提到盾构机,可能有很多人不知道或不了解它,但这个东西其实与我们的生活息息相关。
譬如地铁隧道的修建、大型水井的挖掘、高速公路上穿山的隧道等等,都离不开的盾构机的帮忙。
【盾构机】
总的来说,哪里有大型隧道需要挖掘,盾构机就得往哪里搬。
虽然如此方便而又重要的机械,是各国都希望能拥有的,但能制造出合格盾构机的国家少之又少,因为其对于技术的高要求,大多数国家只能依靠进口。
所以就像大型龙门吊一样,盾构机的生产制造能力往往也代表着其生产国的实力。
【大型龙门吊】
而现在国际上最受青睐的三种盾构机,分别来自中国、美国和德国。其中,美国的盾构机每小时可以推进3.6米,制造业大国德国的盾构机每天则可以推进6米。
这不禁令人好奇能一起同台竞技的中国,盾构机的效率又如何呢 ?
盾构机是啥
盾构机的灵感来自于一种名叫船蛆的生物。
【船蛆】
这种生物常年附着在船的底部,它们会用钻头一般的牙齿钻透船底的木板,再将体表的粘液均匀地涂抹在它们啃释出的洞壁上。
这些粘液干燥后,就可以形成一层碳酸盐的壳,能用于支撑洞壁以防船蛆被掩埋在其中。
法国工程师马克·伊桑巴德·布鲁内尔便以此为灵感,设计出了世界上第一台“开放型手掘盾构机”。
【开放型手掘盾构机】
1825年时,他又改进出了矩形盾构机,并在泰晤士运河的隧道工程中进行了使用。
不过,初代的盾构机使用起来还是非常费力,后来经过英国、美国等国家的大量实验改良后,才有了今天盾构机的模样。
盾构机在工作中通过挤压的形式向前推进,它顶部的一圈圈刀片会不断的拭磨前方的岩壁,然后再在洞壁上覆盖一层金属板用来防止隧道坍塌。
【盾构机】
就这样一段一段地进行,很快就能在山壁、地下打出一个通道。所以像这样的一台盾构机,在地铁隧道修建过程中能起到非常大的作用。
它不仅替代人工开凿提高了效率,使得施工的速度翻了十几倍,而且还保证了在场施工人员的人身安全。
更重要的是,这种机器大大减少了人工成本,使得美国的资本家们果断出资购置了一台又一台的盾构机。
【盾构机】
美国和德国的盾构机
美国作为走在时代前列的国家,盾构机的改进过程有他们出的一份力。
不过,在现代的盾构机具备完整的功能后,美国便没有再投入更多的精力用于研究和改善了。
他们的盾构机说到底追求的就是一个字——稳。
【盾构机】
也是因为这些原因,导致美国盾构机虽然性能还不错,但是效率却并不高,一小时只能推进3.6米。
德国虽然比美国更晚接触到盾构机,但是因为他们很快就明白了盾构机的重要性,所以靠着这份重视,盾构机在德国也做到了发扬光大。
德国人的工匠精神在世界上都非常出名,而他们用这种精神制造出了不少世界认可的工业制品。
【盾构机】
所以作为制造业大国,德国在盾构机上投入了大量的人力物力进行研究,力求将自己的品牌打造完美。
经过不懈的努力,最终成功做出了挤压力、安全性和效率比美国更好的盾构机,一天能前进6米。
中国的盾构机
中国对于盾构机的研究开始的比其他国家晚许多,是从19世纪90年代才开启的该研究项目的。
在此之前,德国制造的盾构机就是世界第一,同时德国和美国也是出租盾构机的主要国家,而我国因为制造业和相应技术都不够发达,一直没办法把主要精力放在盾构机的研究制造上。
【中国上个世纪的制造业】
但是我国地大物博,广袤平原、崎岖山丘、连绵奇峰应有尽有,风景是真的好看,施工的难度也是真的高。
在面对高大的山峰时,如果选择翻越高山,工程的成本和施工难度非常高,这时候就需要打一条长长的隧道,以减少施工的周期和难度。
但打隧道时,人工爆破的速度太慢,危险系数还高,要是租用外国的盾构机,成本又被提了上去,到时候用坏了也会心疼。
【修建隧道】
所以,中国制造自己的盾构机迫在眉睫。
1997年,我国从海外购置了国家的第一台盾构机,开始在重重地磨难和考验中,探索盾构机的自主研制道路。
功夫不负有心人,2008年,我国研制出了第一台自主生产盾构机“中铁一号”,到2019年时,我国盾构机的生产几乎所有部件都实现了自给自足。
【中国造的盾构机】
2020年时,我国的自主研发的盾构机生产数量就已经超过了1000台。
目前,我国的中铁装备、中交天和、上海隧道、三三工业等都能生产盾构机。
而现在国际市面上,有如果十台盾构机的话,那么其中七台都可能时中国生产的。
中国盾构机能在国际上拥有这样的牌面,也是因为我国生产的盾构机,在性能、性价比、效率等方面都非常“能打”。
【“山河号”盾构机】
就拿中国最新研发且已经投入使用的“山河号”盾构机来说,它有着17.5m的直径,与六层楼一样的身高,且一个小时就能推进5-10m。
这样优秀的性能,放眼全世界可能也就德国能一较高下了,但偏偏我国的盾构机还非常便宜。
所以相较之下,其他国家在租用盾构机的时候,几乎都会选择中国的品牌。
三十年的时间不到,我国盾构机的发展就从无到有,从0到1,一架架钢铁巨无霸的诞生,也代表着我国在各个领域坚持探索的决心。
【中国制造的盾构机】
未来,中国的盾构机产业一定会越来越完善,技术也会越来越先进,我们中国,也一定会一直走在世界的前沿。
参考资料:
【1】科普 | 是谁发明了盾构机?·上海市土木工程学会
【2】直径17.5米“山河号”盾构机在济南投入作业·中国新闻网
【3】为了让盾构机拥有一颗“中国心”·中国科学院
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