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10月16日，我國地下工程裝備研制取得重大突破：用于山東棗莊山亭抽水蓄能電站地下工程的“墨子號”雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）在江蘇常熟下線。

由中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司自主研制的“墨子號”，實(shí)現(xiàn)最小50米半徑轉(zhuǎn)彎，打破傳統(tǒng)TBM百米半徑轉(zhuǎn)彎限制，刷新全球同類（6米級）地下掘進(jìn)裝備最小轉(zhuǎn)彎半徑紀(jì)錄，為深地開發(fā)與應(yīng)用提供了更靈活、更高效的發(fā)展路徑。

全球首次挑戰(zhàn)“千層酥”地層

山東棗莊山亭抽水蓄能電站地下工程，堪稱“地下迷宮大冒險(xiǎn)”。

據(jù)中交天和設(shè)計(jì)研發(fā)院院長靳黨鵬介紹，地層結(jié)構(gòu)猶如“千層酥”，既分布堅(jiān)硬的石灰?guī)r，夾雜松軟的頁巖，還暗藏溶洞、斷層和地下水，掘進(jìn)時稍有不慎就可能遭遇塌方或涌水險(xiǎn)情。

而更大挑戰(zhàn)在于掘進(jìn)路線曲折復(fù)雜，“墨子號”需在3.25公里深層地下，完成高難度“花式走位”——從頂拱中導(dǎo)洞出發(fā)，返回上層排水廊道岔口后進(jìn)入上游排水廊道，沿斜坡一路向下穿越交通洞，再轉(zhuǎn)入尾水隧洞支洞，先后穿越2號、1號尾水隧洞，最終從下水庫進(jìn)出水口“破土而出”。

“這一路需要完成包括60米極限半徑在內(nèi)多個急轉(zhuǎn)彎，相當(dāng)于在標(biāo)準(zhǔn)泳池完成U型掉頭?！苯h鵬說，復(fù)雜的轉(zhuǎn)場路線和極限轉(zhuǎn)彎半徑，在全球同類工程中屬首次。

面對連續(xù)急轉(zhuǎn)彎帶來的“卡殼”、排渣不暢乃至“迷路”風(fēng)險(xiǎn)，中交天和研發(fā)團(tuán)隊(duì)為“墨子號”量身打造系統(tǒng)性解決方案，確保在深地空間靈活穿行、精準(zhǔn)掘進(jìn)。

在破巖能力上，“墨子號”的“牙齒”全面升級，邊刀加墊塊設(shè)計(jì)將掘進(jìn)范圍擴(kuò)大80毫米，配合更強(qiáng)壯的20寸刀盤，硬巖掘進(jìn)效率顯著提升。

在靈活性上，裝備采用“倒錐形”設(shè)計(jì)，結(jié)合“短護(hù)盾”與輕量化后配套系統(tǒng)，整體轉(zhuǎn)向更加自如；推進(jìn)系統(tǒng)采用V型油缸，如同靈巧關(guān)節(jié)，確保在狹小空間內(nèi)轉(zhuǎn)身流暢，避免“磕碰”。

與此同時，掘進(jìn)機(jī)的排渣系統(tǒng)也同步優(yōu)化：輸送帶被拆分為多段，配備密集擋邊輥輪、深槽托盤與擋帶裝置，通過加密托輥間距、V型托舉結(jié)構(gòu)及可移動接料斗，徹底解決傳統(tǒng)裝備常見的“漏渣”與跑偏問題。

最核心的是導(dǎo)航定位系統(tǒng)——“墨子號”搭載由全站儀與激光靶組成的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)時感知機(jī)身姿態(tài)和掘進(jìn)位置，結(jié)合智能算法精準(zhǔn)規(guī)劃掘進(jìn)路徑，猶如裝備“地下北斗”。

伴隨智能化、模塊化等技術(shù)迭代升級，“小轉(zhuǎn)彎半徑”掘進(jìn)技術(shù)將成為深地開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵支撐。

新時代基建更需“見縫插針”

傳統(tǒng)TBM轉(zhuǎn)彎掘進(jìn)時，需采用大直徑轉(zhuǎn)彎或通過爆破擴(kuò)大斷面。隨著地下空間開發(fā)不斷深入，具備“見縫插針”能力的“小轉(zhuǎn)彎半徑”掘進(jìn)裝備正成為基建領(lǐng)域“新寵”。

“以前的掘進(jìn)裝備過于剛性，易導(dǎo)致急轉(zhuǎn)彎時被巖石‘卡滯’，刀盤‘扭頭’則易引發(fā)地層被劇烈剪切，管片拼裝面臨‘縫隙危機(jī)’，渣土系統(tǒng)頻現(xiàn)‘腸梗阻’?！敝薪惶旌透笨偨?jīng)理、總工程師楊輝說。

面對這些難題，早在研制“興業(yè)號”超大直徑盾構(gòu)機(jī)過程中，中交天和就開發(fā)出主動鉸接技術(shù)，為鋼鐵巨龍裝上“靈巧腰部”，通過液壓系統(tǒng)主動調(diào)節(jié)機(jī)身夾角，將強(qiáng)制摩擦轉(zhuǎn)化為可控彎曲。

隨著隧道工程建設(shè)從“大刀闊斧”走向“精雕細(xì)琢”，“小轉(zhuǎn)彎半徑”掘進(jìn)技術(shù)不僅解決了特定掘進(jìn)作業(yè)難題，更成為地下空間“二次開發(fā)”與“深度利用”的密鑰，使隧道能在密集建成區(qū)靈活穿行，有效降低拆遷成本，支撐地鐵支線、地下物流“毛細(xì)血管”互聯(lián)，在深層管廊、山嶺隧道等場景實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)避障與高效作業(yè)。

2021年3月，在被譽(yù)為“地質(zhì)博物館”的珠海興業(yè)快線項(xiàng)目建設(shè)中，“興業(yè)號”成功將超大直徑盾構(gòu)機(jī)極限轉(zhuǎn)彎半徑自750米大幅降至450米內(nèi)，且該紀(jì)錄保持至今。

楊輝介紹，在水利、城市地鐵、綜合管廊等空間狹小、地質(zhì)復(fù)雜的場景中，掘進(jìn)裝備超小的轉(zhuǎn)彎半徑和卓越的靈活性愈加重要。

“墨子號”擁有的小轉(zhuǎn)彎半徑掘進(jìn)能力，不僅可以游刃有余地穿行在深地密集變換區(qū)，大幅提升掘進(jìn)效率，更通過最小占地和環(huán)境擾動，最大程度減少對地球生態(tài)的影響，體現(xiàn)深地開發(fā)與地球生態(tài)的友好交融、和諧共生理念。

（受訪者供圖）