序言
这是常驻人口2000多万的上海，这里有灯火通明的高楼大厦，也有四通八达的地铁网络。
地铁已经成为了这个城市通勤最不可或缺的交通方式。
高峰时段，每条线的重要站点，在开门的瞬间，就像一个释放了氢气的气球，噗地一声就往外炸出了形形色色的上班族。
而在乘坐地铁的时候 ，你有没有想过，地铁到底是如何建造的呢？
这一期小鲸就带大家了解下，地铁的建造神器-盾构机。
盾构机发明
在说起这个盾构机之前，我们先来了解下它的发明者。
1818年，法国工程师布鲁诺尔无意中看到了一条凿船虫，它一边蠕动一边在木头上钻洞，同时从体内分泌了一种黏液来加固洞穴。
这次意外的发现激发了他的灵感，于是他就提出了盾构挖掘隧道的原理，并在1825年研制出了矩形盾构机，首次应用于英国泰晤士河隧道工程。
这台盾构机利用千斤顶在松软的土壤中向前推进，挖掘工人在盾构机内部一面挖掘，一面在隧道内部堆砌砖头。虽然它还是手倔式盾构，但却是人类第一台盾构机。
国内盾构机
看完了国外的，再来看看国内盾构机的发展。
咱们国家是在1953年才开始采用盾构进行隧道修建，晚了国外128年。
而在2009年之前，中国大约有85%的盾构掘进机依赖进口，其中当时的德国海瑞克公司，就占据大陆盾构机市场70%以上。
发达国家垄断着技术和市场，咱们没有任何议价权。
比如1997年，咱们在修建西康铁路秦岭隧道时，从德国这家公司引进了第一台隧道掘进设备，当年买两台机器就花去了咱们７个亿。
而且出了故障只能等待外国工程师来维修，除了要支付给他们每人每天3000美元的薪水之外，维修现场还拉着警戒线，以防咱们靠近观看学习。
这不是“花钱还要看脸色”嘛，所以为了摆脱西方国家的控制。咱们被逼无奈从设计图纸起步，在毫无经验的背景下，开始摸索制造自己的盾构机。
2008年4月，咱们研制出第一台，拥有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机-“中国中铁1号”，打破了洋盾构一统天下的格局，也拉开了咱们盾构机产业化发展的序幕。
2020年的9月29日，具有里程碑意义的、咱们自主研制的第1000台盾构机在郑州下线。
这台直径8.64米的土压平衡盾构机，也叫粤海14号，将用于广东珠江三角洲水资源配置工程。
盾构机工作过程
那么盾构机是如何工作的呢？
一般来说，在盾构机前面有一个圆形刀盘，刀盘上安装了很多金刚刀片。
工作时，在千斤顶的推力下，刀盘旋转前进掘开土层，在推力的作用下，刀盘切削土体，通过调节螺旋机的转速、控制土舱的排土量，达到土舱与开挖面的土压力动态平衡。
同时盾构机的外壳需要承受土压和地下水压，壳内是错综复杂的机械长廊，刀盘削下的土会先被横向旋转的传送机转移到传送带上，再通过电瓶车运送到竖井下，最后通过吊车运出井外。
我们可以打个形象的比喻：
盾构机就是地下蛟龙，这条龙的嘴就是最前端的切削刀盘。它可以把地下的泥沙石头吃进嘴里，通过龙肚子里面的各种消化器官，螺旋传送机输送到皮带传送机，再通过渣土车运往后方。
同时盾构机可以一边挖土一边安装墙壁，所以盾构机开过，隧道就铺好了。
以前2000人挖一条小隧道大概需要5年左右，而现在用一台盾构机挖一条大型隧道仅需要5个月。
所以你看，盾构机可以大大节省工程效率！
盾构机种类
随着盾构机应用领域得不断扩大，咱们为适应不同工程项目的需求，盾构机的种类也越来越多。
目前生产的断面盾构机有多种形式：
例如圆形、双圆形、矩形，此外还有马蹄形等异形截面的盾构机。例如在江海中进行施工时使用大口径圆形盾构机比较适合；
而在城市中，由于楼房密集、为了施工时不影响地面上居民的正常生活，进行作业时一般选用小口径的盾构设备；
在地铁施工时，为了进一步增加空间利用率，提高整体的施工效率，矩形断面盾构设备也逐渐得以应用。
盾构机核心技术
正如在金庸小说中所说的，降龙十八掌无愧巅峰外功，号称掌法无双，天下第一。
盾构机乃国之利器，犹如“巨龙”，要想“降龙”须得练成“降龙十八掌”，而这里面的核心技术就是“降龙十八掌”。
核心技术包括哪些呢？
比如盾构机设计，核心部件和材料等等。
设计方面，小鲸举个例子。
仅以刀具为例，这就涉及到刀具布置多少个合适，高度多高合适、刀间距多长合适等等。
而且在实操工作中，盾构机还会碰上花岗岩、石灰岩，以及硬土、软土、淤泥、粉质粘土等不同地质施工环境的考验。
而这些都需要配备不同的刀具，做出最优的设计。
那么核心部件方面呢？
盾构机的核心系统，就是它的刀盘驱动系统。
刀盘驱动系统主要由驱动电机、减速器、大小齿轮、主轴承等等，电机通过减速器带动大小齿轮，通过主轴承带动刀盘旋转。
而其中的主轴承被称为盾构机的“心脏”，承担着盾构机运转过程的主要载荷，是刀盘驱动系统的关键部件。
同时因技术含量高，主轴承又是盾构机中所有零件里面最值钱的部分。
这些核心技术，现在已经牢牢掌握在自己手中！
并且涌现出一批像铁建重工、中铁装备、中交天和、上海隧道、三三工业、北方重工等这样的盾构机生产企业。
目前国产盾构机已占国内90%市场份额，并在全球市场上占据三分之二以上的份额。已有50多台盾构设备先后出口新加坡、阿联酋、意大利、法国等19个国家和地区。
所以，盾构机技术哪家强，老铁们，请在评论区上把这个国家的名字打出来！
盾构机与光刻机
看到关乎着国家基建的盾构机，已经处于全球领先了。小鲸不禁联想到咱们的光刻机领域。
可以说从盾构机到光刻机，历史总是惊人的相似！
我们知道目前的高端光刻机是被荷兰的阿斯麦公司垄断，其最高端的EUV光刻机开价1亿美金也不卖，还放出话来，光刻机图纸给咱们，咱们都造不出来。
一台超大直径盾构机，由上万个大小不一的零件组成。
而一台EUV光刻机有超过10万个零件、3千条电线、4万个螺栓、2公里长的软管等零散组件。
芯片制造设备虽然更为精密，和盾构机有很大的不同，不过是不是真的就比盾构机研发难度更大呢？
最近上海微电子突破了28纳米的光刻机工艺技术，预计在2021-2022年会交付28纳米的光刻机。
值得一提的是，它是浸没式的DUV光刻机，对标的是阿斯麦的DUV光刻机。它是由咱们完全自主研发生产的，产业链也都是国内的厂商。
可以说此次28纳米光刻机的突破，标志着国产光刻机的巨大飞跃。而每个国产化零件的背后都是许多科研人员的艰辛付出。
所以你看，当初盾构机没有图纸，咱们都能成功研制，而现在光刻机只是落后几代。
或许在我们身边有很多人认为“国人干不好光刻机”，其实不过是“隔行如隔山”罢了。
对于科研人员来说，这是一项科研攻关，只是这个课题是集齐了诸多顶尖技术“点沙成金”的国家团队的产物，为什么国外可以我们不行呢？
感悟
最后小鲸想说：
过去咱们喊破嗓子去低头求人，现在不如甩开膀子自己干。
现如今，中国超大型盾构机已经成了新的“国家名片”。国内对国产盾构机的疑虑已经基本消失，国外也不会再对中国的盾构机技术冷嘲热讽。
每个时代都有代表性的重大工程和重大项目，现在咱们上天有神舟，下海有蛟龙，入地有盾构机。
这些超级工程成为了时代的标志性符号，它们凝聚着中国人民的勤劳与创造，也见证着中国的复兴崛起之路。