科普 | 是谁发明了盾构机？

提及盾构机，从事隧道及地下工程工作者应该是非常熟悉，国内也出版过诸多关于盾构机的专著，尤其是近年来我国盾构装备的研发应用发展迅速，已经初具产业化规模，盾构法成为建造隧道最先进的施工方法之一。

然而，在介绍盾构起源的时候，小编发现了一个有趣的现象，就是关于盾构机的发明者——布鲁内尔，尽管专家一致的观点是布鲁内尔第一个注册了盾构专利，并在泰晤士隧道修建中应用，但是对于其人的介绍却稍显模糊，有的说法是法国工程师布鲁诺尔，也有的称英国工程师布鲁内尔，而百度百科更是混淆了两者之间的关系。

尽管讨论这个问题并没有实质性的成果，但是秉着编辑严谨的态度，小编进行了梳理，如有不妥还请专家指正。

1.  布鲁内尔有两个人，他们是父子关系。

2.  父亲马克·伊桑巴德·布鲁内尔（Marc Isambard Brunel，1769—1849年），是钻挖式隧道掘进机专利技术的联合申请人，一般称他为盾构专利的发明人，灵感来源于船蛆（又称凿船贝）。1818年，布鲁内尔完善了盾构结构的机械系统，设计采用了全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳（即第一代手掘式盾构机）。

3.  儿子伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔（Isambard Kingdom Brunel，1806—1859年），是英国伟大的工程师，在2002年英国广播公司举办的“最伟大的100名英国人”评选中名列第二（仅次于温斯顿·丘吉尔），这一点百度百科把这个荣誉颁给了他父亲，是有误的。

4.  父子两人共同参与修建了泰晤士河隧道（Thames Tunnel，1825年2月正式动工，1841年11月完成挖掘），该隧道是一条埋于英国首都伦敦泰晤士河河床下的水底隧道，1865年该隧道由铁路公司收购用作铁路运输至今。

5.  父亲马克·伊桑巴德·布鲁内尔应该是法国人，同时具有英国国籍；儿子伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔是英国国籍，是因为出生在英国，属于法国裔英格兰人。

6.  相较而言，儿子伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔的成就似乎更大，他的贡献不只是修建了泰晤士河隧道，还主持修建了大西部铁路、系列蒸汽轮船（包括第一艘螺旋桨横跨大西洋大蒸汽船）和众多的重要桥梁。他革命性地推动了公共交通、现代工程等领域，目前英国各地都有布鲁内尔的雕像，应该均是以儿子为原型。

◎布鲁内尔大学（英语：Brunel University，创立于1966年）是一座位于英国伦敦乌克斯桥外郊的公立研究型大学，以维多利亚时代的工程师伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔的名字命名；

◎2006年，英国皇家造币厂为布鲁内尔铸造了2英镑的纪念币，纪念他诞生200周年；

◎在2012年伦敦奥运会开幕典礼上，布鲁内尔再次“登场”，在第二章《绿色而愉悦的土地》中，扮演布鲁内尔的英国莎士比亚戏剧演员肯尼斯·布莱纳，朗诵了莎士比亚喜剧《暴风雨》台词。他的第一句台词“不要怕，这岛上充满了各种声音”也被刻在现场悬挂的奥林匹克大钟上；

◎2018年度国际隧道协会（ITA）工程奖的奖杯就是英国工程师伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔的雕像。

【拓展阅读】：父子两代人的努力——泰晤士河隧道的修建

1823年起马克·伊桑巴德·布鲁内尔开始着手筹备以该技术兴建威平至洛特希隧道的策划，1824年得到连同威灵顿公爵等多个私人投资者注资成立了泰晤士河隧道公司。隧道于1825年2月正式动工，工程的第一步是在南岸的洛特希离岸边46米挖掘始发井，为此制造了直径15米的巨型钢环，钢环内利用砖块砌起12米高和91厘米厚的衬砌，然后利蒸汽引擎驱动挖掘泵，整个钻挖装置估计重1000英吨（1英吨=1.0160469088吨）。护盾底部的边缘就像刀片般将下面松软的泥土切割，这些堆积在钢环内的泥土由工人手动移走，装置就缓慢地以自身的重量下沉。当时这个切割装置下沉一定深度后被周边土体卡住，为了令其继续下沉而临时加载约五万块砖头。1825年11月洛特希的钻挖装置完全下降到设计深度，隧道的挖掘工序随之开始。

挖掘隧道的盾构机的部件由机械发明家亨利·莫兹利位处兰贝斯的工房制造并运送到洛特希钻挖现场组装，这个最原始的盾构机由12块垂直并排的大铁板组成，然后再用两块铁板划分成水平3列为上层和中层提供立足点，如此构成36个工作空间，每一个空间靠着钻挖方向的泥土有一块可移动的门板。每一格由一名工人将门板移开后将前面一定量的泥土挖走再将门板用工具固定在被挖出的空间深处。盾构机顶部和底层的每格都会以巨型螺丝顶住背后用来支撑隧道璧的砖墙切面，当盾构机前方的泥土已经被挖走，工人就转动螺丝令盾构机往更深处推移，盾构机上的工人一面挖走泥土，另一批工人就不停在背后敷设砖墙。

盾构机每块垂直铁板超过7英吨重，整个盾构机重约80英吨，这个隧道钻挖法的好处在于为隧道内侧提供支撑以降低崩塌危险，但许多工人和工程师包括布鲁内尔在内都因为经河床流入隧道的地下污水而染病，这些污水又会释放出甲烷气体，因为油灯的火种而引起爆炸。1826年4月驻场工程师约翰·阿姆斯特朗病倒后由布鲁内尔当时20岁的儿子伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔接棒。钻挖的进度非常缓慢，隧道每周推进约3至4米。1827年5月18日在挖到167米时隧道突然被洪水淹没，伊桑巴德为了堵住渗水的地方而驾小艇进入隧道再以潜水钟游到渗水的隧道壁顶部并以沙包塞住裂缝，修复和抽水完成后的11月他在事发地点举办宴会庆祝，向公众证明水底隧道是安全的。

为了补贴工程费用隧道公司开放工地现场给外来人观光，当时的入场费是每人1先令并吸引了每日约600到800人次参观。

1828年1月12日隧道再度淹没，这次意外引致6名工人死亡，伊桑巴德当时逃到一个被锁上的紧急出口，一名在紧急出口背后的包工察觉到门的另一面有人求救而将门打破并救出已经昏迷的伊桑巴德，伊桑巴德经抢救后于疗养的6个月期间得知为跨越埃文峡谷兴建桥梁的竞标，他赢得这个项目并建成后来的克里夫顿吊桥。隧道由于接着而来的财政问题而在事发当年的8月被搁置施工长达7年，盾构机背后被砖墙封堵。

1834年12月马克·伊桑巴德·布鲁内尔成功向英国财政部申请24万7千英镑贷款以继续工程，1835年8月由于原盾构机已经老化而被拆解和移走，1836年3月换上改良型的重达140英吨的盾构机后钻挖继续进行，但直到1840年隧道又分别遭到4次洪水淹没，火灾、甲烷和硫化氢气体泄漏不断延误施工进度，隧道终于在1841年11月完成挖掘，但工程连绵的阻滞和洪水成为媒体社评的笑柄。1841至42年间泰晤士河隧道内部铺设了马路和照明，出口处建有螺旋楼梯供行人上下，并于1843年3月25日对公众开放。洛特希一侧的车间改建成抽水设备存放处，供需要时抽走渗漏的地下水，这个车间后来被改建成展览隧道历史的博物馆。

泰晤士河隧道是世界上第一条采用盾构技术挖掘的隧道，因此是隧道工程史上一个具有重大意义的里程碑。如今，泰晤士河隧道已成为伦敦地铁系统的一部分，每天有数以千计的伦敦人匆忙地穿过这条绚丽的隧道。同时，泰晤士河隧道还成为了一个举世瞩目的公共景点。（来源：隧道及地下工程大讲堂）

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