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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”雙護盾硬巖掘進機（TBM）在江蘇常熟下線。

由中交天和機械設備制造有限公司自主研制的“墨子號”，實現最小50米半徑轉彎，打破傳統TBM百米半徑轉彎限制，刷新全球同類（6米級）地下掘進裝備最小轉彎半徑紀錄，為深地開發與應用提供了更靈活、更高效的發展路徑。

全球首次挑戰“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”。

據中交天和設計研發院院長靳黨鵬介紹，地層結構猶如“千層酥”，既分布堅硬的石灰巖，夾雜松軟的頁巖，還暗藏溶洞、斷層和地下水，掘進時稍有不慎就可能遭遇塌方或涌水險情。

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

“這一路需要完成包括60米極限半徑在內多個急轉彎，相當于在標準泳池完成U型掉頭。”靳黨鵬說，復雜的轉場路線和極限轉彎半徑，在全球同類工程中屬首次。

面對連續急轉彎帶來的“卡殼”、排渣不暢乃至“迷路”風險，中交天和研發團隊為“墨子號”量身打造系統性解決方案，確保在深地空間靈活穿行、精準掘進。

在破巖能力上，“墨子號”的“牙齒”全面升級，邊刀加墊塊設計將掘進范圍擴大80毫米，配合更強壯的20寸刀盤，硬巖掘進效率顯著提升。

在靈活性上，裝備采用“倒錐形”設計，結合“短護盾”與輕量化后配套系統，整體轉向更加自如；推進系統采用V型油缸，如同靈巧關節，確保在狹小空間內轉身流暢，避免“磕碰”。

與此同時，掘進機的排渣系統也同步優化：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型托舉結構及可移動接料斗，徹底解決傳統裝備常見的“漏渣”與跑偏問題。

最核心的是導航定位系統——“墨子號”搭載由全站儀與激光靶組成的高精度導航系統，實時感知機身姿態和掘進位置，結合智能算法精準規劃掘進路徑，猶如裝備“地下北斗”。

伴隨智能化、模塊化等技術迭代升級，“小轉彎半徑”掘進技術將成為深地開發和應用的關鍵支撐。

新時代基建更需“見縫插針”

傳統TBM轉彎掘進時，需采用大直徑轉彎或通過爆破擴大斷面。隨著地下空間開發不斷深入，具備“見縫插針”能力的“小轉彎半徑”掘進裝備正成為基建領域“新寵”。

“以前的掘進裝備過于剛性，易導致急轉彎時被巖石‘卡滯’，刀盤‘扭頭’則易引發地層被劇烈剪切，管片拼裝面臨‘縫隙危機’，渣土系統頻現‘腸梗阻’?！敝薪惶旌透笨偨浝?、總工程師楊輝說。

面對這些難題，早在研制“興業號”超大直徑盾構機過程中，中交天和就開發出主動鉸接技術，為鋼鐵巨龍裝上“靈巧腰部”，通過液壓系統主動調節機身夾角，將強制摩擦轉化為可控彎曲。

隨著隧道工程建設從“大刀闊斧”走向“精雕細琢”，“小轉彎半徑”掘進技術不僅解決了特定掘進作業難題，更成為地下空間“二次開發”與“深度利用”的密鑰，使隧道能在密集建成區靈活穿行，有效降低拆遷成本，支撐地鐵支線、地下物流“毛細血管”互聯，在深層管廊、山嶺隧道等場景實現精準避障與高效作業。

2021年3月，在被譽為“地質博物館”的珠海興業快線項目建設中，“興業號”成功將超大直徑盾構機極限轉彎半徑自750米大幅降至450米內，且該紀錄保持至今。

楊輝介紹，在水利、城市地鐵、綜合管廊等空間狹小、地質復雜的場景中，掘進裝備超小的轉彎半徑和卓越的靈活性愈加重要。

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

（受訪者供圖）