序言
這是常駐人口2000多萬的上海，這裡有燈火通明的高樓大廈，也有四通八達的地鐵網路。
地鐵已經成為了這個城市通勤最不可或缺的交通方式。
高峰時段，每條線的重要站點，在開門的瞬間，就像一個釋放了氫氣的氣球，噗地一聲就往外炸出了形形色色的上班族。
而在乘坐地鐵的時候 ，你有沒有想過，地鐵到底是如何建造的呢？
這一期小鯨就帶大家瞭解下，地鐵的建造神器-盾構機。
盾構機發明
在說起這個盾構機之前，我們先來了解下它的發明者。
1818年，法國工程師布魯諾爾無意中看到了一條鑿船蟲，它一邊蠕動一邊在木頭上鑽洞，同時從體內分泌了一種黏液來加固洞穴。
這次意外的發現激發了他的靈感，於是他就提出了盾構挖掘隧道的原理，並在1825年研製出了矩形盾構機，首次應用於英國泰晤士河隧道工程。
這臺盾構機利用千斤頂在鬆軟的土壤中向前推進，挖掘工人在盾構機內部一面挖掘，一面在隧道內部堆砌磚頭。雖然它還是手倔式盾構，但卻是人類第一臺盾構機。
國內盾構機
看完了國外的，再來看看國內盾構機的發展。
咱們國家是在1953年才開始採用盾構進行隧道修建，晚了國外128年。
而在2009年之前，中國大約有85%的盾構掘進機依賴進口，其中當時的德國海瑞克公司，就佔據大陸盾構機市場70%以上。
發達國家壟斷著技術和市場，咱們沒有任何議價權。
比如1997年，咱們在修建西康鐵路秦嶺隧道時，從德國這家公司引進了第一臺隧道掘進裝置，當年買兩臺機器就花去了咱們７個億。
而且出了故障只能等待外國工程師來維修，除了要支付給他們每人每天3000美元的薪水之外，維修現場還拉著警戒線，以防咱們靠近觀看學習。
這不是“花錢還要看臉色”嘛，所以為了擺脫西方國家的控制。咱們被逼無奈從設計圖紙起步，在毫無經驗的背景下，開始摸索製造自己的盾構機。
2008年4月，咱們研製出第一臺，擁有自主智慧財產權的複合式土壓平衡盾構機-“中國中鐵1號”，打破了洋盾構一統天下的格局，也拉開了咱們盾構機產業化發展的序幕。
2020年的9月29日，具有里程碑意義的、咱們自主研製的第1000臺盾構機在鄭州下線。
這臺直徑8.64米的土壓平衡盾構機，也叫粵海14號，將用於廣東珠江三角洲水資源配置工程。
盾構機工作過程
那麼盾構機是如何工作的呢？
一般來說，在盾構機前面有一個圓形刀盤，刀盤上安裝了很多金剛刀片。
工作時，在千斤頂的推力下，刀盤旋轉前進掘開土層，在推力的作用下，刀盤切削土體，透過調節螺旋機的轉速、控制土艙的排土量，達到土艙與開挖面的土壓力動態平衡。
同時盾構機的外殼需要承受土壓和地下水壓，殼內是錯綜複雜的機械長廊，刀盤削下的土會先被橫向旋轉的傳送機轉移到傳送帶上，再透過電瓶車運送到豎井下，最後透過吊車運出井外。
我們可以打個形象的比喻：
盾構機就是地下蛟龍，這條龍的嘴就是最前端的切削刀盤。它可以把地下的泥沙石頭吃進嘴裡，透過龍肚子裡面的各種消化器官，螺旋傳送機輸送到皮帶傳送機，再透過渣土車運往後方。
同時盾構機可以一邊挖土一邊安裝牆壁，所以盾構機開過，隧道就鋪好了。
以前2000人挖一條小隧道大概需要5年左右，而現在用一臺盾構機挖一條大型隧道僅需要5個月。
所以你看，盾構機可以大大節省工程效率！
盾構機種類
隨著盾構機應用領域得不斷擴大，咱們為適應不同工程專案的需求，盾構機的種類也越來越多。
目前生產的斷面盾構機有多種形式：
例如圓形、雙圓形、矩形，此外還有馬蹄形等異形截面的盾構機。例如在江海中進行施工時使用大口徑圓形盾構機比較適合；
而在城市中，由於樓房密集、為了施工時不影響地面上居民的正常生活，進行作業時一般選用小口徑的盾構裝置；
在地鐵施工時，為了進一步增加空間利用率，提高整體的施工效率，矩形斷面盾構裝置也逐漸得以應用。
盾構機核心技術
正如在金庸小說中所說的，降龍十八掌無愧巔峰外功，號稱掌法無雙，天下第一。
盾構機乃國之利器，猶如“巨龍”，要想“降龍”須得練成“降龍十八掌”，而這裡面的核心技術就是“降龍十八掌”。
核心技術包括哪些呢？
比如盾構機設計，核心部件和材料等等。
設計方面，小鯨舉個例子。
僅以刀具為例，這就涉及到刀具佈置多少個合適，高度多高合適、刀間距多長合適等等。
而且在實操工作中，盾構機還會碰上花崗岩、石灰岩，以及硬土、軟土、淤泥、粉質粘土等不同地質施工環境的考驗。
而這些都需要配備不同的刀具，做出最優的設計。
那麼核心部件方面呢？
盾構機的核心繫統，就是它的刀盤驅動系統。
刀盤驅動系統主要由驅動電機、減速器、大小齒輪、主軸承等等，電機透過減速器帶動大小齒輪，透過主軸承帶動刀盤旋轉。
而其中的主軸承被稱為盾構機的“心臟”，承擔著盾構機運轉過程的主要載荷，是刀盤驅動系統的關鍵部件。
同時因技術含量高，主軸承又是盾構機中所有零件裡面最值錢的部分。
這些核心技術，現在已經牢牢掌握在自己手中！
並且湧現出一批像鐵建重工、中鐵裝備、中交天和、上海隧道、三三工業、北方重工等這樣的盾構機生產企業。
目前國產盾構機已佔國內90%市場份額，並在全球市場上佔據三分之二以上的份額。已有50多臺盾構裝置先後出口新加坡、阿聯酋、義大利、法國等19個國家和地區。
所以，盾構機技術哪家強，老鐵們，請在評論區上把這個國家的名字打出來！
盾構機與光刻機
看到關乎著國家基建的盾構機，已經處於全球領先了。小鯨不禁聯想到咱們的光刻機領域。
可以說從盾構機到光刻機，歷史總是驚人的相似！
我們知道目前的高階光刻機是被荷蘭的阿斯麥公司壟斷，其最高階的EUV光刻機開價1億美金也不賣，還放出話來，光刻機圖紙給咱們，咱們都造不出來。
一臺超大直徑盾構機，由上萬個大小不一的零件組成。
而一臺EUV光刻機有超過10萬個零件、3千條電線、4萬個螺栓、2公里長的軟管等零散元件。
晶片製造裝置雖然更為精密，和盾構機有很大的不同，不過是不是真的就比盾構機研發難度更大呢？
最近上海微電子突破了28奈米的光刻機工藝技術，預計在2021-2022年會交付28奈米的光刻機。
值得一提的是，它是浸沒式的DUV光刻機，對標的是阿斯麥的DUV光刻機。它是由咱們完全自主研發生產的，產業鏈也都是國內的廠商。
可以說此次28奈米光刻機的突破，標誌著國產光刻機的巨大飛躍。而每個國產化零件的背後都是許多科研人員的艱辛付出。
所以你看，當初盾構機沒有圖紙，咱們都能成功研製，而現在光刻機只是落後幾代。
或許在我們身邊有很多人認為“國人幹不好光刻機”，其實不過是“隔行如隔山”罷了。
對於科研人員來說，這是一項科研攻關，只是這個課題是集齊了諸多頂尖技術“點沙成金”的國家團隊的產物，為什麼國外可以我們不行呢？
感悟
最後小鯨想說：
過去咱們喊破嗓子去低頭求人，現在不如甩開膀子自己幹。
現如今，中國超大型盾構機已經成了新的“國家名片”。國內對國產盾構機的疑慮已經基本消失，國外也不會再對中國的盾構機技術冷嘲熱諷。
每個時代都有代表性的重大工程和重大專案，現在咱們上天有神舟，下海有蛟龍，入地有盾構機。
這些超級工程成為了時代的標誌性符號，它們凝聚著中國人民的勤勞與創造，也見證著中國的復興崛起之路。