为什么挖火车隧道很少用盾构机而地铁就可以？

这是一个沉重的话题，就像今天我国芯片技术被封锁一般，盾构机在当年也被其他国家联合封锁过，值得庆贺的是，我国科学家在被技术封锁的困境之下，突破重重障碍，最终成功研发出了享有“地下蛟龙”美誉之称的盾构机！

1953年至今，我国在盾构机领域，从“一无所有”到如今占据全球三分之二的市场，仅仅用了67年！

这篇文章有点长，我想尽可能多写点关于盾构机的知识，揭开我国盾构机的崛起之路，其中的坎坷应当时刻牢记。

当然文中也会解答“为什么盾构机不能用来挖火车隧道，反而可以挖地铁隧道？”

以前挖隧道都是靠蛮力，就是用大锤不断敲击岩石，全程都是人工，就算24小时不休息，一天也就挖个1~2米。

后面采用的是风镐挖掘，利用压缩空气震碎岩石，但这挖掘速度每天也就6~8米。

1825年，第一代盾构机正式投入应用，英国为之欢呼，这意味着他们的综合国力将会得到显著提升，因为盾构机的挖洞速度，是以前的8~10倍！

本来一个为期50个月的工程，现在只要5~6个月即可，这意味着他们不仅可以节省大量人工，而且还能在有限的时间中，建造更多工程！

然而盾构机涉及到力学、光学、机械、土木、电气、液压、传感等学科，综合国力不强，根本造不出来，所以盾构机是衡量一个国家地下施工装备制造水平的重要标志。

盾构机对于基础建设的作用，就跟光刻机跟芯片之间的关系一样！

我国的基建速度能如此之快，也是得益于盾构机带来的便捷。

有一天，工程师布鲁诺尔十分烦恼，因为快速挖掘隧道的难题一直无法攻克，突然他灵光一闪，想到了令航海人都十分头疼的凿船贝。

以前都是木船，而凿船贝是一种生活在木头中的蛆，它会从内部不断破坏木质结构，其臭名昭著程度堪比白蚁。

布鲁诺尔立刻找来几条凿船贝，并且日夜观察它们的一举一动，突然他开悟了，挖掘隧道也能用凿船贝的这套方法！

灵光如泉涌的布鲁诺尔立即开始研发，最终发明了第一代盾构机（手掘式）。

盾构机的本质是一个圆柱体，在力的推动下对前方土壤进行挖掘，前面的刀盘能高效切开泥土及岩石，外层的“盾”既能保护内部组织配件，又能临时支撑还没有衬砌的隧洞。

整个盾构机由由掘进、同步注浆、出渣、渣土改良、拼装、密封、导向等系统组成。

你可以理解为，前面在“吃土”，中间在“加工”，后方在“衬砌”，整个过程行云流水。

盾构机的核心技术就是刀盘驱动系统，它由电机、减速器、主轴承等组成，其中主轴承是整个驱动系统的核心。

在幽暗的地下，盾构机主要靠毫米级激光导航技术，因为光线是直的，所以当中轴线上的感应器，感应到激光时，就会循着光线的方向一直挖，当然工程师也可以分次多段调整方向。

我们是在1953年开始使用盾构机，但在那会，我国还没有盾构机，所以只能向其他国家购买，而那会主导全球盾构机市场的，基本都是西方国家。

以前单纯靠人力挖隧道，一个是慢，另一个就是容易出事故。

所以为了提高基础建设速度，减免不必要的牺牲，我国只能向其他国家购买盾构机，比如1996年，我国为了快速修建秦岭隧道，只能花7亿向德国购买2台盾构机，1996年的7亿是什么概念……可我们又有什么办法呢。

事情还不止于此，虽然在盾构机的发力下，挖掘速度有明显提升，但很快盾构机就出现了问题，估计买过来的质量本来就不怎么好，后来没办法，只能喊国外维修员过来修。

结果维修员所有的开销都要由我们报销，气人的是，往往一个简单的故障，磨磨蹭蹭的浪费了很多时间，严重影响施工进度，最气人的是，他们在维修时，禁止让我国工程师在一旁观看。

自己买的设备，找人来修，维修费昂贵、维修时间长暂且不说，关键还不让主人家在一旁看，简直没处说理去……

不过总的来讲，秦岭隧道在使用了盾构机后，工程大幅度提前完成，但老是被人“卡住脖子”也不是个事，于是我国开始自主研发盾构机，并且把此研发项目加入“863计划”。

2004年，经过专家的不懈努力，终于造出了“先行号”样机。

2006年，“先行2号”正式批量生产。

2008年，我国成功研发第一台拥有自主产权的复合式盾构机“中国中铁一号”，从此打破了其他国家的技术封锁！

2012年，“天和一号”打破其他国家的垄断局面。

此后我国继续加大研发盾构机力度，不管是硬岩掘进机、泥水平衡盾构机还是土压平衡盾构机，都成为了全球名列前茅的存在。

2019年，我国首次向法国出口两台大直径土压平衡盾构机。

今时今日，我国盾构机在国际市场上大放异彩，牢牢占据着全球2/3的市场，从“一无所有”到“盾构机出口大国”，我们仅仅用了67年！

相信不久的将来，我国芯片技术也能突破重重封锁，同样像盾构机一样，在全球市场中大放异彩！

其实对于“盾构机”的理解，国际跟国内略有不同，国际上对于盾构机是广义上的理解，而我国习惯把适用于软土地层的隧道掘进机，称之为“盾构机”，用于岩石地层的隧道掘进机，称之为全断面硬岩隧道掘进机（TBM）。

盾构机为什么不适合用来挖火车隧道？

火车隧道穿过的是山体，岩层坚硬厚实，地质结构复杂，有时候还会面临涌水、岩爆、断裂带等问题，其实盾构机或TBM要挖，也能挖，但是没必要。

火车隧道距离很短，犯不着用盾构机、TBM，而且光运输就是个难题，有些荒山僻岭的，怎么把机器运过去？

现在基本上都是爆破法，周边没多少居民、郊外存放炸药安全、审批难度低，可能爆破法最后也就花个几千万，然而盾构机、TBM光造价就数亿，完全得不偿失，主要是隧道距离太短了，没有地铁几十公里那么长，没必要用盾构机或者TBM

盾构机为什么适合用来挖地铁隧道？

地铁隧道多建造于人类活动范围之内，周围建筑物居多，地下还有各种电线水管，爆破法不适合，而且稍有差池，影响甚大！

盾构机就能完美解决这些难点，虽然盾构机成本高达数亿，但地铁隧道往往一挖就是几十公里，从成本上来说，使用盾构机更合算，而且速度还快。

此外，施工人员在盾构机的保护下，安全性得到了保障，地下又都是软土，盾构机在下面施工，并不会对地面造成较大影响，甚至你站在地面，浑然不知脚下有这么一个庞然大物在运作。

所以从施工难度、经济效益等综合因素考虑，地铁隧道适合盾构机，火车隧道适合爆破法。

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为什么挖火车隧道很少用盾构机而地铁就可以？

这一点我还是比较有发言权的，因为我就是从事工程建设方面的，而且我在武汉市，刚刚参加完一个地下盾构隧道的工程建设，再加上我之前多年从事铁路工程建设的工作经历，我来解释一下，为什么城市的地铁多数都用盾构隧道的方法？

为什么铁路隧道多数用矿山法，而不使用盾构机？而地铁工程却用盾构机比较多呢？首先我们的地铁多数是建设在城市的中心，繁华地带。这种特殊的地理位置就决定了我们修建地铁不可以使用矿山法，也就是爆破法开挖，我们可以试想一下，如果在城市里面建筑物比较多的地方，在地下使用爆破进行开挖的话，那么频繁的爆破会对周边的建筑物产生比较大的影响，存在着非常大的安全隐患，而且爆破巨大的噪声也是会非常影响城市的文明的。而且在城市里面人员的密度比较高，无法在人员密度如此高的地方存放以及使用炸药，只要炸药的管理出现了任何疏忽将会造成非常大的安全隐患，所以城市地铁为什么不能使用矿山法？也就是爆破法进行开挖，是因为受到了种种原因的限制，其中最主要的原因就是安全问题。

那么地铁工程不能用矿山法用盾构机进行掘进就比较合理了。那么为什么呢？首先，盾构机使用相对来说比较安全，对城市的地下地表的影响比较小，基本上不会造成地表的沉降，而且没有爆破的噪音，非常安静，对城市基本上没有什么影响。而且盾构机虽然一次性投入比较大，往往一台大型的盾构机造价要一个多亿人民币，但是他因为掘进速度比较快这样的话，效益就比较好。又因为盾构壳体是一个封闭封闭的环境，施工人员全部在盾构机的可体的保护下进行施工，基本上不存在隧道塌方的可能性对施工人员有着良好的保护作用。掘进速度比较快效益比较好，又对城市的相关建筑地表没有什么很大的影响，因此，地铁工程采用盾构机进行掘进比较多。

而相反，铁路火车隧道基本上不采用盾构法，因为铁路的火车隧道基本上地理位置比较偏远离城市，而且铁路火车隧道一般距离并不长，因此，采用矿山法也就是爆破法，还是相对来说比较经济的，在相对比较偏的地方，也可以使用爆破法，对城市的居民没有什么影响，基本上周边也不会存在有多少建筑物。在铁路隧道周边存放炸药也相对来说比较安全，毕竟建立炸药库，要经过层层的审批，当地公安机关也会进行严格管理，基本上可以放心的使用。使用矿山法爆破开挖掘进的话进度也基本上能够满足要求。

所以铁路隧道基本上都采用矿山法爆破法开挖，当然了，也可以采用盾构机进行开挖技术上完全没有问题，但是铁路隧道往往距离并不长，造价没有那么高采用盾构机进行掘进的话，成本过高不划算不经济。

为什么挖火车隧道很少用盾构机而地铁就可以？

你看见过地铁隧道或者火车隧道的开挖吗？经常看新闻报道的人就会在地铁建设的新闻报道中看到盾构机这个名字。比如长沙地铁六号线河西段首台盾构机顺利始发，许多人看到这样的新闻感到一头雾水。其实盾构机是地铁建设中取得重大突破的好帮手。

许多人认为火车隧道和地铁隧道的施工方法是一致，事实未必如此，两者的区别还是很大的，题主说挖火车隧道不用盾构机而地铁可以，这个命题本身不严密，那么它们各是用什么机械开挖的呢？各自有哪些优势和劣势？

关注地铁建设的人，对这个词语一定陌生。盾构机是地铁在施工过程中经常使用的一种器械。

发明盾构机的灵感，据说来源于船蛆，这种生物主要是寄存在船只的木材中，这种小虫把坚硬的木头一点一点打通，钻出一个又一个的洞穴，逐渐把木头变得柔软，最终把木头给蛀坏了，它对船只具有很大的损坏作用。

据说，有一位法国工程师布鲁诺在修建泰晤士河隧道时，到了修建海底段隧道时，遇到了很大的困扰。

一筹莫展的他冥思苦想也找不到解决的办法，有一次，他无意中看到了船蛆在船体中钻洞，他发现船蛆在钻洞的过程中，会从体内分泌一种液体涂在孔壁上形成保护壳，以抵抗木板潮湿后发生的膨胀，突然他有了灵感。

1818年，布鲁诺尔设计了盾构结构的机械系统，采用了全断面螺旋式开挖的分闭式盾壳。

他用一种金属圆柱体，里面有复杂的机械和辅助设备，由千斤顶推动金属桶框向前水平前进，并由金属桶框支撑土体，防止塌方，之后对金属桶框进行衬砌施工。

这是最初设计的原理，后来随着技术的发展，又有了一定的改变，不过最基本的原理还是一致的，在挖掘隧道的时候，同时建设盾片，起到支撑作用，这样能提高挖掘的效率，增加安全性。

传统的隧道施工方法是敞开式施工法，这种施工法往往需要地面上进行大面积的拆迁，会阻断交通，在施工的过程中产生噪音，有时还会造成地面沉降，影响居民的正常生活。

现代的盾构掘进机加入了高科技元素，集光、电、机、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削、土体输送、土渣拼装、隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。

这种新型的盾构掘进机可以根据不同地质类型进行量衣裁体，对施工的地质、土木、机械、测量等问题都能全面解决。

这种盾构掘进机目前已经广泛运用于地铁，铁路，公路，市政，水电等隧道工程。当需要施工的隧道的洞线较长，或工程需要埋深较大的情况下，用盾构机施工能够节省人力，一次成洞，不用受到气候及地面建筑物的影响，较为经济适用。

自从有了盾构机之后，地铁隧道的开挖建设可以节省许多人力物力，对周围环境的影响大大减小，还能提高工程的施工速度，提高施工的安全性。

01、地铁施工在城市地下，土壤多为软土。

众所周知，人类的城市往往建设在水草肥美，土地肥沃的平原之地，这些城市的泥土多为软土。

而地铁大部分是出现在人口密集的大城市，是在城市的地下施工。这些城市地面建筑物较多，交通繁忙，地下建设地铁时，必须确保不影响地面人们的工作及生活。

02、地铁隧道施工用盾构法可以提高安全性。

在这样的区域挖隧道，采用盾构机施工无疑是最适宜的。盾构隧道施工时，大部分采用机械，安全风险性小，可以防止地表沉降。

另外，在施工过程中难免会穿越一些敏感的建筑物，在施工过程中，边施工边盾构会对地表的建筑物起到保护的作用。

03、地铁施工的范围较小

地铁大多是单线单洞隧道，对隧道的限界要求较小，施工范围也相对较小，一般六米直径的隧道就可以满足大部分城市选用的B型车。

因此，盾构法用在地铁隧道建设中是首要选择。

有人说铁路隧道的施工不用盾构机，这种说法过于绝对，只能说在铁路隧道的施工中，少用盾构机。这是为什么呢？

首先，是施工对象的不同。地铁隧道是在大城市，施工时，面对的是少有岩石或者没有岩石的软土，但是铁路隧道或者公路隧道大部分位于山区。

山区的山体大部分是岩质结构，岩石很坚硬，盾构机在开挖土体时，主要依赖机械前方的刀盘上的刀具进行切割，如果开挖岩石，对盾构刀具的磨损很大，而更换刀具，一个方面存在一定的风险，另一个方面，刀具价格昂贵，也不够经济。

其次，公路和铁路的修建对环境的要求没有那么严格。大部分公路隧道或者铁路隧道，由于修建在山区，而山区的环境较为简单，不用过多担心地表沉降，这时可以选择成本较低，技术成熟的矿山法施工。有时甚至可以采用爆破法。

再者，公路隧道对限宽要求较高，还需要做到通风照明，一般情况下，两车道的公路隧道宽度在十米以上，如果是三车道、四车道最大的开挖宽度可能要超过20米。而国内直径最大的盾构机大约在15米左右。这不大适用于公路隧道的建设。

最后，山地地形较为复杂，交通不便，运输盾构机是一个难题。

一般在山地建设高速公路或者地铁隧道时，多采用硬岩掘进机，或者用三臂凿岩机挖掘，挖掘出来的渣石，由渣车队往外拉，挖掘一段，加固一段，慢慢的就建成了我们所能见到的隧道。

说到底隧道施工方法的选择是要考虑多个因素的，最终采用的方法一定是经过设计人员不断论证后确定的最优方法，设计人员一定是从安全、经济、便利等方面进行考虑。

所以，盾构机大部分用于地铁隧道的施工，而公路、铁路，特别是高铁隧道的施工中，比较少见！

为什么挖火车隧道很少用盾构机而地铁就可以？

观点片面。

如今我国铁路隧道也在推广使用盾构机施工，只是普遍性不如地铁，且使用的盾构机类型不同而已。

我国地铁大多建于平原地区，地铁隧道层地质构造简单，且多为泥土结构，很少有岩石地层，因而普遍使用的是技术要求低、功率小、刀具磨损小、施工成本低的泥水平衡型盾构机来施工。

而铁路隧道多位于山区，不仅地质构造复杂，还面临岩、沙、土等多种岩土结构，更面临岩爆、断裂带、涌水、瓦斯等地质灾害，施工条件恶劣，不是某种类型的盾构机就能适应施工要求的。在这种情况下，仍不得被迫采用爆破等方式施工。

另外，地铁因速度慢、车厢少，因而隧道直径（双线）较小，但也不只有6米，而是要达8米以上。普铁隧道直径一般要达12米，高标准高铁（指设计时速350km高铁）隧道直径更要达14米，但这绝不是难度。如今我国盾构机直径普遍己达10～14米，最大的己达近16米了！

为什么挖火车隧道很少用盾构机而地铁就可以？

火车隧道用的是全断面隧道掘进机，简称TBM。这个TBM在宏观原理上面就属于隧道施工中的盾构施工法。

这句话是不是有点绕？

给你看看TBM全断面隧道掘进机长啥样，你就知道为什么有的地方，或者是一个媒体的新闻稿上面，就直接称为盾构机。（当然个人感觉不太严谨，如果通俗的理解，可以说这就是盾构机的一个大分支）

这就是中国第一台应用于铁路隧道（硬岩石隧道）的开敞式隧道掘进机。这是当时的中铁隧道局研发的开敞式隧道掘进机。

从速度上来说，算是比较快的，最高速度每天41.3米。当然这里面的最高速度是在岩石硬度较低的状态下实现的。倘若是岩石硬度比价高，很可能存在一天掘进距离只有2-3米的情况。

不同的地质环境，对隧道的挖掘有不同的工艺。并不是所有的地铁隧道都适用盾构机。

2012年青岛地铁线施工的时候，在市北区一些建筑里面，都能感觉到震动。那就是使用的隧道挖掘比较常用的办法：钻爆法。不要以为闹市区就一定不用钻爆法，为应对不同的地质环境，一条隧道可能要采用多种开掘方法融合到一起。

所以在地铁，水务，火车等隧道开掘中，主要的方法有很多种。

（1）山岭隧道施工方法：矿山法（钻爆法）——传统矿山法、新奥法，掘进机法（这包含了上面说的这种TBM方法，还有一种是臂式掘进机）

（2）浅埋及软土隧道施工方法：明挖法、地下连续墙法、盖挖法、浅埋暗挖法、盾构法

（3）水底隧道施工方法：沉埋法、盾构法

简单聊聊几种方法，这才是决定使用不同的隧道开掘方法的原因，千万不要上来就想着开掘一个隧道就用盾构机。

1、山岭隧道施工的矿山法：这是早年脱胎于采矿业的方法。

山岭隧道施工的矿山法因最早应用于采矿坑道而得名。它在多数情况下需要钻眼爆破进行开挖，故又称钻爆法。其施工适用范围广，不受隧道断面尺寸和形状限制，对各类围岩均适用，工艺成熟，经验丰富。

①传统矿山法（即钻爆开挖加钢木构件支撑）以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形后，逐步将临时支撑撤换下来，代之以整体式厚衬砌作为永久性支护。

② 新奥法即奥地利隧道施工新方法（New Austrian Tunnelling method——NATM)，它是钻爆开挖加锚喷支护的施工方法。

矿山法的优点是前期投入小，施工准备周期短（不是施工周期短），技术人员测量后，钻眼，放炮，就可以开干。早年的国内不少隧道，那个时候大会战的模式，用血肉堆出来的隧道就是这么干的。

这个缺点其实也比较明显，在超长隧道施工中，例如超过5KM以上的隧道，工期较长，且容易出现安全生产事故。

钻爆法开掘隧道

这都是现代化程度较高的钻爆法的施工现场了。机械打孔，要是放到以前，那可是非常辛苦的。

2、山岭隧道施工的掘进机法

隧道掘进机施工法是用隧道掘进机切削破岩，开凿岩石隧道的施工方法。

与钻爆法开挖隧道施工过程相比，掘进机施工的过程是连续的，具有隧道工程“工厂化”的特点。其优点为机械化程度高，安全、劳动强度低，对地层扰动小，衬砌支护质量好，通风条件好等；其缺点为对地质条件的依赖性大，设备的型号一旦确定，开挖断面尺寸不可改变，一次性投资大等。

这就是我们要说的，掘进机部分了。尤其是铁路在丛山峻岭中，各种岩石，岩石断层，水涌等等情况，在5km，甚至是10KM以上隧道中，很容易出现。

两种隧道掘进机械：

（1）臂式掘进机(Boom-type Roadheader)；

臂式掘进机

这种掘进机在开矿，隧道开掘中都有大量使用，国内生产企业也比较多，例如大家熟悉的通用工程机械厂三一，徐工，都有生产。不少专用机械厂例如郑煤机等都有生产。

（2）全断面隧道掘进机，简称TBM。

这种全断面的掘进机生产的就很少了。国内现在最大的，也被列为十大国之重器的“彩云号”掘进机，目前就在云南大瑞铁路高黎贡山隧道服役中。

硬岩掘进机“彩云号”在隧洞内

“彩云号”2017年8月1日在昆明中铁电建总装车间下线，整机长度约230米，重1900吨，刀盘开挖直径达到9.03米。目前国内还在研发15M直径的掘进机。

全断面掘进机类型其实也有多种类型：

(1) 开敞式掘进机：适合于中硬岩及硬岩隧道；

(2) 护盾式掘进机：适合于软岩且破碎、自稳性差或地质条件复杂的隧道；

(3) 扩孔式掘进机：适合于隧道断面较大、采用其他全断面掘进机一次掘进技术经济效果不佳时采用。

TBM和盾构机在施工中的不同点：

TBM和盾构机不同的几点在于，盾构推进的反力由衬砌环承担。

衬砌环

铁路隧道施工中，尤其是岩石隧道，一般都不是采用直接上预制衬砌环，而是采用现浇筑的办法。（非硬岩石隧道，有些也是具备条件使用衬砌环）

聊完上面的掘进机，还要聊聊经济效益的问题。

不单单是掘进机，就是大家熟悉的盾构机，造价也比较高昂。而且有使用寿命，所以在不少新闻中，我们能够看到一个词：再制造盾构机，或者是再制造掘进机。

所谓的再制造的含义，就是更换刀头部件，以及内部的各种轴承等部件，把以前的掘进机或者盾构机完好的部件再继续使用。

对于在软土中的盾构机来说，地质环境对于盾构机的冲击力还比较小。但是在岩石隧道中使用的TBM，要承受的冲击力比较大，而且会出现水涌的情况。针对水涌的时候，需要提前勘探，并且进行灌浆硬化等处理。所以真正的隧道挖掘其实是一个系统工作，并不是说一个盾构机下地就开始干就行了。

盾构机成本：

德国土压平衡盾构机造价: 6000万人民币/台，使用寿命约为6～10km；

日本产盾构机约为：4000万人民币/台， 使用寿命约为4～6km。

这种都是比较常见的应用于水务管道，地铁隧道的盾构机，本身地铁线路就标准都比较一致，并且一个城市的线路规划里程都有200-300KM，这种情况使用盾构机在设备摊销成本上面都比较合算。

对于岩石隧道来说，就需要考虑更多的细节。所以即使是全断面掘进机国内也是近十年才大力攻关掌握多个技术核心。

可以看一下这是近年来的在掘进机，盾构机领域的重大专项计划。

总结来说，国内隧道开掘技术确实是全球顶尖的水平。当然还有上升的空间。

为什么挖火车隧道很少用盾构机而地铁就可以？

我认为火车隧道很少用盾构机主要有以下几个方面的考虑。

一，成本问题。火车隧道和城市地铁不一样。火车隧道一般要求直径十二米以上。而城市地铁只要直径六米就可以了。说穿了地铁用小型盾构机就可以。火车隧道要用大型盾构机。小型盾构机成本三千万到七千万。大型盾构机就要三五个亿了。

二，施工难度。火车隧道大部分在高山峻岭之间。由于运输条件限制，在有些地方安装、施工是非常困难的。

三，基础条件。大型盾构机用电量巨大有些地方达不到用电的功率。

四，技术支持。大型盾构机需要高质量的技术人才。太偏僻的地方很多人都不愿意去。所以发生问题很难及时解决。

好了。这些问题不解决。盾构机就很难应用到铁路隧道建设上。但是也不是没有铁路盾构机隧道。著名的广深港狮子洋海底隧道就是盾构机打通的。我为亲自参加过这一举世闻名的海底隧道工程建设而自豪。但是随着我国科技飞速发展，会有越来越多的盾构机加入社会主义建设的行列。不但用于地铁，就是铁路、公路、水利建设甚至地下电缆敷设都会考虑用盾构机开凿隧涵。著名的南水北调工程就大量使用了盾构机。