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地底探险的秘密武器：隧道掘进机究竟是怎样运作的？
隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM），也被形象地称为「地鼠」或「虫子」，是专用于开凿隧道的机械装置。这些隧道可以穿越坚硬的岩石、潮湿或干燥的土壤，甚至是沙子。由于每种地质条件都需要相应的技术，隧道掘进机的设计也各有不同。 TBM相较于传统的钻探和爆破方法及人工挖掘能够更有效地减少对周边土壤的扰动，且所产生的隧道壁面更为平滑，这不仅降低了隧道内部的结构成本，还使其在城市地区的施工更加合适。
隧道掘进机以其最高可达每周700米的开挖速度，彻底改变了隧道建设的效率和方式。
隧道掘进机的工作方式可分为几个主要部分，包括了前端的切割头、主轴承、推进系统、挖掘材料移除系统及支撑机构。根据现场的地质条件、地下水的存在量等因素，机器的设计和运作模式会有所不同。值得注意的是，隧道掘进机的开挖速度随着历史的演变显著增长，从19世纪的每周4米上升至21世纪可达700米，这是科技进步的明显体现。
隧道掘进机的历史
随着对隧道技术的需求不断上升，隧道掘进机的历史也相当悠久。最早的隧道掘进相关发明可以追溯到1800年代，英国的马克·伊莎卜特·布鲁内尔爵士于1825年设计的隧道盾构即是最早期的隧道开挖工具。然而，真正意义上的隧道掘进机则是随着时间的推移和技术的进步而不断演变。
「隧道掘进机不仅是行业的重大进步，更是改变城市地下建设的关键所在。」
在19世纪中叶，亨利·莫斯（Henri Maus）设计了第一台报告成立的隧道掘进机，但是直到20世纪，这些技术才真正开始发挥作用。 1912年一位美国工程师发明的机器被用来挖掘美国西北部的胡萨克隧道，标志着隧道掘进机的一个重要里程碑。
隧道掘进机的种类
现今的隧道掘进机可基于不同的地质特征及挖掘需求分为多种类型，其中最基本的包括了盾构式TBM和主梁TBM。盾构式TBM通常用于土壤中挖掘，并在其后安装混凝土段来支持隧道墙面；而主梁TBM则不会安装这些混凝土段，而是利用地面支撑技术来保持稳定性。
「每一种TBM的设计都对应特定的地质状况，使得挖掘过程更加高效安全。」
此外，区分隧道掘进机的还有开口面和抗压方式的不同，比如开放式软土TBM专为低强度土壤而设计，并能在挖开带来的空间不需要即时支撑的情况下工作。隧道掘进机的多样化设计体现了不断适应不同施工要求及环境的必要性。
城市及近地面隧道施工
在城市采用隧道掘进技术时，特别需要考虑到地面未受扰动、土壤沉降的问题。这要求隧道掘进机必须在施工过程中保持土壤压力，而这通常透过使用正面控制的TBM来达成。这些TBM能有效降低地表沉降及空隙形成的风险。
无论是挖掘地铁隧道、铁路隧道或其他城市基础设施，隧道掘进机都在地下工程中发挥着至关重要的作用。随着技术的进步，未来的隧道掘进机将会更加高效并能够适应更加复杂的地质环境。
在众多隧道掘进技术的演变中，哪一种技术最能应对未来城市基础建设的挑战呢?
