摘要：这种工具的灵感来源于一种很不起眼的生物，船蛆，它能够利用贝壳和头部分泌的酸性物质，在木材中钻出通道。受此启发，工程师们设计出了最初的盾构机，这一革命性的发明彻底改变了隧道建设的面貌。

19世纪初，英国工程师们的面前摆着一道难题：如何在不破坏地表的情况下，高效地挖掘隧道？于是，最早的盾构机出现了。

这种工具的灵感来源于一种很不起眼的生物，船蛆，它能够利用贝壳和头部分泌的酸性物质，在木材中钻出通道。受此启发，工程师们设计出了最初的盾构机，这一革命性的发明彻底改变了隧道建设的面貌。

最初的盾构机设计相对简陋，其前端空间狭小，仅能容纳2名工人。这2名工人需要在狭小的空间内日夜劳作，挖掘进度十分缓慢，每天仅能推进3米。在资本野蛮生长的时代，这是不能容忍的。该如何改进盾构机，提高效率呢？

首先，设计人员对盾构机的前端工作空间进行了扩大，设计出了3层、共有36个铁框架结构的盾构机。每个框架内都有1名工人，他们负责挖掘和加固隧道壁。

为了防止工作面坍塌，工人面前安装了一块木板，每挖掘10厘米的泥土后，工人会用木板挡住工作面，然后从上至下逐层挖掘。当一整层泥土被挖掉后，使用千斤顶将框架向前推进，露出未支撑的泥土区域，再用砖块加固隧道壁。然而，这种方法仍然效率极低，一条仅370米长的隧道竟然耗费了18年才完成。

为了提高效率，工程师们对盾构机进行了进一步的改进。他们摒弃了前端工人的挖掘方式，取而代之的是一个巨大的旋转臂，并配备了锋利的切割工具。这个旋转臂能够高效地粉碎岩石，而粉碎后的岩石碎屑则通过传送带被迅速运出隧道。同时，液压系统也开始控制着盾构机的前进，使得挖掘过程更加稳定和可控。

然而，盾构机并非适用于所有情况。在1833年，英国在修建铁路时遇到了一座大山，面对坚硬的石灰石，传统的挖掘工具难以奏效，盾构机也显得力不从心。于是，工程师们提出了使用炸药进行定向爆破的方案，他们在隧道沿线增设了多个竖井，扩展至多个工作面，以加快施工进度。

不过，爆破时产生的有毒气体会对工人构成严重威胁。为了解决这个问题，工程师绞尽脑汁，他们先是在隧道入口处安装了两台风扇，以提供新鲜空气。然后在每隔200米的地方修建一条横向通道，将两条隧道连接起来。这样，当风扇启动时，强劲的气流就会吹入一条隧道，将新鲜空气送入，进而将有毒废气推向另一条隧道。

每当隧道挖掘达到200米时，工人们便会修建新的横向通道，并封堵拆除之前的通道，以确保工人在隧道中始终能呼吸到新鲜空气。

除了空气问题，隧道中的岩石还会积聚热量，导致内部温度急剧升高。在这样的高温环境下，工人们极易中暑。一开始人们想到的是在隧道内安装多台大型空调来降温，但是治标不治本，因为空调运行时产生的热量反而使得降温效果大打折扣。为此，施工团队又在隧道内铺设了大量管道，将冷水引入机器进行冷却，这样才让隧道内的温度降下来。

不过，爆破技术并不适用于水下隧道建设，原因是爆破产生的冲击波可能引发河水倒灌，造成严重的安全事故。因此，在水下隧道建设中，工程师们需要采用更加安全、可靠的挖掘方式。

随着隧道建设的不断推进，工程师们在修建长达50公里的英法隧道时遇到了新的挑战。英吉利海峡底部的石灰岩层不规则，隧道需要沿不平的海底岩层弯曲前进，而且英法两国是同时施工，如何确保隧道在中间精确对接成为了一个难题。

为了解决这个问题，工程师们首先使用地质探测器对石灰岩层的深度进行了精确测量，并在电脑上绘制出了详细的路线图。然后，他们在隧道壁上安装了激光装置，利用光的直线传播原理来引导盾构机的挖掘方向，如果中间需要改变路线，只需将激光器重新定位，并指向新的方向即可。最终，英法隧道以仅2厘米的误差成功对接。

然而，这么长的隧道一旦发生事故，乘客的逃生非常困难，为此，隧道内设立了多个应急救援站，并专门设置了逃生通道，这些应急救援站配备了必要的救援设备和物资。

另外，为了保障隧道内的空气质量，隧道顶部800米处安装了一个巨大的吸风机，这个吸风机能够持续将新鲜空气吸入隧道，并将浓烟和有害气体排出隧道外。这样一来，就能够确保隧道内的空气始终保持清新和流通。

在隧道的安全保障方面，维护人员定期对隧道进行维护和检查，及时发现并处理潜在的安全隐患。同时，他们还制定了详细的应急预案和演练计划，以提高应对突发事件的能力。经过这些努力，世界上最长的隧道，英法隧道终于建成通车。

来源：科普足迹