超大钻机1

在广袤的大地上，山脉连绵起伏，要想在其中开辟出一条通道，仅凭几把十字锹显然是力不从心的。今天，我们就来深入探索那些在隧道工程中立下赫赫战功的巨兽——超大钻机。

在业界，这种庞大的机器有时被戏称为“大鼹鼠”，其主要任务便是在各种地质条件下挖掘长距离的隧道。这种钻机能够根据所遇到的不同地质材料，如沙子、泥土甚至是坚硬的岩石，通过更换钻头或调整参数等方式进行灵活的配置调整，以应对各种挑战。

说到超大钻机的核心部件，不得不提的就是钻头、液压支撑系统和渣料输送系统，这三者共同构成了钻机的骨架和灵魂。钻头，这个由众多圆盘组成的金属表面，在启动时能够360度旋转，产生巨大的压力，将这些圆盘紧紧压在挖掘面上。随着钻头的旋转，圆盘上的切刃会不断磨削挖掘面，无论是岩石还是泥土，都会被分解成碎块或颗粒，这些被分解的材料被形象地称为“渣料”。这些渣料随后会落入钻头上的“料斗孔”中，这是一个通往一系列有盖料斗的开口，它们会接力将这些渣料传送到后方的输送带上。渣料输送系统从钻机的主体部分向后延伸，扮演着将渣料运送出隧道的角色。

在钻机的尾部，输送带将渣料运送到一个特定的储存区域。这个区域通常是在隧道内就地挖掘的一个大型坑洞，坑洞上方通向地面。在这里，履带式或轮式装载设备会将这些渣料铲起，并倾倒入翻斗车中。这些翻斗车是专门设计用于在隧道和地面之间穿梭的，它们负责将这些渣料运送到地面进行处理。

在挖掘过程中，超大钻机的稳定性至关重要。为了确保这一点，钻机配备了一套辐射状的液压撑臂系统。这些撑臂固定在钻机的机体上，向外支撑隧道壁，不仅保障了钻机的平稳运行，还固定了钻机的位置，使其能够持续向前推进。同时，这些撑臂还承担着支撑隧道围岩结构的重任。在支撑臂的支撑下，从钻机主体内部延伸出的几个液压缸会将钻头的圆盘切刃紧紧压在挖掘面上，推动挖掘工作的持续进行。

超大钻机在隧道建设中还扮演着安全平台的角色。在这个平台上，可实施各种安全措施，包括安装岩锚、铺设金属网、架设钢梁支撑结构等。此外，钻机尾部还配备了喷射混凝土所需的泵送系统和喷浆机械手。喷浆混凝土，这种由水泥、骨料和添加剂混合而成的速凝材料，被用来喷射加固隧道壁，增强隧道的结构稳定性。所有这些工作都在钻机的工作区内有序进行，预制管片、锚杆钻机和金属网铺设装置等设备以半自动化方式固定隧道，为工人提供了一个安全的工作环境。

关键年表：圣哥达基线隧道（GBT）

这条隧道的建设堪称工程奇迹。从2003年开始动工，到2016年竣工，期间克服了无数技术难题。隧道的轨面最高海拔达到了550米，总长度更是达到了惊人的151.8公里。隧道的开挖直径在8.8至9.6米之间，隧道顶部最大埋深达2500米。为了完成这一宏伟工程，南北线各投入了两台超大钻机。

1999年：隧道导洞开挖工程在瑞士的塞德伦正式启动，伴随着爆破声，这一历史性工程拉开了序幕。

2003年：在经过严格的招标程序后，海瑞克集团赢得了这一重大项目的合同。随后，他们运送了四台硬岩隧道掘进机（TBM）到现场，开始了艰苦的掘进工作。

2006年：令人振奋的消息传来，北线和南线的TBM都提前九个月完成了第一阶段的任务，这为整个工程的顺利推进奠定了坚实的基础。

2009年：北线的机械化掘进工作圆满完成，标志着工程进入了一个新的阶段。

2010年：在塞德伦和法伊多之间的东线隧道实现了贯通，这是整个工程中的又一个重要里程碑。

2011年：紧接着，西线隧道也完成了贯通，这标志着圣哥达基线隧道工程取得了决定性的进展。

在隧道建设中，各种高科技重型设备是不可或缺的施工装备。无论是哪一种类型的隧道施工，都离不开这些先进设备的支持。

混凝土喷射机组：在挖掘隧道的过程中，为了防止隧道围岩发生坍塌，必须不断对其进行加固处理。加固的方法包括在隧道壁上施作钢锚杆以提供支撑，铺设钢筋网以增强结构的稳定性，并使用喷射混凝土将钢筋网完全覆盖，从而使新开挖的隧道结构更加坚固。这一过程中，喷射混凝土是通过混凝土喷射机组的喷射机械手进行喷射的。

轮式装载机：这种装载机与地面上的轮式装载机类似，但配备了更为先进的技术和设备，如改良的液压升降臂、重型底盘以及符合地下作业安全标准的驾驶室和大型引擎。轮式装载机能够高效地装运大量渣土，并将其运送到翻斗车中以便进一步处理。

翻斗车：这是一种重型自卸卡车，其货箱能够容纳大量的出渣。翻斗车凭借其高扭矩、高马力的引擎以及为应对重载工况而专门设计的工业级卡车车架，展现出了卓越的运输能力。

凿岩设备：通过各种凿岩设备和钻臂系统的辅助，操作者能够精确地钻凿隧道壁。这些钻机外形类似于手提电钻，它们从超大钻机的伸缩式液压升降臂上延伸出来，并借助液压驱动让钻头能够有效破碎岩石和土体。

正是这些高科技重型设备与超大钻机的协同作业，才使得隧道建设工程能够顺利推进并取得成功。

下一篇，让我们继续走近圣哥达基线隧道，一睹超大钻机的威力。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：沈萍 中国地震局地球物理研究所研究员