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科技日报北京5月29日电(记者矫阳)水平200米转弯半径、同时竖向380米曲线半径,并将以螺旋方式在地下590米深处前行……这是正在建设的中国北山地下实验室项目施工现场,位于甘肃省肃北县马鬃山。5月29日,我国自主研制的大坡度螺旋掘进机“北山1号”,在这里首次转弯成功。

“初步验证了长距离极硬岩、小半径螺旋转弯、大坡度长距离下坡设计方案的可靠性,标志着我国在这一技术创新领域的成果应用取得重大突破。”中铁十八局集团北山地下实验室建设负责人许春献说。

至此,中国北山地下实验室主体工程斜坡道,全面进入快速施工阶段。

中国北山地下实验室地质条件以微风化花岗岩为主,石英含量达25%至30%,岩石单轴饱和抗压强度超过260兆帕,超出一般坚硬岩石的标准200个单位,属于施工难度较大的极硬岩地质。“其中,螺旋斜坡道工程是实验室关键性主体工程,全长约7.2公里,由地表向下顺时针螺旋式掘进,综合坡度为10%,相当于隧道每向前开挖10米,高度就要下降1米。”许春献说。

“北山1号”由中国铁建重工集团和中铁十八局集团联合打造,为中国北山地下实验室工程量身定制,也是全球首台大坡度螺旋隧道掘进机,长约100米,直径7.03米,能破解设备在连续性大坡度隧道中螺旋小转弯掘进难题。

许春献说,在我国,业内习惯把用于水下及软土地层的掘进机称为盾构机,把用于岩石地层的掘进机称为TBM。近20多年来,我国隧道掘进装备应用历经从国外制造国外施工到自主制造自主施工,再到中国制造走出国门的技术飞跃,“北山1号”便是目前世界TBM领域领先的尖端技术代表。

为实现水平200米转弯半径、同时竖向380米曲线半径螺旋式掘进,“北山1号”改进了主机系统的空间结构和控制系统,将设备整机尺寸控制在100米以内,直径控制在7.03米,同时配备先进的导向、方向控制预警、辅助驾驶自动巡航系统,使掘进机具备了大坡度、小转弯半径条件下的螺旋曲线掘进能力。

通过采用高承载、窄刃形的新型滚刀,“北山1号”牙齿更锋利,既能满足极硬岩地质条件下的施工要求,也提升了连续作业的可靠性和耐久性,使施工效率提高3倍,为安全、高效推进项目建设打下了坚实的基础。

中国北山地下实验室是“十三五”国家规划纲要开工建设的重大工程之一,2021年6月正式开工,建成后将成为世界上规模最大、功能最全、参与范围最广的地下实验室,填补我国在高放废物处置技术地下现场研发平台及设备的空白,为攻克高放废物地质处置这一世界性难题提供实验平台和基础。