中交天和“首創(chuàng)號”超大直徑硬巖豎向掘進機成功貫通世界最深高速公路豎井
近日，由中交天和自主研發(fā)的世界首臺高寒高海拔超大直徑硬巖豎向掘進機“首創(chuàng)號”，成功貫通新疆烏尉高速公路天山勝利隧道2號深豎井，創(chuàng)下高速公路豎井深度、直徑、海拔三項世界紀錄。
創(chuàng)新驅(qū)動 突破超長隧道“卡脖子”技術(shù)難題
天山勝利隧道是國家“一帶一路”重點項目烏尉高速公路的控制性工程，全長22.1公里，是目前世界在建最長高速公路隧道。為解決特長隧道掘進面臨的通風(fēng)難題，確保施工和運營期間的安全作業(yè)和空氣質(zhì)量，中交集團項目團隊采用“三洞+四豎井”施工方案，在天山勝利隧道頂端開挖四座豎井，開啟四處“天窗”作為“呼吸系統(tǒng)”，其中，位于進口端的2號通風(fēng)豎井設(shè)計深度達707米。
目前，傳統(tǒng)大直徑硬巖豎井掘進施工，國內(nèi)外普遍采用“傘鉆法+上出渣+多擴成井”模式，存在效率低、安全性、環(huán)保性差等弊端。天山勝利隧道2號豎井是世界首個采用撐靴式豎向硬巖掘進機鉆進直徑最大、深度最深的硬巖豎井。地處天山之巔，高寒高海拔，最低氣溫達零下40多度，海拔3660米，巖石強度最高超過200兆帕。為此，中交天和創(chuàng)新研制全球首臺高寒高海拔超大超深豎井掘進裝備“首創(chuàng)號”，有效解決了極端條件下深層地下掘進施工的技術(shù)難題。
為滿足現(xiàn)代超大硬巖豎井掘進建設(shè)的機械化、自動化、智能化要求，“首創(chuàng)號”首次將TBM破巖石工藝與傳統(tǒng)鉆進完美結(jié)合，采用掘、排、支相結(jié)合的全新鉆井工藝，避免傳統(tǒng)鉆爆法對巖石的擾動，將作業(yè)人員從惡劣的自然環(huán)境解脫出來，實現(xiàn)井下無人化操作和“一鉆成井”;“泥漿+吊桶”相結(jié)合的垂直排渣技術(shù)和下排渣，有效避免了揚塵等對天山自然生態(tài)敏感區(qū)環(huán)境造成污染，掘進施工效率、安全性和環(huán)保性顯著增強。
應(yīng)用協(xié)同 傾力打造新質(zhì)生產(chǎn)力實踐樣板
“首創(chuàng)號”實現(xiàn)核心部件到整機設(shè)計制造的全鏈條突破。按照國家“先行先試、實戰(zhàn)驗證、迭代升級”發(fā)展路徑要求，“首創(chuàng)號”的“一鉆成井”成套技術(shù)，能很好適應(yīng)不同工況，顛覆了目前大直徑硬巖豎井掘進施工工法，具有開創(chuàng)性意義。創(chuàng)新研發(fā)的多適應(yīng)性刀盤刀具技術(shù)，實現(xiàn)高效破巖和對不同深度地層的強適應(yīng)性;垂直排渣技術(shù)，實現(xiàn)大直徑豎井上、下出渣;智能化鉆進技術(shù)、垂直導(dǎo)向系統(tǒng)，實現(xiàn)對豎井掘進的高精度垂直控制以及地面操作裝備和自動化掘進。
掘進施工中，“首創(chuàng)號”開展上、下出渣兩種工法的應(yīng)用驗證。中交天和研發(fā)的分體式、一體式、加強型等多類型刀具均在掘進現(xiàn)場實現(xiàn)工程化應(yīng)用，并通過應(yīng)用分析、改進優(yōu)化，平均壽命提高數(shù)倍;對排漿流量、刀盤轉(zhuǎn)速、排渣口位置等開展測試，完成合理參數(shù)選定，排渣效率大幅提高。經(jīng)實踐驗證，“首創(chuàng)號”多項核心及全球首創(chuàng)技術(shù)實現(xiàn)再升級再突破，解決了包括破巖、排渣、刀具耗損嚴重等多項世界性難題，適用范圍更廣，掘進速度大幅提升。在沖刺階段，“首創(chuàng)號”實現(xiàn)最快月進尺104.18米，最高日掘進達6.89米，充分證明中交天和自主研制高端工程裝備“創(chuàng)新—應(yīng)用—再創(chuàng)新”的螺旋式升級發(fā)展能力。“首創(chuàng)號”研制技術(shù)已獲國家專利27項，形成標準化施工參數(shù)體系，這些創(chuàng)新成果顛覆了傳統(tǒng)掘進施工模式，也為我國深地高端工程裝備自主化發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。
“首創(chuàng)號”的成功應(yīng)用，形成我國可復(fù)制的“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新范式，為深地高端工程裝備創(chuàng)新發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。今后，中交天和將繼續(xù)深入“推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展”，持續(xù)加強原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，讓更多更先進的“大國重器”服務(wù)國家重點工程建設(shè)，實現(xiàn)高水平科技自立自強，傾力打造新質(zhì)生產(chǎn)力國家隊樣板。
