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地底探險的秘密武器：隧道掘進機究竟是怎樣運作的？
隧道掘進機（Tunnel Boring Machine，TBM），也被形象地稱為「地鼠」或「蟲子」，是專用於開鑿隧道的機械裝置。這些隧道可以穿越堅硬的岩石、潮濕或乾燥的土壤，甚至是沙子。由於每種地質條件都需要相應的技術，隧道掘進機的設計也各有不同。TBM相較於傳統的鑽探和爆破方法及人工挖掘能夠更有效地減少對周邊土壤的擾動，且所產生的隧道壁面更為平滑，這不僅降低了隧道內部的結構成本，還使其在城市地區的施工更加合適。
隧道掘進機以其最高可達每週700米的開挖速度，徹底改變了隧道建設的效率和方式。
隧道掘進機的工作方式可分為幾個主要部分，包括了前端的切割頭、主軸承、推進系統、挖掘材料移除系統及支撐機構。根據現場的地質條件、地下水的存在量等因素，機器的設計和運作模式會有所不同。值得注意的是，隧道掘進機的開挖速度隨著歷史的演變顯著增長，從19世紀的每週4米上升至21世紀可達700米，這是科技進步的明顯體現。
隧道掘進機的歷史
隨著對隧道技術的需求不斷上升，隧道掘進機的歷史也相當悠久。最早的隧道掘進相關發明可以追溯到1800年代，英國的馬克·伊莎卜特·布魯內爾爵士於1825年設計的隧道盾構即是最早期的隧道開挖工具。然而，真正意義上的隧道掘進機則是隨著時間的推移和技術的進步而不斷演變。
「隧道掘進機不僅是行業的重大進步，更是改變城市地下建設的關鍵所在。」
在19世紀中葉，亨利·莫斯（Henri Maus）設計了第一臺報告成立的隧道掘進機，但是直到20世紀，這些技術才真正開始發揮作用。1912年一位美國工程師發明的機器被用來挖掘美國西北部的胡薩克隧道，標誌著隧道掘進機的一個重要里程碑。
隧道掘進機的種類
現今的隧道掘進機可基於不同的地質特徵及挖掘需求分為多種類型，其中最基本的包括了盾構式TBM和主梁TBM。盾構式TBM通常用於土壤中挖掘，並在其後安裝混凝土段來支持隧道牆面；而主梁TBM則不會安裝這些混凝土段，而是利用地面支撐技術來保持穩定性。
「每一種TBM的設計都對應特定的地質狀況，使得挖掘過程更加高效安全。」
此外，區分隧道掘進機的還有開口面和抗壓方式的不同，比如開放式軟土TBM專為低強度土壤而設計，並能在挖開帶來的空間不需要即時支撐的情況下工作。隧道掘進機的多樣化設計體現了不斷適應不同施工要求及環境的必要性。
城市及近地面隧道施工
在城市採用隧道掘進技術時，特別需要考慮到地面未受擾動、土壤沉降的問題。這要求隧道掘進機必須在施工過程中保持土壤壓力，而這通常透過使用正面控制的TBM來達成。這些TBM能有效降低地表沉降及空隙形成的風險。
無論是挖掘地鐵隧道、鐵路隧道或其他城市基礎設施，隧道掘進機都在地下工程中發揮著至關重要的作用。隨著技術的進步，未來的隧道掘進機將會更加高效並能夠適應更加複雜的地質環境。
在眾多隧道掘進技術的演變中，哪一種技術最能應對未來城市基礎建設的挑戰呢?
