本
文
摘
要
对于我们日常通勤来说，最为方便，最为快捷的城市交通方式，应该就是地铁了，说到地铁，而建设地铁的过程中，离不开挖隧道，世界各国对于挖隧道都有着适合自己的方式，比如美国有着世界上最大的土压盾构挖掘机Bertha，而如今我们中国自主研发出的盾构机也已经在全世界处于领先地位，那么它们各自是怎样挖隧道的呢？它们有何特别之处？
首先我们来说一下美国的隧道，以美国西雅图SR99大型立体隧道为例，它就是用矩形盾构隧道挖掘机Bertha花费了四年的时间才挖掘出来的，这条隧道一共安装了1417个环管片，全程为2825米，该隧道能够在很短的时间内超期完成，离不开这台Bertha巨型盾构隧道挖掘机的强大性能。
这台Bertha巨型盾构隧道挖掘机的名字是来自于西雅图的第一位女市长，它的长度有110米，直径为17.45米，重量达7000吨，目前为止它所能达到的最快挖掘速度是每个小时可以挖3.6米，算得上是非常可怕的“地下猛兽”，甚至有传闻说这台盾构隧道挖掘机能够挖穿地球！但是值得我们注意的是，虽然它虽然被用来在美国挖隧道，但却不是美国生产的，它是由日本造船公司制造完成的，到目前为止，一直是世界上最大的土压盾构挖掘机。
这款巨型盾构隧道挖掘机的规模之大，就如同世上质量最重的摩托车一样，几乎是我们普通人难以想象的，它除了体积基本上算是全球尺寸最大的最大挖掘机之外，还有很多新的功能和技术加持。
比如它可以完成回填材料的注入，并且施工工人们可以在这台挖掘机内部为它及时地更换刀盘或者钻头，也就是说，当机器在工作的过程中，钻头遭到损毁时，能够迅速得到修理和维护，可以有效的节约工作时间，提高工作的整体效率。不仅如此，Bertha挖掘机即使是处于停止状态时，也能够获取到室内土壤和道具压力等一系列的数据状况，这位工人们施工的挖掘精度以及安全性都增添了一份保障。此外，这台巨型盾构隧道挖掘机在挖掘的过程中，会自动将管道中的泥沙运送到外面去，不需要另外再安装其他单独的运输装置。
那么这台性能强大的矩形盾构隧道挖掘机是如何进行工作的呢？其实它的基本工作原理非常简单，它是由一个圆柱体形状的钢组件沿着事先已经确定好的隧道轴线，一点一点向前推进的，在它向前推进的过程中，被挖下来的土壤会随着这个圆柱体内部的输送管道被排到外面。
巨型盾构隧道挖掘机非常厉害的优点，那就是Bertha会为被它挖空的土壤层提供临时的支撑，它的圆柱体组件构成的壳体能够承担周边的巨大压力，也为后续工人衬砌隧道断提供了方便。而且有的时候它还能够将地下水挡在外面，整个挖掘隧道以及排土、衬砌的过程都能够在这台巨大盾构挖掘机的掩护下来完成。
那我们再来看一下中国是怎样挖地铁隧道的？一般情况下，我国在地铁建设过程中，一般都会采用盾构法来对地铁隧道进行挖掘，说道盾构法便离不开这种挖掘技术所使用到的一个机器装备，那便是地铁盾构机。收到盾构机，也许大家并不陌生，这个头部形似“剃须刀”的大家伙经常出现在各种有关地铁施工的报道中，但是我们看到的“剃须刀”一样的头部，其实只是它的“牙齿”部分，它其实整体看起来就像一条长长的“蚯蚓”，只不过在施工队进行挖掘隧道时都是遮起来的，所以我们平常很难见到。
我国所用来挖隧道的盾构机，就像一个穿山甲一样，一点一点地将隧道挖穿。其实在20多年前对我们中国来说，盾构机这种先进的装备还是一个稀罕物，在90年代，这种体型巨大且要求精密构造，非常复杂的工业产品，一直都是我国制造业的一大软肋，我们国内所生产盾构机的关键零部件都是依赖进口，但是我们可是一个基建大国，如此关键的施工设备，若是一直依赖进口，必将会使我们长期受制于人，所以国家为了将这一被动局面彻底打破，将盾构机的关键记住研制列入了我国的“863计划”。
如今我们已经拥有了具备自主知识产权的盾构设备，拥有了，不论是在性能还是销量上，都处于世界领先地位的盾构机，使我国的盾构机技术实现了弯道超车。
那么盾构机是怎样在地下完成工作的呢？
当盾构机处于工作状态时，它自身所携带的千斤顶可以通过已成型管片来提供反力，从而向前施加一个推力，再通过刀盘旋转将掌子面土体切割下来，再经过管道将渣土输送出来，衬砌由拼装机拼装管片组成，这些管片在盾构机的背后同步注浆，就可以形成永久结构，所谓的“地道”也就建造而成了。
盾构法施工的设计灵感来源于船凿贝。这是一种叫做凿船贝的软体动物。在凿船贝钻洞的时候会分泌一种液体物质，这种液体物质能够溶解木质材料，然后船凿贝会再利用其贝壳前部的指纹，推动自己打洞前进。
盾构机的打洞原理就如一个加强版的凿船贝，在其前进的时候会喷出一些液体来软化前方的土质。然后利用自己坚硬的盾壳来将这些土壤“吃掉”，再从后端倒出来，与此同时，在它前进的过程中，还会将隧道固定，使其一次性成型。
没有任何的参照物，可以给盾构机提供判断方向的依据，确保万无一失、厘毫不差。
不知大家有没有疑问，在漆黑的地下，没有任何的参照物，可以给盾构机提供判断方向的依据，它却依然能够确保厘毫不差、万无一失。那么它是如何辨别方向的？又是怎么转弯的呢？
其实这主要是依靠它的两个系统来实现的。
第一个系统就是人工掌控系统，该系统主要是用来给隧道施工的传统测量进行定位的系统，使用棱镜、塔尺、全站仪、水平尺等工具来完成一系列的初测和复核等工作。
而另一个重要系统就是自动定位隧道导向系统，这也是盾构机最为核心的一个系统，它与“智能机器人”类似，主要由中心计算机、激光经纬仪、以及隧道掘进软件等共同组成，可以确保盾构机的掘进方向误差在±30毫米以内。
如今盾构机的电脑系统自动化程度更是越来越高了，其内部的全球GPS定位系统，可以随时将运行运行过程中采集到的数据传输给操作室，还会随机对信息进行存储，对于具体的方位甚至能够精确到毫米。不仅如此，所有被监控对象的资料都能够经由隧道掘进软件分类组合整理，再以数据和图表的形式展现出来，再根据电脑发出的指令来进行操作。所以不管地下有多黑。它都能够照常工作，不会迷路。
总而言之，不管是美国的Bertha，矩形盾构隧道挖掘机还是我国自主研制的全球领先盾构机，他们都是能够帮助我们在基建大业的过程中，省时，省力，更省心的一大“隧道神器”，那么大家觉得二者谁更厉害一些呢？
