全球最灵活掘进机轻松穿梭城市地下隧道

最近，我国地下工程装备迎来新的里程碑。应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），已在江苏常熟完成出厂准备。

这台“墨子号”由中交天和机械设备制造有限公司自主设计和制造，创造性地实现了最小50米半径转弯，有效突破了TBM在弯曲路线方面百米转弯半径的限制，刷新了六米级掘进机技术新高，为深层地下空间开发提供了更高效、更灵活的解决方案。

攻克难度极高地层

枣庄山亭抽水蓄能电站的地下大型工程，好似盘根错节的“地下迷宫”。据介绍，这里的地质如同“千层酥”，多变的地层包含坚固的石灰岩、松软的页岩，还点缀着溶洞、断层以及地下水流。在掘进过程中，一旦出现疏忽，就可能面临坍塌或突水等突发险情。

掘进难度最大的环节在于复杂的路线走向。“墨子号”需要在深达3.25公里的地层中完成类似“高难度花样游走”的施工。从顶拱中导洞起步，返回排水廊道，继续进入上游排水廊道，随后一路下行穿越交通通道，再转入尾水隧洞支洞，连穿2号、1号尾水隧道，最终从下水库出口冲出地表。

“全程需实现多个急转弯，包括极限转弯半径仅60米，类似在标准泳池内U型掉头。”据中交天和相关负责人介绍，这类复杂转场与极限弯道在同类国际工程中尚属首次。为应对频繁急弯带来的掘进障碍、排渣难题甚至路线迷失风险，研发团队专为“墨子号”制定了系统化解决方案，保障其在深层空间灵活推进并精准施工。

在破岩能力方面，“墨子号”进行了全方位提升，采用边刀加垫块设计及强化20寸刀盘，拓宽了80毫米掘进直径，显著提高了硬岩作业效率。灵活性方面，设备采用倒锥结构，结合短护盾和轻量化后配套系统，使整体转向更加自如；推进装置选用V型油缸，如同灵活关节，在有限空间内顺畅转身，避免机器因空间狭窄发生碰撞。

与此同时，排渣系统也做了全面改进：输送带拆分为多段，新增密集辊轮、深槽托盘及挡带，托辊间距加密，并采用V型结构和可移动接料斗，大幅降低了漏渣和跑偏现象。

最重要的是导航定位系统。“墨子号”装备了由全站仪和激光靶组成的高精度导航模块，能实时监控机身姿态及确切位置，利用智能算法规划施工路径，成为名副其实的“地下导航星”。

随着智能化、模块化等技术不断迭代，拥有小转弯半径的掘进装备将成为深地空间开发的重要技术支撑。

让地下空间开发更精准

过去，传统盾构机器在转弯时往往被迫采用更大直径或通过爆破扩大断面。伴随地下空间开发逐步提速，能够灵活“见缝插针”的小半径转弯掘进设备正受到业内关注。

“传统掘进机刚性偏强，急弯时容易卡在岩石间，刀盘若强转容易对地层造成剧烈破坏，管片拼装也可能出现缝隙隐患，渣土系统则易遇阻塞。”据中交天和相关负责人表示。

针对这些技术难点，早在“兴业号”超大直径盾构机研制阶段，中交天和就开发了主动铰接技术，通过液压系统调整机身夹角，让“钢铁巨龙”多了一道灵活的“腰部”，将原本僵硬的摩擦变成可控转弯。

如今，隧道工程建设追求更加精细化，“小转弯半径”装备不仅解决了特殊地质施工的障碍，更为城市地下空间的二次开发和深层布局提供了新方式，让隧道在密集城区能够灵活通过，降低拆迁成本，有力支撑地铁分线、地下物流等工程，在管廊、山区隧道建设中实现避障和高效作业。

2021年3月，在珠海兴业快线工程中，“兴业号”盾构机将极限转弯半径从750米下降至450米内，并保持纪录。

负责人表示，在水利、城市轨道、管廊等有限空间、复杂地质场景下，掘进设备的超小转弯半径及优异灵活性至关重要。

“墨子号”凭借其小半径转弯优势，不仅能高效突破深地密集变换区，大大提升掘进进度，还以最小占地、最低环境扰动，最大限度减少生态影响，展现了深地开发与生态保护的有机统一。（记者 张晔 通讯员 蒋巍）