隧道挖掘哪家强，我国盾构帮你忙
本文由羊羊的地理教室首发，如转载请注明出处
作者 西阁 | 审稿 山竹
盾构就是一种高端的地下挖土机器，随着城市地铁隧道、地下廊道、跨海大桥、跨河通道等地下隧道工程的需求不断增多，挖土的盾构需求量也不断增大，今天我们就从地理的角度聊一下这个“国之重器”盾构技术。
今天我们主要介绍以下问题
什么是盾构技术？
盾构技术的优缺点有哪些？
地理试题中盾构技术的考查
01
为了更好的了解盾构，我们先来看一个视频
盾构技术简单的概括为：一个盾构机在地下挖掘隧道，产生的土石和废弃物被运输出来同时，地下管线也随之组装完成的技术。
想了解盾构技术，就必须知道它的核心部分——盾构机，下面我们来看一下什么是盾构机。
“盾”是指保持开挖面稳定性的刀盘和压力舱、支护围岩的盾构钢壳。不同性质的岩层环境，刀盘使用不同。
软土地层的刀盘（左）硬岩地层的刀盘（右）
“构”是指构成隧道搭建的管片和壁后注浆体。
搭建管片（左）壁后注浆（右）
盾和构的组合，能够减少挖掘隧道过程中四周土层的变动，降低施工难度，提高工作效率。
02
03
1.盾构技术的优点
① 不受地面交通、河道、气候等条件的影响。
以修建地铁为例，盾构技术是在地下施工，仅在释放盾构机的工作井区做交通管制或进行围栏施工即可，比路上轻轨或者其它路上轨道交通建设受地面影响小。
深圳与东莞城际铁路盾构技术施工现场
② 能够经济合理的保证隧道安全施工。
盾构机的刀盘和盾构钢壳起到支撑和保护作用以外，同时压紧和压实盾构机四周的泥土和岩石，防止盾构机挖掘后出现塌方现象，降低塌陷对地面建筑物及地基内埋设物（管线等）的影响。对于空隙，使用壁后注浆填充开挖空隙，使其更加坚固。
③ 盾构的掘进、出土、拼装等自动化程度高
盾构技术整体流程均采用自动化模式，不仅可以节省人力，施工劳动强度较低，降低人工成本，还可以提高施工速度，一次成洞，大大提高施工效率。
④ 地面周边环境不受盾构施工的干扰。
盾构技术可以在地下深处穿越地上建筑物，不影响河道通航；在地下穿过各种埋设物和已有隧道而不对其产生不良影响。施工一般不需要担心对地下水的影响，也无噪声、振动等施工污染。
凭借这些明显的优越性，盾构法施工得到了广泛使用，目前已成为地下隧道工程、地铁、公路、电讯、下水管道等城市基础建设的一种主要施工方法。在隧道洞线较长、埋深较大的情况下，使用盾构技术施工更为经济合理。
当然盾构技术并非十全十美，也存在一定的缺点。
2.盾构技术的缺点：
① 盾构机械造价较高
中国在未掌握盾构技术之前，从德国进口的盾构机一台高达1亿美元。目前，一般3000万的盾构机，仅有10-15公里的寿命，刀头及其它部件损毁严重，修复的价值就不大了。而城际铁路、地铁、海底隧道等很多都为双向运行，需要多少盾构机，那成本可想而知了。
② 在饱和含水的松软地层施工，地表沉降风险大
不同的土层或岩层，含水量不同（岩层的软硬不同）。当遇到饱和含水的松软地层时，盾构机挖过后，易造成地表塌陷，进而影响地表建筑物、桥梁、道路等基础设施建设。
③ 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大
曲线半径过小，比较难以控制盾构机的姿态，容易偏离轨道；埋藏浅则覆土浅，同时周围岩层稳定性也差，易产生地面沉降 。如果隧道穿越河流时，埋藏过浅，易发生透水事件。
④ 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂
盾构机体积大、质量大，转移、运输及安装，十分复杂，成本费用高。因此在运输工具的选择上，多数为海运为主。由于零部件众多，不易拆卸组装，因此不宜运输零部件后再组装。
目前我国大多数地下隧道工程，多会选择盾构技术完成，尤其是城市地铁的修建。盾构技术实力不凡，那么为什么港珠澳大桥海底部分没有采用盾构技术而是采用的沉管技术呢？
① 伶仃洋位于弱洋流海域，珠江每年会携带大量的泥沙入海，建大桥的桥墩，会降低水流速度，泥沙淤积，对生态环境破坏较大。
② 盾构技术的稳定性需要较深挖掘，修建人工岛的位置则长达1公里，会造成阻水率过高，泥沙淤积严重，影响航运。
因此从环境的角度港珠澳大桥选择沉管技术，而不选择盾构技术。
04
盾构隧道掘进机（简称盾构机）用于修筑隧道，被称作地下空间“工程机械之王”。美国研制的盾构机擅长硬岩挖掘，德国研制的盾构机注重适用性，日本研制的盾构机侧重做工精巧，而我国研制的盾构机集以上三国盾构机的优点于一体。
当前，我国生产的盾构机占全球市场份额的65%，国内市场的90%以上。我国生产的盾构机于2019年下半年运往莫斯科，这是我国最大直径（11米）盾构机首次出口欧洲，成为我国高端智能装备“走出去”的又一张“金名片”。图为国产盾构机的实景图，据此完成1-3题。
1.D
阅读材料，回答下列问题。
盾构机是一种使用盾构法(掘进的同时构建)的隧道掘进机。2015年11 月14日，拥有完全自主知识产权的我国首台铁路大直径盾构机下线，打破了国外近一个世纪的技术垄断。2018年3月13日，我国自主研发的超大直径盾构机用于孟加拉国河底隧道工程建设。
近年来，我国盾构机订单维持高增长态势。2018年6月8号，武汉市三阳路越江隧道贯通，成为二环线内原有“四桥四隧”格局的新成员。该隧道长约2.6千米，外径为15.2米、内径为13.9米，是世界首条公铁合建、国内目前最大直径的盾构隧道。下图示意隧道的纵剖面。
(1)技术方面:技术进步或自主研发或(打破国外技术垄断) ；降低了盾构机价格；国内市场:城市地下交通建设对盾构机需求增大；地形起伏区隧道建设促进盾构机生产；国际市场(政策方面):“一带一路”战略的实施，带动一带一路沿线国家基础设施建设或出口增加，促使我国盾构机出口增加。
(2)地质:存在软硬不均的地层；河流:江水压力大，易发生透水事故; 工程量:隧道掘进距离长，直径大。
(3)隧道优点:受天气影响小，连续性好,通行效率高；不妨碍河流航运;利于保护河流生态。隧道缺点:工程难度较大或受地质条件制约大；行驶中车辆尾气不易扩散或大气污染更严重。
(4)社会效益:合理布局交通网或满足人们多样化的出行需求；经济效益:加强长江两岸联系或促进区域优势整合；其他效益:分流过江交通或缓解交通运输压力或利于节能减排。
参考文献：