“北山一號”TBM始發掘進現場

11月18日，由中鐵十八局、鐵建重工聯合打造的我國首臺大坡度螺旋隧道掘進機“北山一號”，在甘肅省肅北縣馬鬃山中國北山地下實驗室項目正式投入使用，它將承擔地下實驗室主體工程斜坡道的開挖任務。

北山地下實驗室項目采用“一斜坡道+兩層平巷+三豎井”主體架構方案，在盡可能減少對場區巖體擾動范圍和避免較大斷裂構造的情況下，形成的斜坡道螺旋下降2圈到達-560米主試驗水平，在中間部位-280米水平設輔助試驗水平。

中鐵十八局承建的北山地下實驗室的關鍵性主體工程——螺旋斜坡道工程，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%，相當于隧道每向前開挖10米，高度就要下降1米。

作為我國首個采用全斷面硬巖掘進機（TBM）施工的斜坡道工程，該項目在施工中需要破解設備在連續性大坡度隧道中螺旋小轉彎掘進的難題。同時，螺旋斜坡道工程地質以花崗巖為主，石英含量達到25%至30%，巖石單軸飽和抗壓強度超過230兆帕，屬于施工難度大的極硬巖地質。

極硬巖、大坡度螺旋掘進施工的工程特點，給工程建設帶來了巨大挑戰。為此，中鐵十八局聯合鐵建重工，自主研制了我國首臺大坡度螺旋隧道掘進機“北山1號”。“北山1號”長約100米，直徑為7.03米，采用極硬巖刀盤設計，刀盤與滾刀之間形成臨空面，相比傳統平面刀盤的破巖效率提高了3倍，可以滿足工程極硬巖的施工要求。為了增加掘進機在大坡度螺旋轉彎的靈活性，研制團隊改進了主機系統的空間結構，加之先進的導向、方向控制預警、輔助駕駛自動巡航系統，使掘進機具備了大坡度螺旋曲線掘進能力，能夠實現水平200米轉彎半徑、同時豎向380米曲線半徑螺旋式掘進。

“北山1號”TBM在長沙下線

在研制過程中，研制團隊結合多年的TBM研發、制造和施工經驗，成功攻克了TBM縱向掘進方向控制核心技術，這也代表了該領域在全球范圍內的尖端技術。

據悉，中國北山地下實驗室于2021年6月正式開工，建設周期84個月。全面建成后，該實驗室將成為世界上規模最大、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地下現場研發平臺及設備的空白，為攻克高放廢物地質處置這一世界性難題提供試驗平臺和基礎。