mun-Chek Lap Kok Link號”（也稱Tuen Mun號），這臺盾構機的直徑爲17.6米，最終用於中國香港的海底隧道建設。

Tuen Mun號盾構機

這臺盾構機的掘進速度爲每小時1米出頭，速度比較慢。

不過這臺盾構機的速度較慢主要還是因爲，我國香港地區複雜的地質情況，相比較之下德國海瑞克生產的“S-880號”盾構機雖然直徑只有17米，但掘進速度卻達到了每小時6米，速度非常快。

最後是中國，中國的盾構機發展起步比較晚，我們上邊提到的美國生產的12.42米盾構機是給中國造的，這就足以看出當時中國連直徑12.42米級別的盾構機都造不出來。

不過這些年來隨着中國相關技術的發展，我國的盾構機技術已經超越了德國。從2023年之後，全球新使用的盾構機有大約70%的盾構機都是中國生產的，可以說中國已經成爲了全球盾構機市場的“絕對霸主”。

中國生產的盾構機

而大型盾構機當前中國也能造，在2020年中國就造出了直徑達到了16米的“京華號”。

京華號盾構機

到2024年6月，中國造出了直徑達17.5米的“山河號”盾構機。這臺盾構機的直徑已經達到了世界前列水平，這說明中國的盾構機技術也已經追上甚至超過了德國。

山河號盾構機

至於中國的盾構機每小時能掘進多少米，正常情況下都是每小時5~10米左右。視地質情況的不同，盾構機的速度也不盡相同。

盾構機是一次性的

其實說到盾構機這玩意，有一點不得不提，那就是盾構機具有高度的“定製性”。

地質情況是非常複雜的，這就導致每一個地方的地質，對於盾構機的需求都是不同的。

盾構機有很強的定製性

所以盾構機要根據施工地點地質情況的不同進行“定製”，每個地方要施工，基本都要新造一個盾構機出來。

也就是說，盾構機這玩意基本都是一次性的，造出來後基本不會用第二次。

甚至很多國家在使用盾構機的時候爲了節約成本，在盾構機完成工程建設後，乾脆就不管盾構機了，工程造完直接讓盾構機留在地下。

廢棄的盾構機

因爲盾構機的這個特性，讓盾構機成爲了一個基本沒法“逆向仿製”的產業。

信息來源：

【1】東北網·《開工生產忙 多地交通重點工程建設衝刺首季“開門紅”》

【2】中國日報網·《“麒麟”就位！世界在建最大泥水盾構機“山河號”刀盤在濟南下井》

【3】國務院國有資產監督管理委員會·《大連重工?起重集團大力發展隧道掘進機/盾構機項目》

【4】中國政府網·《錦屏二級水電站引水隧洞工程順利推進》