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2006年一條貫通我國西部，連線青海西寧和西藏首府拉薩的鐵路全線通車。這就是著名的青藏鐵路。
這條全長近兩千千米的鐵路，截止2023年累計運送旅客已經超過了3000萬人，極大的帶動了整個西藏地區的經濟發展和人員流動。
2014年，另一條通往西藏地區的“川藏鐵路”開始興建，預計全長在1800公里以上，投入資金3000億元，建設時間將會達到10年。
既然我國已經有了青藏鐵路，為什麼還要建一條同樣通往西藏自治區的線路，川藏鐵路又是否是多此一舉呢？
川藏鐵路的修建難點
眾所周知，我國的西藏自治區正是被稱為“世界屋脊”的高原地區，當地的自然環境相對惡劣，人民的生產生活條件也落後於國內發達地區。
雖然很多人對於西藏的印象，大多是偏遠，神秘和美麗，但很多人不知道的是，西藏地區蘊藏著巨大的資源儲備。僅僅目前勘探出的銅礦儲量，就超過了2700萬噸。
如何把富饒的資源運出藏區，需要多方面的人力進入其中，參與現代化礦場和發掘工作；而透過開採得到的礦產，也需要透過運輸走出西藏。
如果說青藏鐵路是打開了西藏與內地間的鐵路聯絡，那麼川藏鐵路對於西藏乃至整個西南地區的連通，都將起到重要的整合作用。
不過川藏鐵路在建設初期，其面對的惡劣環境同樣是顯而易見的。無論是高海拔，高寒和複雜的地質條件，還是施工中難以避免的隧道建設等難題，無疑都對施工提出了挑戰。
可以說川藏鐵路施工中，最大的也是最重要的核心即隧道建設。相比起其他工程，川藏鐵路中涉及到的隧道以數量多，長度長和埋深大，建設條件嚴苛等著稱。
在傳統的隧道施工過程中，大部分採取鑽爆法進行前期的通道開鑿。但在川藏鐵路的眾多長大軌道中，這種方法顯然已經不再是最優的方式。
許多路段在建設初期，就因為地質構成不穩定的原因，需要採用“裝備-掘進-支護”三者協同的分級防控技術，這也就決定了傳統的方式需要採用更為先進的代替方法。
如川藏鐵路中雅安至林芝段，其長度約為一千公里，需要自東向西貫穿多個山脈群，也是整條路線中地形最為險峻，地質條件最為複雜的一段。
在這段路線中僅隧道長度就超過的總長的八成以上，需要新建隧道69座，其中最長的超過40公里，而最短的也有10公里以上，頻繁的應對不同地質和環境同樣是很大的難題。
而“雅林段”也是整個川藏鐵路的一個代表，其多隧道施工難的特點概括起來，可以總結為如何在環境條件多變的地區更有效率的滿足開鑿隧道的需求。
說到開鑿隧道，當前世界中最為先進的掘進機器非盾構機莫屬，許多城市在建設地鐵工程時，這種器械也是比較常用的，可是單純的盾構機卻並不能滿足川藏鐵路的需求。
究其原因，是因為當地的環境中除了地質構成不穩定以外，還多以岩石結構為主。普通的盾構機如果想要達到目的，必須換成更為有利岩石開鑿的岩石盾構機，即TBM。
盾構機與TBM
TBM也叫硬巖隧道掘進機，是盾構機這一廣泛體系中負責“攻堅”的一個分支。與普通的盾構機相比，二者可以從機器的使用場景和具體結構方面看出區別。
眾所周知雖然同為掘進裝置，但盾構機的作用主要是開鑿土層或軟巖地質，並廣泛應用於小型管道和城市建設，地鐵交通的施工等常見工程中；
而TBM則涉及的多是大型引水工程，山嶺間的隧道，鐵路建設等大規模高投入的過程中，其應對的地質條件也多以岩層為主，甚至很多時候還要對付如花崗岩這樣的“硬骨頭”。
從技術的難度和裝置的價格上兩者間的區別也很明顯，縱然盾構機已經屬於世界頂尖的建築裝置，能夠獨立研製的國家屈指可數，而TBM的製造難度更是在盾構機之上。
在工作的過程中，無論是盾構機還是TBM都包含掘進，平衡和支護三個重要方面。而相比起盾構機，TBM無疑在以上三個方面對於技術的要求更加嚴格，相應的標準也更高。
之所以TBM受到如此的重視，是因為和傳統的鑽爆（即使用岩石鑽孔輔以炸藥開鑿的方式）相比，TBM的掘進速度要提高4至10倍，日平均掘進距離也能夠達到150米左右。
更不用說其穩定性和安全性了，由於使用TBM可以在掘進的同時，及時對挖掘斷面進行支撐和加固，這樣也就避免了傳統方式中可能出現的塌方等風險。
而且由於使用TBM掘進的空間可控，在工程施工的同時，也可以避免大部分由於開鑿可能產生的環境破壞和施工影響問題，正因如此TBM才被選為川藏鐵路施工的主要方式。
當然適合也並不代表唯一選擇，畢竟在施工之前，同樣需要考慮該工程的隧道地質條件，施工位置，施工環境和TBM適應性等多方面因素。
在前期地質勘察確定後，對於適用TBM掘進段中不良地層的劃分也同樣重要。比如在相對較短的不良地質洞段中，合理的採取TBM與輔助工法相結合的方式，保障器械順利透過；
而當不良地質圍巖洞段佔據整個施工長度比重較大時，不利的施工環境可能會造成TBM的頻繁卡頓，既影響工期和進展，也可能會造成成本的上升，或許放棄TBM才是更好的選擇。
那麼究竟什麼樣的地層構造才適合TBM的執行，造成TBM施工不利的因素又有那些呢？
TBM的使用
在使用TBM的工程中，無疑巖體完整穩定，自穩性高的地質結構，更有利於TBM的發揮。在硬巖地層和由這種結構形成的斷裂，褶皺等環境中開鑿一定長度以上的隧道最為理想。
而影響TBM工作的第一個方面就是施工前的地質勘察了。一旦在施工過程中出現大量的噴湧和頻繁的刀頭卡頓，則大機率是因為前期的地質勘察沒有做好導致的。
另一方面，當施工中出現安全隱患時，需要及時的停止施工避免TBM陷入被困等不利環境之中。儘管如今的TBM大多自帶防巖爆功能，但頻繁出現的劇烈巖爆往往意味著危險。
最後對於施工時TBM的掘進距離和開挖斷面，同樣有著一定的要求，出於安全考慮TBM不易超負荷運轉。這一點從一些曾經的工程經驗中可以總結出心得。
如在川藏鐵路中，正洞獨頭掘進的距離需要小於16千米，而獨頭的通風距離則不得高於10千米以上。值得一提的是，當進入到工程困難地段，這個標準還需要進一步變短。
同樣開挖斷面也不宜過大，為了保證斷面的穩定性，並保持掘進的工程進度，我國的許多鐵路工程在掘進時多采用雙洞單線的掘進方式，這樣的隧道以著名的長大鐵路為代表。
另外在TBM機型的選擇上，同樣需要針對不同的工程需要挑選更適合的物件。從廣義上來看，目前的TBM可以分為敞開式和護盾式兩種，而護盾式則可以分為單護盾與雙護盾。
其中敞開式算是最為基礎的機型，自帶掘進效率高，綜合成本低，適用範圍單一等特點。而護盾型TBM則由於護盾的存在，通常可以兼顧軟硬兩種地質岩層，但不適用於斷裂帶。
兩個大類的TBM其優缺點都十分明顯，透過比較我們可以得出哪一類更適合於川藏鐵路的隧道掘進工作。首先在掘進遇到巖爆等風險時，護盾式TBM在保障安全方面略微領先；
可是一旦出現了卡機和受困的時候，護盾式的靈活性顯然比不上基礎的敞開式TBM。其中雙盾式因為整個構造長度更長，導致出現卡頓的時候更加難以脫身。
還有一個重要的問題是，川藏鐵路在岩層地質方面斷層較多，敞開式可以透過輔助方式幫助掘進，而無論是單盾還是雙盾式TBM，都無法解決遇到斷層時的正常工作問題。
當然從成本上來看，敞開式的工程成本也要遠低於護盾式TBM，綜上所述，在川藏鐵路的建築過程中，先期投入的4條隧道共10臺TBM均屬於敞開式硬巖隧道掘進機。
當然選定了施工裝置並不意味著萬事大吉，可以預見在施工過程中相關人員仍需要透過遇到的問題，及時改進工程方案乃至對TBM的使用和結構進行部分微調。
結語
在海拔平均高度三到四千米以上，建造一條這麼長的鐵路，在世界鐵路建造歷史上屬於首次，也是一個人類建築史上的奇蹟。川藏鐵路的成功也標誌著我國的基建水平登上了新的臺階。
參考資料
1《全斷面硬巖隧道掘進機的發展與經驗(待續)》
2《硬巖隧道掘進機(TBM)的掘進速度對工程經濟的影響》
3《極硬巖隧道工程中雙護盾隧道掘進機刀盤設計與滾刀磨損分析》
4《川藏鐵路隧道TBM適應性選型分析及不良地質對策與思考》
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