如何使用费曼技巧讲解盾构机？

我们可以使用费曼技巧来讲解盾构机，然后从三方面讲，哪方面卡壳了就回头学习。包括盾构机是什么？从哪里来？如何使用？

盾构机是什么？

百度百科介绍为：“盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建（铺设）隧道之“盾”（指支撑性管片），它区别于敞开式施工法。”

盾构机全名叫盾构隧道掘进机，这种先进的地下隧道施工设备集机、电、液、传感、信息技术于一身，可在不影响地面状况的条件下作业，从而大大提高了施工的效率、安全性、降低了成本，因而受到世界各国地下隧道施工项目的青睐（如图1所示）。

其巨大身影遍及城市地下轨道交通、公路铁路隧道、过江跨海隧道和水电工程隧道等施工现场（如图2所示）。

简单的说，盾构机解决了地下挖洞的难题。盾构机就是一边在地下挖洞，一边用管片拼接，这样一个坚固的洞就挖好了。

从哪里来的？

那么盾构机是如何发明的呢？它是通过类比仿生船蛆而发明的。

18世纪末，英国人计划在伦敦地下修建一个横贯泰晤士河的隧道。然而，在当时的施工技术条件下，修建如此规模的河底隧道简直比登天还难！

1798年，泰晤士河隧道工程进入操作阶段。但由于多种难以克服的困难而使工程被迫中断。法国工程师布鲁诺尔是一个有心人，因此一直惦记着泰晤士河隧道工程问题。

一个偶然的机会，布鲁诺尔发现了一种船蛆的钻洞行为很有意思。那么，什么是船蛆呢？原来，船蛆为一种软体动物，因其穴居木制船舶而危害船舶，因此被称为船蛆。船蛆听着和看着都恶心，还破坏船只，但是它其实不是“蛆”，而是一种贝类，也叫凿船贝，它也是一种每斤几百元的美食。当地人抓到船蛆，用清水简单清洗一下，就生吞了。巨型船蛆可以长到1.5米（如图3所示）。

船蛆在世界各地的海洋中都有分布，对海洋中的船舶等木质设备都具有严重的破坏性。1503年6月，哥伦布第四次航海到南美洲的牙买加。肆虐的船蛆毁掉了哥伦布船队的一半船只，航海队员不得不停靠在牙买加的一个小岛上。

由于水手们与当地居民发生了冲突，因此当地居民不给船队提供淡水和食物了。就是这种让哥伦布头痛的船蛆，却为布鲁诺尔带来了灵感。

布鲁诺尔仔细地观察了船蛆在船通体中的钻洞行为，并发现它还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（如图4所示）。

布鲁诺尔从这个现象中获得了灵感，连呼——“我有办法了！”自然，布鲁诺尔还是要感谢这个船蛆的。于是，布鲁诺尔提出了盾构掘进隧道的原理，发明了盾构机。

在地下挖洞和船蛆在木头挖洞的过程类似，都是挖长长的洞。那我们就可以通过类比仿生船蛆而建造一个类似的机器——盾构机。

我们来看看船蛆是如何挖洞的，它使用头部前段的贝壳，每分钟约旋转8~12次，利用壳面上的锉状嵴，将木材锉下。木屑又可作为食料。身体分泌石灰质衬于穴道内壁，用于抵抗木板膨胀和保护自己。

它钻入木材后靠两个水管与木材外面相通。活动时两个水管自木材表面的洞口伸出，所需要的食料和新鲜海水从鳃水管流入体内，体内的废水和排泄物从肛门水管排出体外。

布鲁诺尔受到船蛆挖洞的启发，想到可以通过圆筒来保护挖掘的人，然后圆筒向前移动，后边挖好的洞进行加固施工，防止塌方，就像船蛆分泌石灰质形成保护洞一样。于是，布鲁诺尔提出了盾构掘进隧道的原理，并取得了英国的专利。这就是所谓的开放型手掘盾构的原型（如图5所示）。

船蛆通过带齿纹的贝壳将木屑锉下来，用嘴吃入肚内，经过肠子，排出体外；用足向前爬，并分泌石灰质形成石灰洞，用于保护自己。

盾构机通过刀盘的刀片将岩土削下来，从入口进入排土系统，经过内部管道，运输到洞外；用推动系统前进，并将管片拼成管洞，这个洞不仅可以保护人们，进行通车，也能防止塌方。

我们可以在一张图中展示船蛆和盾构机，来显示盾构机各个部分是如何仿生类比船蛆的。

比如，船蛆，是挖木洞，边挖边做石灰洞；而盾构机，是挖土洞，边挖边做混凝土洞。盾构机的刀盘如同船蛆带齿纹的贝壳，都是用来掘洞的，盾构机的出土系统如同船蛆的肠子，都是用来运输掘下来的物质的（如图6所示）。

人类还通过仿生类比船蛆，制造出了挖洞效率高的盾构机。

如何使用？

现代的盾构机已经采用机械化代替人工，它包括刀盘、出土系统、拼装系统和推动系统等。盾构机的刀盘类似于船蛆的锉状嵴，通过旋转将前方泥土削下来，出土系统类似于船蛆的排泄管道，将泥土运到洞外，配装系统安装管片类似于船蛆分泌的石灰，在挖完的洞壁上形成坚固的硬壁，从而保护自己和挖好的洞。推动系统类似于船蛆的身体，推动刀盘向前方推进（如图7所示）。

推动系统推动盾构机前进，刀盘旋转切割岩土，出土系统将岩土运出洞外，拼装系统将弧形管片拼接成圆洞，这样圆洞就在不断的加长，这就是盾构机的主要作业流程。

我们在也可以按照费曼技巧的要求，对盾构机的讲解进行简化和类比。

盾构机是什么？盾构机是一种在地下挖洞的机器，可以一边挖洞一边加固洞壁。

盾构机从哪里来？盾构机是仿生船蛆而发明的。

盾构机怎么用？

用刀盘吃土，然后通过运土系统将土运出去，用管片拼接已经挖好的洞。

一图胜前言，增加几张图片来展示盾构机，使得右脑进行工作，这样事半功倍。很多人对应文字可能不容易记住，密密麻麻的船蛆、生吞船蛆、船蛆和盾构机的类比可能更容易记住。

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