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我是科学家:“千万豪车”掘进地下城,“基建狂魔”如何打造“钢铁穿山甲”?
关键字: 中国基建中铁盾构机基建狂魔02.隧道掘进的进化史
虽然目前的盾构机操作还免不了人力,但比起之前的隧道掘进已不知轻松多少了。
工业革命之前的隧道挖掘就不提了。单说炸药发明后,隧道掘进来到了“钻爆法”时代。顾名思义,“钻爆法”就是先用钢钎或钻头在隧道尽头的岩石上打孔,再把炸药、雷管、导火索塞入岩孔中。人员撤离到安全位置后,引爆。待硝烟散尽,人员进入,清理炸出的碎石,进行隧道的支护加固,继续“钻爆”……
用这种方法打隧道,速度慢不说,危险性还很大,常常有哑火的情况发生,派谁去排爆?
在盾构机生产车间,我们可以从外部更清晰的看到昨天“只缘身在此山中”的盾构机的全貌与构造
20世纪80年代,“钻爆法”逐渐被凿岩台车、衬砌模板台车等组成的大型机械化配套作业取代。
进入90年代,可实现“工厂化作业”的全断面掘进机横空出世 ,这就是我们熟知的盾构机。
盾构机模型
盾构机的前身要从1798年英国泰晤士河隧道工程讲起,当时因工程困难,施工被迫暂停。来自法国的工程师布鲁诺尔从生物学现象中获得灵感,提出了盾构掘进隧道的原理。
他发现凿船贝这种虫子在木船板中的钻孔行为可资借鉴。而且它还会分泌一种液体涂在孔壁上,形成保护壳,以抵抗木板潮湿后的膨胀。布鲁诺尔据此设计的“开放型手掘盾构机”获得英国专利。1823年他制定了另一条泰晤士河底隧道方案,并制成世界上第一台盾构机。机体是金属圆柱体,里面有复杂的机械设备,用千斤顶推动金属筒向前水平推进,并用金属框架撑住,防止隧洞塌方,同时在金属框架后进行衬砌结构施工。可以说,目前盾构机具有的要素它基本都已具备。
“初代盾构机”示意图。图片来源:tunnelling.cn
这种人力手动式盾构机使用了几十年,直到1876年第二代盾构机出现了,它采用压缩空气驱动,用机械力代替了人力开挖。
2008年我国首台具有自主知识产权的复合式盾构机在河南新乡下线,并成功应用在天津地铁建设中。我国盾构机产业化进程由此发端。
二百年来,盾构机的发展经历了五个发展阶段:1.机械化,2.自动化,3.数字化,4.智能化,5.无人化。到了未来的“无人化”阶段,将采用人工智能控制掘进设备,可实现无人、无灯、无氧环境的隧道掘进。操作人员可以舒服地呆在隧道外,一般情况下不必干预盾构机工作。
人工智能的最终目的是把工作拆分成许多步骤,模拟出人的功能。例如,我国已经研制出来的的盾构机“开挖仓检查机器人”具备检测开挖仓状态、清洗检查刀具的功能;“开挖仓换刀机器人”动作灵活,可以替换人类进仓换刀。
各式刀头
再智能的盾构机也离不开先进的刀具。合金钢制作的刀头并不像我们想象的那么锋利,看起来还有些钝,圆头圆脑的。工程师说,盾构机并不是靠切削,而是靠向前的推力和刀具旋转的挤压力把岩石挤压破碎。
盾构机就像一列火车,设备都集成在内部
- 原标题:我是科学家:“千万豪车”掘进地下城,“基建狂魔”如何打造“钢铁穿山甲”? 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑:李泠
- 最后更新: 2019-06-06 07:42:58
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