【皇氏古建築大全】【黃劍博采風追影】【環遊尋美拾遺錄】
Jumbo Heritage List © Epic Adventure of Jumbo Huang
无欺于死者，无负于生者，无愧于来者
第4355回：全断面隧道掘进机，胡萨克涵青函隧道
《采風追影文化傳播》公益科普教育文章，任何形式转载请联系作者(微信Jumboheritagelist 或 Huang_Jumbo)
全断面隧道掘进机也称潜盾机或盾构机（香港旧译“隧道盾”），是一种专门用来开凿隧道的大型机具。该机具有一次开挖完成隧道的特色，从开挖、推进、撑开全由该机具完成，开挖速度是传统钻爆法的五倍。然而该机具完全无法模组化，只能依照开挖隧道的直径订作，因此购买价格不菲。
全断面隧道掘进机于1853年诞生，设计者为Charles Wilson，首用于美国马萨诸塞州西部的霍赛克隧道（Hoosac Tunnel）的挖掘上，在页岩中边掘进边支护隧道壁。但该台掘进机仅仅前进10呎便告损毁，后该隧道改采传统人工挖掘方式，延迟至1875年始告竣工。
胡萨克隧道是位于马萨诸塞州西部的一条7.64 公里长的铁路隧道，穿越胡萨克区域，是一个佛蒙特州绿山山脉的延伸。施工开始于1851年，预计费用 200 万美元。1875年竣工，实际总费用为2100万美元。建成时为世界第二长隧道，仅次于13.7公里长、穿过法国阿尔卑斯山的仙尼斯峰隧道。
直到1916年位于不列颠哥伦比亚罗杰斯山道下的康诺特隧道建成，胡萨克隧道都是北美最长的记录。至今，它仍然是落基山脉以东最长的还在使用中的交通隧道。建造中的致命事故造成 193 名工人死亡。幸存者们称该隧道为‘血腥矿井’。多数遇难者死于黑火药引起的爆炸，其他则死于更为稳定的硝酸甘油。该项目为硝酸甘油在美国首次用于商业目的。
1865 年 3 月 20 日，奈德·布林克曼和比利·纳什由于领班林果·凯利以外点燃炸药而被埋葬。凯利于事故后失踪。一年后，他被勒死的尸体被发现埋葬在布林克曼和纳什死去的地方。
中央矿井事故是众多致命事故中可怕的一个。1867 年 10 月 17 日，当工人们正在挖一个 313 米的垂直排气通道时，一枝位于升降机机构中的蜡烛点燃了从煤气鼓中泄露出来的石脑油蒸汽。接下来的爆炸造成升降机起火并坍塌在通道中。接近通道顶部的四人逃生，但在 164 米下方工作的 13 人被下降的石脑油和掉落的铁块困住。
水泵也在爆炸中损毁。通道开始进水。第二天，一个名叫茅勒瑞的工人被用绳索固定着放入通道中，但被浓烟阻挡，未能发现幸存者。自此没有再尝试救援。几个月后，工人们终于到达通道底部，发现几个遇难者曾经在窒息前坚持了足够长的时间造出了一个筏子。
全断面隧道掘进机的首起使用成功案例为美国南达科他州的欧阿希水坝（Oahe Dam），于1952年投入使用，并在1962年竣工。然而隧道掘进机的打响名号，仍迟至1988年起的英法海底隧道建设工程。
2020年6月18日，宽14.82米、高9.446米的世界最大土压平衡矩形盾构机“南湖号”正式在嘉兴市区快速路环线下穿南湖大道隧道工程投入使用。
全断面隧道掘进机可分为：
岩石隧道掘进机：
开敞式（open-type TBM），也称支撑式TBM或撑靴式TBM。特点是适应硬岩地层，没有盾构，使用支撑靴（gripper）和前后支撑交替撑紧洞壁上以承受TBM向前掘进的巨大反作用力与反扭矩，并可以调整掘进方向。 如果遇到局部不稳定岩层，开敞式TBM使用自带的辅助设备打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、加圈梁等方法加固，以保持洞壁稳定。
当遇到局部特软弱围岩或破碎带，开敞式TBM使用自带的超前钻及灌浆设备，预先固结掘进前方的一段围岩，待围岩强度自稳后再安全掘进。永久性的洞壁衬砌待全线贯通后再集中进行。在西康铁路秦岭隧道施工、天生桥二级水电站引水隧道施工；
护盾硬岩TBM（shielded hard rock TBM）用于破碎岩层，在TBM后方混凝土衬砌支撑不稳定的洞壁。又可分为：
双护盾TBM（double shield TBM）具有两种模式：在稳定岩层用支撑靴稳定TBM掘进；在不稳定岩层、破碎岩层，用TBM之后的洞壁作为支撑来稳定TBM；若岩层过于坚硬，可辅以地面预钻及钻爆工序，使岩层破碎，从而让TBM更易通过。单护盾TBM（single shield TBM）用于破碎岩层，依靠混凝土洞壁来支撑稳定TBM。。。
软土隧道掘进机：
开敞式（open-face）软岩掘进机，用于稳定且少水的地层。掘进出的隧道土质洞壁在短期内保持直立稳定，不需要衬砌支护。
封闭式（closed-face）或压力平衡式软岩掘进机；
土压平衡式（earth pressure balanced）TBM 由刀盘切割土层，切削下来的土进入土仓（也叫开挖舱）并与工作面的水土压力保持平衡。土仓内的螺旋输送机出土量与刀盘的推进量取得平衡，进行连续出土工作。土压的稳定依靠刀盘切削速度、推进力和螺旋输送机的转速联合协调进行。
泥水平衡式（slurry pressure balanced）TBM用于水压很大、地下水丰富的土层掘进（如过江、跨海隧道等）。在刀盘后部为泥水室，里面的泥水与工作面的压力保持平衡，以保证开挖面泥土地层稳定。从泥水室取出的泥水要水-土分离，分离出的水用于泥水室与工作面加压；分离出的土装车运出隧道。
1952年，美国南达科他州的欧阿希水坝，为首宗成功案例。1985年，日本贯通北海道与本州之间的青函隧道。
青函隧道（Seikan Tonneru）是位于日本津轻海峡的海底铁路隧道，为世界上最长的海底隧道（包含铁路隧道和公路隧道）、以及世界第二长的隧道，全长53.85公里，其中有23.3公里穿越津轻海峡底下。
其连接日本的本州与北海道两大本岛，隧道南端位于青森县的东津轻郡今别町的滨名、北端则位于北海道上矶郡知内町的汤之里，沿线通过青森县东津轻郡外滨町和北海道松前郡福岛町。目前主要提供新干线与在来线货运列车使用。
青函隧道于1971年9月28日动工，1985年3月10日贯通，1987年11月竣工，工期逾16年；完工后成为世界最长的隧道达31年之久，至2016年6月1日才被瑞士的圣哥达基线隧道超越。首先启用的在来线部分——海峡线于1988年3月12日通车，新干线部分则在2016年3月26日随着北海道新干线的通车开始营运，
海峡线亦于同日起停止行驶定期客运列车。相较于今日以电气化列车行经青函隧道通过津轻海峡所花费的30分钟，从前以渡轮（青函联络船）渡海需时长达4个小时，因此该隧道启用后，大大缩短了本州与北海道间的交通时间。此外，青函隧道同时铺有光纤线路，使其同时成为本州与北海道间电信通讯的大动脉。
全长53.850公里，海底部分长23.30公里，本州岛陆上部分长13.55公里，北海道岛陆上部分长17.00公里，最小曲线半径6500米，最大纵坡12‰，海底段最大水深140米。隧道为双线设计，标准断面宽11.9米、高9米，断面80平方米。除主隧道外，还有两条辅助坑道：一是调查海底地质用的先导坑道；
二是搬运器材和运出砂石的作业坑道。位于本州端起13公里处及41公里处并设有2座海底车站：龙飞海底站及吉冈海底站，平时为隧道维护用基地，若遇隧道内发生紧急状况时，可由这二处迅速将人员疏散以避免发生重大灾难。然而此两站于2014年3月已降格为定点，保留紧急逃生功能；知内站降格为号志站。
该隧道兴建之初就已经考虑到新干线未来延伸至北海道，施工时在隧道内已预留新干线列车行驶的空间，故只须再加铺一条铁轨，成为兼容在来线规格窄轨和新干线规格的标准轨的三线轨道，即可直接让新干线列车使用，
也因此必需使用特殊的闭塞系统。然而新干线通车后，在来线列车原可一车直达的青函（青森＝函馆）区间，变成需要在来线与新干线2次转乘（青森＝新青森、新青森＝新函馆北斗、新函馆北斗＝函馆）。
隧道两侧入口各有一幅使用汉字书写“青函隧道”四字（青函隧道／せいかんずいどう seikan zuidō ?）的匾额。本州一侧为中曾根康弘题字，北海道一侧（正确位置在第1汤之里隧道）则为桥本龙太郎。
中曾根康弘在1985年3月隧道贯通至1987年4月国铁分割民营化期间担任内阁总理大臣，桥本龙太郎在1987年4月国铁分割民营化当时担任运输大臣。
1982至1985年，香港地铁港岛线大多数地下路段（部分连车站月台一并以隧道钻挖机建造）。1982至1987年，新加坡地铁南北线及东西线中部分地下路段。1987年12月1日，英法海底隧道。
1991年7月，湾台国道五号中的隧道工程：坪林隧道（今雪山隧道）开挖（因湾台雪山地质破碎，北上线隧道坍塌压毁TBM导致报废，而后北上线改为传统钻炸法施工）。雪山隧道，原名坪林隧道，简称雪隧，是一座开凿于1991年至2006年间、长度近13公里的公路隧道，位在新北市坪林区与宜兰县头城镇间，属北宜高速公路横贯雪山山脉的路段。其建造目的之一为改善宜兰地区联外交通，以及促进湾台东部地区发展。
雪山隧道是一座由多组隧道构成的隧道群；除了东行线、西行线的两座主隧道，尚包括中间的导坑；两座主隧道中间，有28座横向的人行联络隧道、八座车行联络道，加上抽排风系统所挖掘的竖井、三处通风站、三座通风中继站合计12处横向通风隧道、六座通风竖井及一号竖井顶部排风用横向排气隧道等等，大大小小长长短短共58组隧道，是全世界规模最大双孔公路隧道群。
至2020年，雪山隧道是亚洲第九长的公路隧道，同时也在全世界的公路隧道中排行第十三。在雪山隧道通车之前，湾台所有的陆上运输隧道（不分铁路和公路，并排除两者的地下化部分）长度排名的前段班皆由湾台铁路管理局的铁路线拥有。雪隧通车后彻底改写了以往纪录，并使台铁失去了“湾台最长隧道拥有者”的头衔。另由于隧道施工难度高，早在未更名之前，以“坪林隧道”名称列入《大英百科全书》中。
2012年5月7日下午1点30分，雪山隧道发生通车以来最严重的死亡事故，隧道内南下26公里处一辆小客车爆胎而紧急刹车，后方车辆及葛玛兰客运立即闪避，但一辆客货两用车及首都客运先后追撞葛玛兰客运。客货车被撞起火，火势很快延烧到首都客运，隧道内顿时成了“浓烟密布的高温停车场”。这起事故造成了2人死亡、7人重伤、15人轻伤。
逃出的民众形容，高温与浓烟让“隧道像是倒下的烟囱”，数百名旅客脱困后，脸上几乎都留下一层烟灰的印记。据了解，隧道平常温度约摄氏30度，火烧车时的隧道内测得温度可高达摄氏54度。
1994年，香港放流水排放隧道亚公角至花心坑段。
洛达尔公路隧道（Lærdalstunnelen）位于挪威西部，是世界上最长的公路隧道。洛达尔隧道位于挪威西部的洛达尔（Lærdal）和艾于兰（Aurland）之间，全长24.51千米。于1995年3月开始动工兴建，2000年11月27日正式通车。整个工程项目共耗资约1亿美元，由挪威国王哈拉尔五世为隧道正式剪彩通车。
过去来往于奥斯陆和卑尔根的车辆，不仅要在洛达尔乘三个小时的轮渡横越洛达尔附近的松恩峡湾（挪威语：Sognefjorden），还要在洛达尔和艾于兰之间翻越一大段地势非常险峻的山路，这段山路在冬季冰冻时期更禁止通行。洛达尔隧道通车后，奥斯陆与卑尔根之间的交通大为改善，行车时间由以往的14个小时缩短至7个小时，车辆在冬季照常通行无阻。根据设计，洛达尔隧道的行车容量为每小时400辆，但由于挪威人口较少，这条隧道每昼夜通过的车辆数目仅为1,000辆。
1997年12月，我国首次从德国引进2台敞开式TBM，用于西康铁路秦岭隧道I线。
西康铁路秦岭隧道位于西康铁路青岔站和营镇站之间，由两座基本平行的单线隧道组成，间距为30米，I线全长18460米，II线全长18456米。工程获得了建筑工程鲁班奖、土木工程詹天佑奖和国家科技进步一等奖。
I线隧道为大陆地区首次从德国引进2台全断面掘进机施工，II线隧道采用钻爆法。两线隧道间距30米。其中，I线隧道于1998年3月10日贯通，II线隧道于2005年完工。
在秦岭铁路隧道之后又先后修建了秦岭公路隧道、东秦岭隧道以及西秦岭隧道。
2003年，马来西亚精明隧道。2004年，我国武汉长江隧道；2011年，武汉地铁二号线。2001至2002年，香港西铁线葵青区隧道（由环宇海湾至葵芳辅助设施大楼段；是次工程乃香港首次引进法资承建商为钻挖机命名的文化；及后，钻挖机重用于落马洲支线工程）。
2003至2006年，香港东铁线落马洲支线上水至洲头隧道（塱原湿地下隧道辅以冻土法，避免影响水土；此外，是次钻挖工程重用西铁线钻挖机“木兰”）。2008年，我国锦屏水电站一号引水隧洞。2007年至2012年，香港港岛西雨水排放隧道（钻挖机名为“大长今”）。
2009年至2014年，我国深圳广深港高铁益田路隧道部分路段。2011至2013年，香港港岛线西延上环至西营盘隧道（香港第二次在钻挖隧道工程中使用冻土法，以便锯断隧道上方阻碍钻挖的楼宇桩柱；同时亦是世界首次使用隧道拆卸机，以拆卸阻碍钻挖的旧越位隧道）。2012至2013年，我国北京地下直径线（又称前三门隧道）。
2013至2019年，香港贯通新界屯门区及大屿山赤鱲角香港国际机场的屯门至赤鱲角连接路，工程使用2台高达17.6米，用全球体积最大TBM进行工程，分别命名为“黄蓉”及“盖亚”。
2014年起，沙田至中环线，共使用6台隧道钻挖机，分别负责马仔坑游乐场至钻石山站、钻石山站至启德站、土瓜湾站至何文田站（分上下行隧道）、会展站至金钟站路段。2014至2017年，香港龙山隧道北段（南段仍采钻爆工程，于2017年7月完成）。
2014年开始建设引汉济渭工程秦岭引水隧道。2016年，武汉轨道交通7号线的三阳路公铁隧道。预计2018年起，深圳地铁第四期：东莞轨道交通1号线深圳段其中4.3公里隧道、12号线其中约20多公里隧道、13号线其中约16公里隧道、14号线其中46.6公里隧道、16号线其中22公里隧道，软土、岩石及混合地质钻挖机均会使用。
预计2019年起，中九龙干线主隧道其中1.5公里路段。。。
大直径全断面岩石隧道掘进机作为国之重器，一个多世纪以来，这一设备一直被国外垄断，在TBM下线之前，国内的工程建设需求全部依赖进口。1996年，第一台TBM引进我国，被用于秦岭铁路隧道的施工，这台进口TBM价格为3.8亿元，“当时我们的工资还不到一千元（1998年年中大学教师工资从五百多元调整为八百多元，1996年大学教授的工资还没有一千元，但是企业不同，企业主要靠奖金），我被深深震撼了。”彭某阳回忆。这些进口产品价格高昂，标准化的产品却不见得适用于我国地质，出现问题维修困难。
2011年下半年，铁建重工与浙江大学、中南大学、天津大学，以及施工方中铁十八局携手研发国产TBM，突破了大功率、变载荷、高精度电液控制系统设计与集成技术、关键部件状态监测等核心技术。此外，还根据引松供水工程隧洞“长距离、大埋深、高应力、高水压、高地温、大涌水、易岩爆”等地质特点和技术难点，针对性地研发出了这台价值1.8亿元的“长春号”TBM。
2014年12月27日，拥有自主知识产权的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机(敞开式TBM)，在湖南长沙我国铁建重工集团总装车间顺利下线。它的成功研制打破了国外的长期垄断，填补了我国大直径全断面硬岩隧道掘进机的空白。
2017年8月20日，采用我国自主研制的首台TBM硬岩掘进机施工的我国重点项目——吉林省中部城市引松供水工程总干线22.6公里引水隧洞贯通，为该项目按期在2019年年底建成通水奠定了基础。吉林省中部城市引松供水工程将松花江水由丰满水库调入吉林省中部城市，输水线路总长263.45公里，总投资101.77亿元，是吉林省有史以来投资规模最大、输水线路最长、受水区域最广、施工难度最高的大型跨区域引调水工程。
2020年9月9日，国内首台新型敞开式TBM（隧道掘进机）——“北江号”在中铁某局集团参建的广州北江引水工程正式开始掘进。从2008年第一台具有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机下线，到如今盾构订单超过1200台、出厂1000台、出口21个国家和地区，成为世界知名的我国盾构行业领先者，支撑中铁装备快速发展、我国盾构机产业爆发的，正是创新创造。
最近3年，我国盾构机产销量世界第一。我国是世界上隧道及地下工程规模最大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家，涌现出了以中铁装备为代表的我国隧道掘进机企业的佼佼者，诞生了我国最大直径泥水平衡盾构机、世界首台马蹄形盾构机、世界最大直径硬岩掘进机等一系列标志性、创新性产品，并不断向世界最大、世界最小、世界首台发起冲锋，在世界隧道掘进机领域刷新我国高度。
盾构机在国内的高铁建设中功不可没，在高铁运行中,乘客玩手机、欣赏窗外的风景，惬意舒适。 我国目前就有几条最“难熬”的高铁线路，几小时左右大部分时间在隧道山谷中穿行，不仅无法欣赏风景，噪音大，手机信号还很差，但是这些以隧道为主的高铁线路，却缩短了群众的旅行时间。
亚洲最长高铁隧道—沪昆高铁隧道壁板坡隧道位于云贵高原滇黔两省接壤地带，全长14756米，隧道进口位于贵州盘县，出口位于云南富源县。2015年6月9日讯，亚洲最长高铁隧道—沪昆高铁壁板坡隧道日前贯通，隧道全长14.7公里，地跨云南和贵州两省。2016年沪昆高铁全线通车后，旅客从昆明到上海只需要10小时左右，比现在缩短近30个小时。
壁板坡隧道全长14756米，穿越滇黔两省交界处，于2010年12月开工建设。隧道穿越的山脊是元代以来中原内地进入云南最重要的通道，被称作“入滇第一关”。因此，隧道的贯通意味着入滇高铁大门的打开，为沪昆高铁2016年全线开通运营奠定了基础。
壁板坡隧道先后多次穿越断层、岩层接触带、高压富水区、煤层采空区等不良地质。隧道最大埋深达735米，最大日涌水量达32万方，施工难度和安全风险极大，是沪昆高铁全线3座Ⅰ级风险隧道之一。隧道采用“进口合修、出口分修”的设计形式，从示意图上看，铁路线如同一个“人”字穿越大山，这样的设计在我国铁路隧道建设中尚属首次。
攻克国内铁路建设最大溶洞，建成国内首座钢管混凝土转体拱桥、世界最大跨度的公铁两用钢箱桥和最大跨径中承式钢混结合提篮拱桥……刚刚开通的成贵高铁有不少世界、我国“之最”。
成贵高铁沿线地形条件极为复杂艰险，线路从四川盆地，一路至云贵高原，高度从200米爬升至2000米以上。地形地貌的剧烈变化，使得成贵高铁全线面临着多样而复杂的地质条件，其中以煤矿采空区、天然气地段、岩溶以及深切峡谷最为典型，这些带来了诸多设计难题。。。
Jumbo Huang Notes: A tunnel boring machine (TBM), also known as a "mole", is a machine used to excavate tunnels with a circular cross section through a variety of soil and rock strata. They may also be used for microtunneling. They can be designed to bore through anything from hard rock to sand. Tunnel diameters can range from one metre (3.3 ft) (done with micro-TBMs) to 17.6 metres (58 ft) to date. Tunnels of less than a metre or so in diameter are typically done using trenchless construction methods or horizontal directional drilling rather than TBMs. TBMs can also be designed to excavate non-circular tunnels, including u-shaped or horseshoe and square or rectangular tunnels.
Tunnel boring machines are used as an alternative to drilling and blasting (D&
methods in rock and conventional "hand mining" in soil. TBMs have the advantages of limiting the disturbance to the surrounding ground and producing a smooth tunnel wall. This significantly reduces the cost of lining the tunnel, and makes them suitable to use in heavily urbanized areas. The major disadvantage is the upfront cost. TBMs are expensive to construct, and can be difficult to transport. The longer the tunnel, the less the relative cost of tunnel boring machines versus drill and blast methods. This is because tunneling with TBMs is much more efficient and results in shortened completion times, assuming they operate successfully. Drilling and blasting however remains the preferred method when working through heavily fractured and sheared rock layers.
第4356回：波卡廷森林大屠*，万人坑落叶的沉默
