希望电磁炮技术尽快应用到隧洞开凿中

目前开凿隧洞的方法大概有三种：一种是新奥法，新奥法的着眼点在于安全，其实就是分层分区以不同的节奏开凿隧洞，分别支护好后把中间分隔部分再开凿，形成一个隧洞整体。第二种是盾构机法，盾构机的原理是用强力把岩石撵碎，从出渣口排出，而把开凿和防护一起完成，这个方法很好地解决了人员和机器设备安全问题，也对掘进速度有很大提升，但是依然不适合现实需要。第三种开凿隧洞的方法是爆破法，爆破法就是在开凿面按照一定的规则打许多眼，打眼的目的是把炸药安放到岩石内部，然后连接各个引火线，一起起爆，从内部向外炸开岩体。爆破法的缺点非常明显，一个是工作人员必须去工作面，而工作面往往烟尘非常大，空气不新鲜，岩石和土体可能随时崩塌，二是工作人员必须钻孔打眼，钻孔打眼的时间非常长，非常费工；三是必须逐个安放检查炸药，还需要把各个连线连接起来，技术复杂；四是工作人员必须定期撤离，定期进去，必须执行严格的安全制度。以上四个步骤极大地减小了隧道的凿进速度，为此我在博文《飞弹爆破法钻洞技术初探》（http://blog.sciencenet.cn/blog-117615-1091970.html）中发明了一种“钻探飞弹”，使用该弹，可以把岩爆法施工中的几个步骤省略，省去了钻探、安放、布线和引爆四个环节。我们紧紧抓住了岩爆法施工必须把炸药放到岩石内部，从内部引爆的中心思想，发明了类似穿甲弹的“钻探飞弹”。但是，经过计算钻探飞弹的飞行速度应该大于每秒两千米最好，但是一时之间没有找到方法。

为什么需要开凿速度比盾构法快几倍的新技术？因为中国是一个地势起伏很大的地方，有些必须的工程都需要长隧洞。中国目前必须修建的长隧洞有：中国去巴基斯坦的隧洞，可以避免攀爬6000米的克什米尔高原；中国去塔吉克斯坦的隧洞，可以避免攀爬6000米的帕米尔高原；从雅鲁藏布江到柴达木盆地的超长隧道，让清清流水滋润干旱的北方；从长江打隧洞到丹江口水库，以便于把长江的水用于南水北调。可以使用隧洞联通怒江、澜沧江和长江，使得这些河流的水互相调剂，防止洪闹灾害。甚至可以从武汉地区打一条长度为800公里的隧道，一直打到河北省。这样就能够让当地人直接抽取井水。总之，有了超长隧道，我们就可以干很多事情。

经过研究，我觉得提高开凿速度的最好的办法还是岩爆法。我们不仅需要把目前的岩爆法中钻探、安放、布线和引爆四个工序集中到一起，而且要让飞弹的速度基本上达到瞬间击穿2米厚的岩石的程度。瞬间击穿2米厚的岩石需要多大的速度呢？穿甲弹初速可达 1500～1800米/秒，可击穿300～550毫米的垂直均质装甲。由于岩石硬度和钢铁硬度不同，钢铁的硬度不仅有硬度，而且有韧性，不脆、而岩石的硬度大，容易脆裂，1000摄氏度度容易融化，所以估算2000米每秒的“钻探飞弹”能够打进岩石，但是如果需要深入到2米以内爆炸，则需要3000米每秒以上的速度。那么如何获得这么大的速度呢？这个方法就是电磁炮的应用。据有关报道，从理论上讲电磁炮的速度可以超过第一宇宙速度（7.9千米/秒）。其实，电磁炮的原理并不复杂，就是当电流经过磁场的时候会产生洛伦兹力，而洛伦兹力就可以加速机械运动。其实我们使用的发电机也是这个原理（反向），而我们使用的电动机则完全是这个原理。三相电的洛伦兹力可以把转子加速到7000转到几万转以上（专用的离心机转速超过2万转）。如果产生洛伦兹力的电磁感应线圈是沿着直线排列，而且在恰当的时间启动，那么就可以实现给炮弹的直线加速。

在1845年，查尔斯·惠斯通制作出了世界第一台磁阻直流电动机，并用它把金属棒抛射到20米远。此后，德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造"电气炮"的设想。而第一个正式提出电磁发射／电磁炮概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰。二战期间，在军事需求的刺激下，德国、日本都研制过电磁炮。上世纪30年代，德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里／秒的初速。上世纪70年代，澳大利亚国立大学建造了第一台电磁发射装置，将 3克重的塑料块（炮弹）加速到6000米／秒的速度。在1980年，美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米。用单极发电机供电的电磁炮，已能把318克重的炮弹加速到4200米／秒的速度。磁通压缩型电磁炮已能将 2克重的炮弹加速到11000米／秒的速度。据我国媒体报道，我国在电磁炮方面也有很大的进展。

那么，我们能不能把电磁炮技术应用于隧道开凿呢？我想完全是可以的。我们说，加快隧洞掘进速度的关键是把炸药快速打进岩石内部。进入1米也好，进入2米也好，最好进入3米，不能超过3米。然后让炸药从岩石里面引爆，这样爆炸的效果是很好的，它必然向着临空面这一面炸开松动。我们已经发现如果使用专用的炮架发射，可以避免工作人员面临危险区，可以避免工作人员进进出出，可以把爆破中的四个环节缩减为一个环节。更有甚者，利用这种爆破法，我们可以多次爆破一次清理渣土，这样凿岩过程就节省了人员进出的时间、钻眼的时间，安放炸药的时间、布线的时间，等待安全稳定的时间，和出渣的时间。这样，也许过去每天只能放两次炮仗，现在则每天可以放十次以上的炮仗，而且每一次炮仗的出渣量比原来多几倍。施工进度提高十倍。

我在《飞弹爆破法钻洞技术初探》中虽然提出了把钻探、安放、布线和引爆四个环节合为一个的办法，是一个好办法。但是总是无法把飞弹的速度提高到2000米以上，如果没有这样高的速度，那也是不可能的。因为一个飞弹的动能和动量相差越大，其穿透能力越强，要更深地打进岩石内部，必须有更高的速度，否则炸药在岩石外面爆炸，岩石的稳定性不会被破坏。

所以，这次电磁炮的消息有力地支援了我的关于飞弹爆破法钻洞技术设想。从理论上已经不存在加速隧洞开凿技术改革的障碍。如果再加上精确定位装置则很完美了。希望各方专家早日造出这样一个机器。这个机器必须能够开凿大口径的隧道，这个机器必须开凿速度快，效益好，成本低。