文章来源:华夏双创研究院 发布时间:2025-11-12 09:22:48
近日,我国地下工程装备研制取得重大突破:用于山东枣庄山亭抽水蓄能电站地下工程的“墨子号”双护盾硬岩掘进机(TBM)在江苏常熟下线。
由中交天和机械设备制造有限公司自主研制的“墨子号”,实现最小50米半径转弯,打破传统TBM百米半径转弯限制,刷新6米级地下掘进装备技术极限,为深地开发与应用提供了更灵活、更高效的发展路径。
挑战千层酥地层
山东枣庄山亭抽水蓄能电站地下工程,堪称“地下迷宫”。中交天和设计研发院院长靳党鹏介绍,其地层结构犹如千层酥,既有坚硬的石灰岩,也有松软的页岩,还暗藏溶洞、断层和地下水,掘进时稍有不慎就可能遭遇塌方或涌水险情。
地下工程面临的更大挑战是掘进路线曲折复杂。“墨子号”需在3.25公里深层地下,完成高难度“花式走位”——从顶拱中导洞出发,返回上层排水廊道岔口后进入上游排水廊道,沿斜坡一路向下穿越交通洞,再转入尾水隧洞支洞,先后穿越2号、1号尾水隧洞,最终从下水库进出水口“破土而出”。
“这一路需要完成包括60米极限半径在内的多个急转弯,相当于在标准泳池完成U型掉头。”靳党鹏说,复杂的转场路线和极限转弯半径,在全球同类工程中属首次。面对连续急转弯带来的“卡壳”、排渣不畅乃至“迷路”风险,中交天和研发团队为“墨子号”量身打造系统性解决方案,确保在深地空间灵活穿行、精准掘进。
在破岩能力上,“墨子号”的“牙齿”全面升级,边刀加垫块设计配合更强壮的20寸刀盘,使其掘进范围扩大80毫米,硬岩掘进效率显著提升。在灵活性上,装备采用“倒锥形”设计,结合“短护盾”与轻量化后配套系统,整体转向更加自如;推进系统采用V型油缸,如同灵巧关节,确保在狭小空间内转身流畅,避免“磕碰”。
与此同时,掘进机的排渣系统也同步优化:输送带被拆分为多段,配备密集挡边辊轮、深槽托盘与挡带装置,通过加密托辊间距、V型托举结构及可移动接料斗,彻底解决传统装备常见的“漏渣”与跑偏问题。
最核心的是导航定位系统——“墨子号”搭载由全站仪与激光靶组成的高精度导航系统,实时感知机身姿态和掘进位置,结合智能算法精准规划掘进路径,犹如装备“地下北斗”。
伴随智能化、模块化等技术迭代升级,“小转弯半径”掘进技术将成为深地开发和应用的关键支撑。
“精雕细琢”地下空间
传统TBM转弯掘进时,需采用大直径转弯或通过爆破扩大断面。随着地下空间开发不断深入,具备“见缝插针”能力的“小转弯半径”掘进装备正成为基建领域“新宠”。
“以前的掘进装备过于刚性,易导致急转弯时被岩石卡滞,刀盘‘扭头’则易使地层被剧烈剪切,管片拼装面临‘缝隙危机’,渣土系统频现‘肠梗阻’。”中交天和副总经理、总工程师杨辉说。
面对这些难题,早在研制“兴业号”超大直径盾构机过程中,中交天和设计研发院就开发出主动铰接技术,为钢铁巨龙装上“灵巧腰部”,通过液压系统主动调节机身夹角,将强制摩擦转化为可控弯曲。
随着隧道工程建设从“大刀阔斧”走向“精雕细琢”,“小转弯半径”掘进技术不仅解决了特定掘进作业难题,更成为地下空间“二次开发”与“深度利用”的密钥,使隧道能在密集建成区灵活穿行,有效降低拆迁成本,支撑地铁支线、地下物流“毛细血管”互联,在深层管廊、山岭隧道等场景实现精准避障与高效作业。
2021年3月,在被誉为“地质博物馆”的珠海兴业快线项目建设中,“兴业号”成功将超大直径盾构机极限转弯半径自750米大幅降至450米内,且保持该纪录至今。
杨辉介绍,在水利、城市地铁、综合管廊等空间狭小、地质复杂的场景中,掘进装备超小的转弯半径和卓越的灵活性愈加重要。
“墨子号”拥有的小转弯半径掘进能力,不仅可以游刃有余地穿行在深地密集变换区,大幅提升掘进效率,更通过最小占地和环境扰动,最大程度减少对地球生态的影响,体现深地开发与地球生态的友好交融、和谐共生理念。