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遁地巨獸:超大鑽機──《知識大圖解》

鑿穿山脈只靠幾把十字鍬絕對不夠力,本專題深入檢視隧道中的巨獸──潛盾機。

有時業界稱潛盾機為「大鼴鼠」,其用途為挖掘長距離隧道。潛盾機能採用不同的配置,以鑽鑿各式各樣的材質:沙子、泥土,甚至是堅硬的岩石。潛盾機有三個關鍵組件:鑽頭、液壓支撐系統與挖掘輸送帶,此外還有許多配件。

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本圖出自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第09期(2015年6月號),全見版請點擊此圖放大。

鑽頭是一個散置著許多圓盤的金屬表面,當鑽頭360度旋轉時,會產生巨大的壓力將圓盤壓在開挖面上。圓盤切刃在旋轉過程中會磨削開挖面,使材質鬆動(無論是岩石或泥土)成細小微粒,俗稱「渣料」。磨削出來的渣料落入「料斗孔」裡,也就是鑽頭上通往一連串有蓋料斗的開孔。料斗收到渣料後,會將渣料送至巨大的輸送帶上;輸送帶系統向後延伸,貫穿潛盾機的主要機體。

潛盾機尾端的輸送帶把渣料運至儲放區,該區是於隧道內就地挖掘並通往地面的巨型坑洞。履帶式或輪式裝載設備會把儲放區的渣料挖起並倒進翻斗車;這種大型的傾卸車專門在隧道與地面之間來回穿梭,負責運送渣料到地面。

潛盾機的挖掘過程中,最重要的關鍵在於能否維持穩定。輻射狀的液壓撐臂固定在超大鑽機的機體上,向外推撐隧道壁,讓潛盾機保持平穩。撐臂一方面固定潛盾機,讓潛盾機繼續向前推進,另一方面也支撐著隧道的土石結構。潛盾機得到支撐後,從機體內部延伸出來的幾個液壓缸把鑽頭的圓盤切刃緊緊壓在開挖面上,並持續往前挖掘。

在建造隧道的過程中,潛盾機也是各項安全措施的平台。安全措施包括岩錨、金屬網、鋼樑支撐結構,以及潛盾機尾端噴灑噴漿混凝土所必備的泵與噴嘴。噴漿混凝土是一種砂漿/混凝土的溼式混合物,用來塗抹與加固隧道壁。這些任務都在潛盾機的工作區進行,這裡的環片、錨鑽與金屬網安裝器半自動地固定隧道,使工人得以安全作業。

鑽鑿歷史

在機械化鑽鑿設備問世前,隧道是以爆破搭配人力的方式進行挖掘,工人與設備都被關在極度危險且不穩定的新鑿隧道中。然而,第一批鑽鑿設備問世後並沒有改善工作環境,因為早期的系統仰賴水冷式壓縮機供應壓縮空氣,作為鑽頭鑽鑿泥土的動力。這種設備經常故障,導致多起深入山脈的挖掘意外。

其他早期的鑽鑿系統則完全失靈,例如1853年的威爾森專利鑿石機。這台由工程師查爾斯.威爾森(Charles Wilson)所發明的機器曾用來挖掘美國麻薩諸塞州的胡沙克鐵路隧道,但是僅挖了三公尺就故障、支離破碎。

 

 

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第09期(2015年6月號)

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