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無欺于死者，無負于生者，無愧于來者
第4355回：全斷面隧道掘進機，胡薩克涵青函隧道
《采風追影文化傳播》公益科普教育文章，任何形式轉載請聯系作者(微信Jumboheritagelist 或 Huang_Jumbo)
全斷面隧道掘進機也稱潛盾機或盾構機（香港舊譯“隧道盾”），是一種專門用來開鑿隧道的大型機具。該機具有一次開挖完成隧道的特色，從開挖、推進、撐開全由該機具完成，開挖速度是傳統鑽爆法的五倍。然而該機具完全無法模組化，只能依照開挖隧道的直徑訂作，因此購買價格不菲。
全斷面隧道掘進機于1853年誕生，設計者爲Charles Wilson，首用于美國馬薩諸塞州西部的霍賽克隧道（Hoosac Tunnel）的挖掘上，在頁岩中邊掘進邊支護隧道壁。但該台掘進機僅僅前進10呎便告損毀，後該隧道改采傳統人工挖掘方式，延遲至1875年始告竣工。
胡薩克隧道是位于馬薩諸塞州西部的一條7.64 公裏長的鐵路隧道，穿越胡薩克區域，是一個佛蒙特州綠山山脈的延伸。施工開始于1851年，預計費用 200 萬美元。1875年竣工，實際總費用爲2100萬美元。建成時爲世界第二長隧道，僅次于13.7公裏長、穿過法國阿爾卑斯山的仙尼斯峰隧道。
直到1916年位于不列顛哥倫比亞羅傑斯山道下的康諾特隧道建成，胡薩克隧道都是北美最長的記錄。至今，它仍然是落基山脈以東最長的還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。幸存者們稱該隧道爲‘血腥礦井’。多數遇難者死于黑火藥引起的爆炸，其他則死于更爲穩定的硝酸甘油。該項目爲硝酸甘油在美國首次用于商業目的。
1865 年 3 月 20 日，奈德·布林克曼和比利·納什由于領班林果·凱利以外點燃炸藥而被埋葬。凱利于事故後失蹤。一年後，他被勒死的屍體被發現埋葬在布林克曼和納什死去的地方。
中央礦井事故是衆多致命事故中可怕的一個。1867 年 10 月 17 日，當工人們正在挖一個 313 米的垂直排氣通道時，一枝位于升降機機構中的蠟燭點燃了從煤氣鼓中泄露出來的石腦油蒸汽。接下來的爆炸造成升降機起火並坍塌在通道中。接近通道頂部的四人逃生，但在 164 米下方工作的 13 人被下降的石腦油和掉落的鐵塊困住。
水泵也在爆炸中損毀。通道開始進水。第二天，一個名叫茅勒瑞的工人被用繩索固定著放入通道中，但被濃煙阻擋，未能發現幸存者。自此沒有再嘗試救援。幾個月後，工人們終于到達通道底部，發現幾個遇難者曾經在窒息前堅持了足夠長的時間造出了一個筏子。
全斷面隧道掘進機的首起使用成功案例爲美國南達科他州的歐阿希水壩（Oahe Dam），于1952年投入使用，並在1962年竣工。然而隧道掘進機的打響名號，仍遲至1988年起的英法海底隧道建設工程。
2020年6月18日，寬14.82米、高9.446米的世界最大土壓平衡矩形盾構機“南湖號”正式在嘉興市區快速路環線下穿南湖大道隧道工程投入使用。
全斷面隧道掘進機可分爲：
岩石隧道掘進機：
開敞式（open-type TBM），也稱支撐式TBM或撐靴式TBM。特點是適應硬岩地層，沒有盾構，使用支撐靴（gripper）和前後支撐交替撐緊洞壁上以承受TBM向前掘進的巨大反作用力與反扭矩，並可以調整掘進方向。 如果遇到局部不穩定岩層，開敞式TBM使用自帶的輔助設備打錨杆、加鋼絲網、噴混凝土、加圈梁等方法加固，以保持洞壁穩定。
當遇到局部特軟弱圍岩或破碎帶，開敞式TBM使用自帶的超前鑽及灌漿設備，預先固結掘進前方的一段圍岩，待圍岩強度自穩後再安全掘進。永久性的洞壁襯砌待全線貫通後再集中進行。在西康鐵路秦嶺隧道施工、天生橋二級水電站引水隧道施工；
護盾硬岩TBM（shielded hard rock TBM）用于破碎岩層，在TBM後方混凝土襯砌支撐不穩定的洞壁。又可分爲：
雙護盾TBM（double shield TBM）具有兩種模式：在穩定岩層用支撐靴穩定TBM掘進；在不穩定岩層、破碎岩層，用TBM之後的洞壁作爲支撐來穩定TBM；若岩層過于堅硬，可輔以地面預鑽及鑽爆工序，使岩層破碎，從而讓TBM更易通過。單護盾TBM（single shield TBM）用于破碎岩層，依靠混凝土洞壁來支撐穩定TBM。。。
軟土隧道掘進機：
開敞式（open-face）軟岩掘進機，用于穩定且少水的地層。掘進出的隧道土質洞壁在短期內保持直立穩定，不需要襯砌支護。
封閉式（closed-face）或壓力平衡式軟岩掘進機；
土壓平衡式（earth pressure balanced）TBM 由刀盤切割土層，切削下來的土進入土倉（也叫開挖艙）並與工作面的水土壓力保持平衡。土倉內的螺旋輸送機出土量與刀盤的推進量取得平衡，進行連續出土工作。土壓的穩定依靠刀盤切削速度、推進力和螺旋輸送機的轉速聯合協調進行。
泥水平衡式（slurry pressure balanced）TBM用于水壓很大、地下水豐富的土層掘進（如過江、跨海隧道等）。在刀盤後部爲泥水室，裏面的泥水與工作面的壓力保持平衡，以保證開挖面泥土地層穩定。從泥水室取出的泥水要水-土分離，分離出的水用于泥水室與工作面加壓；分離出的土裝車運出隧道。
1952年，美國南達科他州的歐阿希水壩，爲首宗成功案例。1985年，日本貫通北海道與本州之間的青函隧道。
青函隧道（Seikan Tonneru）是位于日本津輕海峽的海底鐵路隧道，爲世界上最長的海底隧道（包含鐵路隧道和公路隧道）、以及世界第二長的隧道，全長53.85公裏，其中有23.3公裏穿越津輕海峽底下。
其連接日本的本州與北海道兩大本島，隧道南端位于青森縣的東津輕郡今別町的濱名、北端則位于北海道上矶郡知內町的湯之裏，沿線通過青森縣東津輕郡外濱町和北海道松前郡福島町。目前主要提供新幹線與在來線貨運列車使用。
青函隧道于1971年9月28日動工，1985年3月10日貫通，1987年11月竣工，工期逾16年；完工後成爲世界最長的隧道達31年之久，至2016年6月1日才被瑞士的聖哥達基線隧道超越。首先啓用的在來線部分——海峽線于1988年3月12日通車，新幹線部分則在2016年3月26日隨著北海道新幹線的通車開始營運，
海峽線亦于同日起停止行駛定期客運列車。相較于今日以電氣化列車行經青函隧道通過津輕海峽所花費的30分鍾，從前以渡輪（青函聯絡船）渡海需時長達4個小時，因此該隧道啓用後，大大縮短了本州與北海道間的交通時間。此外，青函隧道同時鋪有光纖線路，使其同時成爲本州與北海道間電信通訊的大動脈。
全長53.850公裏，海底部分長23.30公裏，本州島陸上部分長13.55公裏，北海道島陸上部分長17.00公裏，最小曲線半徑6500米，最大縱坡12‰，海底段最大水深140米。隧道爲雙線設計，標准斷面寬11.9米、高9米，斷面80平方米。除主隧道外，還有兩條輔助坑道：一是調查海底地質用的先導坑道；
二是搬運器材和運出砂石的作業坑道。位于本州端起13公裏處及41公裏處並設有2座海底車站：龍飛海底站及吉岡海底站，平時爲隧道維護用基地，若遇隧道內發生緊急狀況時，可由這二處迅速將人員疏散以避免發生重大災難。然而此兩站于2014年3月已降格爲定點，保留緊急逃生功能；知內站降格爲號志站。
該隧道興建之初就已經考慮到新幹線未來延伸至北海道，施工時在隧道內已預留新幹線列車行駛的空間，故只須再加鋪一條鐵軌，成爲兼容在來線規格窄軌和新幹線規格的標准軌的三線軌道，即可直接讓新幹線列車使用，
也因此必需使用特殊的閉塞系統。然而新幹線通車後，在來線列車原可一車直達的青函（青森＝函館）區間，變成需要在來線與新幹線2次轉乘（青森＝新青森、新青森＝新函館北鬥、新函館北鬥＝函館）。
隧道兩側入口各有一幅使用漢字書寫“青函隧道”四字（青函隧道／せいかんずいどう seikan zuidō ?）的匾額。本州一側爲中曾根康弘題字，北海道一側（正確位置在第1湯之裏隧道）則爲橋本龍太郎。
中曾根康弘在1985年3月隧道貫通至1987年4月國鐵分割民營化期間擔任內閣總理大臣，橋本龍太郎在1987年4月國鐵分割民營化當時擔任運輸大臣。
1982至1985年，香港地鐵港島線大多數地下路段（部分連車站月台一並以隧道鑽挖機建造）。1982至1987年，新加坡地鐵南北線及東西線中部分地下路段。1987年12月1日，英法海底隧道。
1991年7月，灣台國道五號中的隧道工程：坪林隧道（今雪山隧道）開挖（因灣台雪山地質破碎，北上線隧道坍塌壓毀TBM導致報廢，而後北上線改爲傳統鑽炸法施工）。雪山隧道，原名坪林隧道，簡稱雪隧，是一座開鑿于1991年至2006年間、長度近13公裏的公路隧道，位在新北市坪林區與宜蘭縣頭城鎮間，屬北宜高速公路橫貫雪山山脈的路段。其建造目的之一爲改善宜蘭地區聯外交通，以及促進灣台東部地區發展。
雪山隧道是一座由多組隧道構成的隧道群；除了東行線、西行線的兩座主隧道，尚包括中間的導坑；兩座主隧道中間，有28座橫向的人行聯絡隧道、八座車行聯絡道，加上抽排風系統所挖掘的豎井、三處通風站、三座通風中繼站合計12處橫向通風隧道、六座通風豎井及一號豎井頂部排風用橫向排氣隧道等等，大大小小長長短短共58組隧道，是全世界規模最大雙孔公路隧道群。
至2020年，雪山隧道是亞洲第九長的公路隧道，同時也在全世界的公路隧道中排行第十三。在雪山隧道通車之前，灣台所有的陸上運輸隧道（不分鐵路和公路，並排除兩者的地下化部分）長度排名的前段班皆由灣台鐵路管理局的鐵路線擁有。雪隧通車後徹底改寫了以往紀錄，並使台鐵失去了“灣台最長隧道擁有者”的頭銜。另由于隧道施工難度高，早在未更名之前，以“坪林隧道”名稱列入《大英百科全書》中。
2012年5月7日下午1點30分，雪山隧道發生通車以來最嚴重的死亡事故，隧道內南下26公裏處一輛小客車爆胎而緊急刹車，後方車輛及葛瑪蘭客運立即閃避，但一輛客貨兩用車及首都客運先後追撞葛瑪蘭客運。客貨車被撞起火，火勢很快延燒到首都客運，隧道內頓時成了“濃煙密布的高溫停車場”。這起事故造成了2人死亡、7人重傷、15人輕傷。
逃出的民衆形容，高溫與濃煙讓“隧道像是倒下的煙囪”，數百名旅客脫困後，臉上幾乎都留下一層煙灰的印記。據了解，隧道平常溫度約攝氏30度，火燒車時的隧道內測得溫度可高達攝氏54度。
1994年，香港放流水排放隧道亞公角至花心坑段。
洛達爾公路隧道（Lærdalstunnelen）位于挪威西部，是世界上最長的公路隧道。洛達爾隧道位于挪威西部的洛達爾（Lærdal）和艾于蘭（Aurland）之間，全長24.51千米。于1995年3月開始動工興建，2000年11月27日正式通車。整個工程項目共耗資約1億美元，由挪威國王哈拉爾五世爲隧道正式剪彩通車。
過去來往于奧斯陸和卑爾根的車輛，不僅要在洛達爾乘三個小時的輪渡橫越洛達爾附近的松恩峽灣（挪威語：Sognefjorden），還要在洛達爾和艾于蘭之間翻越一大段地勢非常險峻的山路，這段山路在冬季冰凍時期更禁止通行。洛達爾隧道通車後，奧斯陸與卑爾根之間的交通大爲改善，行車時間由以往的14個小時縮短至7個小時，車輛在冬季照常通行無阻。根據設計，洛達爾隧道的行車容量爲每小時400輛，但由于挪威人口較少，這條隧道每晝夜通過的車輛數目僅爲1,000輛。
1997年12月，我國首次從德國引進2台敞開式TBM，用于西康鐵路秦嶺隧道I線。
西康鐵路秦嶺隧道位于西康鐵路青岔站和營鎮站之間，由兩座基本平行的單線隧道組成，間距爲30米，I線全長18460米，II線全長18456米。工程獲得了建築工程魯班獎、土木工程詹天佑獎和國家科技進步一等獎。
I線隧道爲大陸地區首次從德國引進2台全斷面掘進機施工，II線隧道采用鑽爆法。兩線隧道間距30米。其中，I線隧道于1998年3月10日貫通，II線隧道于2005年完工。
在秦嶺鐵路隧道之後又先後修建了秦嶺公路隧道、東秦嶺隧道以及西秦嶺隧道。
2003年，馬來西亞精明隧道。2004年，我國武漢長江隧道；2011年，武漢地鐵二號線。2001至2002年，香港西鐵線葵青區隧道（由環宇海灣至葵芳輔助設施大樓段；是次工程乃香港首次引進法資承建商爲鑽挖機命名的文化；及後，鑽挖機重用于落馬洲支線工程）。
2003至2006年，香港東鐵線落馬洲支線上水至洲頭隧道（塱原濕地下隧道輔以凍土法，避免影響水土；此外，是次鑽挖工程重用西鐵線鑽挖機“木蘭”）。2008年，我國錦屏水電站一號引水隧洞。2007年至2012年，香港港島西雨水排放隧道（鑽挖機名爲“大長今”）。
2009年至2014年，我國深圳廣深港高鐵益田路隧道部分路段。2011至2013年，香港港島線西延上環至西營盤隧道（香港第二次在鑽挖隧道工程中使用凍土法，以便鋸斷隧道上方阻礙鑽挖的樓宇樁柱；同時亦是世界首次使用隧道拆卸機，以拆卸阻礙鑽挖的舊越位隧道）。2012至2013年，我國北京地下直徑線（又稱前三門隧道）。
2013至2019年，香港貫通新界屯門區及大嶼山赤鱲角香港國際機場的屯門至赤鱲角連接路，工程使用2台高達17.6米，用全球體積最大TBM進行工程，分別命名爲“黃蓉”及“蓋亞”。
2014年起，沙田至中環線，共使用6台隧道鑽挖機，分別負責馬仔坑遊樂場至鑽石山站、鑽石山站至啓德站、土瓜灣站至何文田站（分上下行隧道）、會展站至金鍾站路段。2014至2017年，香港龍山隧道北段（南段仍采鑽爆工程，于2017年7月完成）。
2014年開始建設引漢濟渭工程秦嶺引水隧道。2016年，武漢軌道交通7號線的三陽路公鐵隧道。預計2018年起，深圳地鐵第四期：東莞軌道交通1號線深圳段其中4.3公裏隧道、12號線其中約20多公裏隧道、13號線其中約16公裏隧道、14號線其中46.6公裏隧道、16號線其中22公裏隧道，軟土、岩石及混合地質鑽挖機均會使用。
預計2019年起，中九龍幹線主隧道其中1.5公裏路段。。。
大直徑全斷面岩石隧道掘進機作爲國之重器，一個多世紀以來，這一設備一直被國外壟斷，在TBM下線之前，國內的工程建設需求全部依賴進口。1996年，第一台TBM引進我國，被用于秦嶺鐵路隧道的施工，這台進口TBM價格爲3.8億元，“當時我們的工資還不到一千元（1998年年中大學教師工資從五百多元調整爲八百多元，1996年大學教授的工資還沒有一千元，但是企業不同，企業主要靠獎金），我被深深震撼了。”彭某陽回憶。這些進口産品價格高昂，標准化的産品卻不見得適用于我國地質，出現問題維修困難。
2011年下半年，鐵建重工與浙江大學、中南大學、天津大學，以及施工方中鐵十八局攜手研發國産TBM，突破了大功率、變載荷、高精度電液控制系統設計與集成技術、關鍵部件狀態監測等核心技術。此外，還根據引松供水工程隧洞“長距離、大埋深、高應力、高水壓、高地溫、大湧水、易岩爆”等地質特點和技術難點，針對性地研發出了這台價值1.8億元的“長春號”TBM。
2014年12月27日，擁有自主知識産權的國産首台大直徑全斷面硬岩隧道掘進機(敞開式TBM)，在湖南長沙我國鐵建重工集團總裝車間順利下線。它的成功研制打破了國外的長期壟斷，填補了我國大直徑全斷面硬岩隧道掘進機的空白。
2017年8月20日，采用我國自主研制的首台TBM硬岩掘進機施工的我國重點項目——吉林省中部城市引松供水工程總幹線22.6公裏引水隧洞貫通，爲該項目按期在2019年年底建成通水奠定了基礎。吉林省中部城市引松供水工程將松花江水由豐滿水庫調入吉林省中部城市，輸水線路總長263.45公裏，總投資101.77億元，是吉林省有史以來投資規模最大、輸水線路最長、受水區域最廣、施工難度最高的大型跨區域引調水工程。
2020年9月9日，國內首台新型敞開式TBM（隧道掘進機）——“北江號”在中鐵某局集團參建的廣州北江引水工程正式開始掘進。從2008年第一台具有自主知識産權的複合式土壓平衡盾構機下線，到如今盾構訂單超過1200台、出廠1000台、出口21個國家和地區，成爲世界知名的我國盾構行業領先者，支撐中鐵裝備快速發展、我國盾構機産業爆發的，正是創新創造。
最近3年，我國盾構機産銷量世界第一。我國是世界上隧道及地下工程規模最大、數量最多、地質條件和結構形式最複雜、修建技術發展速度最快的國家，湧現出了以中鐵裝備爲代表的我國隧道掘進機企業的佼佼者，誕生了我國最大直徑泥水平衡盾構機、世界首台馬蹄形盾構機、世界最大直徑硬岩掘進機等一系列標志性、創新性産品，並不斷向世界最大、世界最小、世界首台發起沖鋒，在世界隧道掘進機領域刷新我國高度。
盾構機在國內的高鐵建設中功不可沒，在高鐵運行中,乘客玩手機、欣賞窗外的風景，惬意舒適。 我國目前就有幾條最“難熬”的高鐵線路，幾小時左右大部分時間在隧道山谷中穿行，不僅無法欣賞風景，噪音大，手機信號還很差，但是這些以隧道爲主的高鐵線路，卻縮短了群衆的旅行時間。
亞洲最長高鐵隧道—滬昆高鐵隧道壁板坡隧道位于雲貴高原滇黔兩省接壤地帶，全長14756米，隧道進口位于貴州盤縣，出口位于雲南富源縣。2015年6月9日訊，亞洲最長高鐵隧道—滬昆高鐵壁板坡隧道日前貫通，隧道全長14.7公裏，地跨雲南和貴州兩省。2016年滬昆高鐵全線通車後，旅客從昆明到上海只需要10小時左右，比現在縮短近30個小時。
壁板坡隧道全長14756米，穿越滇黔兩省交界處，于2010年12月開工建設。隧道穿越的山脊是元代以來中原內地進入雲南最重要的通道，被稱作“入滇第一關”。因此，隧道的貫通意味著入滇高鐵大門的打開，爲滬昆高鐵2016年全線開通運營奠定了基礎。
壁板坡隧道先後多次穿越斷層、岩層接觸帶、高壓富水區、煤層采空區等不良地質。隧道最大埋深達735米，最大日湧水量達32萬方，施工難度和安全風險極大，是滬昆高鐵全線3座Ⅰ級風險隧道之一。隧道采用“進口合修、出口分修”的設計形式，從示意圖上看，鐵路線如同一個“人”字穿越大山，這樣的設計在我國鐵路隧道建設中尚屬首次。
攻克國內鐵路建設最大溶洞，建成國內首座鋼管混凝土轉體拱橋、世界最大跨度的公鐵兩用鋼箱橋和最大跨徑中承式鋼混結合提籃拱橋……剛剛開通的成貴高鐵有不少世界、我國“之最”。
成貴高鐵沿線地形條件極爲複雜艱險，線路從四川盆地，一路至雲貴高原，高度從200米爬升至2000米以上。地形地貌的劇烈變化，使得成貴高鐵全線面臨著多樣而複雜的地質條件，其中以煤礦采空區、天然氣地段、岩溶以及深切峽谷最爲典型，這些帶來了諸多設計難題。。。
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：波卡廷森林大屠殺，萬人坑落葉的沉默