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科技日報記者 矯陽
水平200米轉(zhuǎn)彎半徑、同時豎向380米曲線半徑，并將以螺旋方式在地下590米深處前行……這是正在建設(shè)的中國北山地下實驗室項目施工現(xiàn)場，位于甘肅肅北縣馬鬃山。5月29日，我國自主研制的大坡度螺旋掘進機“北山1號”，在這里首次轉(zhuǎn)彎成功。
“初步驗證了長距離極硬巖、小半徑螺旋轉(zhuǎn)彎、大坡度長距離下坡設(shè)計方案的可靠性，標(biāo)志著我國在這一技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的成果應(yīng)用取得重大突破。”中鐵十八局集團北山地下實驗室建設(shè)負責(zé)人許春獻說。
至此，中國北山地下實驗室主體工程斜坡道全面進入快速施工階段。
中國北山地下實驗室地質(zhì)條件以微風(fēng)化花崗巖為主，石英含量達25%至30%，巖石單軸飽和抗壓強度超過260兆帕，超出一般堅硬巖石的標(biāo)準(zhǔn)200個單位，屬于施工難度較大的極硬巖地質(zhì)?！捌渲?，螺旋斜坡道工程是試驗室關(guān)鍵性主體工程，全長約7.2公里，由地表向下順時針螺旋式掘進，綜合坡度為10%，相當(dāng)于隧道每向前開挖10米，高度就要下降1米。”許春獻說。
“北山1號”由中國鐵建重工集團和中鐵十八局集團聯(lián)合打造，為中國北山地下試驗室工程量身定制，也是全球首臺大坡度螺旋隧道掘進機，長約100米，直徑7.03米，能破解設(shè)備在連續(xù)性大坡度隧道中螺旋小轉(zhuǎn)彎掘進難題。
許春獻說，在我國，業(yè)內(nèi)習(xí)慣把用于水下及軟土地層的掘進機稱為盾構(gòu)機，把用于巖石地層的掘進機稱為TBM。近20多年來，我國隧道掘進裝備應(yīng)用歷經(jīng)從國外制造國外施工到自主制造自主施工，再到中國制造走出國門的技術(shù)飛躍，“北山1號”便是目前世界TBM領(lǐng)域領(lǐng)先的尖端技術(shù)代表。
為實現(xiàn)水平200米轉(zhuǎn)彎半徑、同時豎向380米曲線半徑螺旋式掘進，“北山1號”改進了主機系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，將設(shè)備整機尺寸控制在100米以內(nèi)，直徑控制在7.03米，同時配備先進的導(dǎo)向、方向控制預(yù)警、輔助駕駛自動巡航系統(tǒng)，使掘進機具備了大坡度、小轉(zhuǎn)彎半徑條件下的螺旋曲線掘進能力。
通過采用高承載、窄刃形的新型滾刀，“北山1號”牙齒更鋒利，既能滿足極硬巖地質(zhì)條件下的施工要求，也提升了連續(xù)作業(yè)的可靠性和耐久性，使施工效率提高3倍，為安全、高效推進項目建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。
中國北山地下實驗室是“十三五”國家規(guī)劃綱要開工建設(shè)的重大工程之一，2021年6月正式開工，建成后將成為世界上規(guī)模最大、功能最全、參與范圍最廣的地下實驗室，填補我國在高放廢物處置技術(shù)地下現(xiàn)場研發(fā)平臺及設(shè)備的空白，為攻克高放廢物地質(zhì)處置這一世界性難題提供試驗平臺和基礎(chǔ)。
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