中国巨型隧道掘进机：既能钻挖又能爆破

新型隧道掘进机

中国推出了一款将两种截然不同的挖掘方法融合于一体的隧道掘进机。这款名为“祥龙”的机器是全球首台钻爆一体机（BBM），据其开发商介绍。它将传统的隧道掘进系统与设置炸药的能力相结合，使其能够适应不断变化的地质条件而无需停工。

该机器由中国中铁科学研究院（CRSIC）与清华大学合作研发。其直径为14.76英尺（4.5米），被誉为世界上最大的多工具隧道掘进机。它的问世解决了地下施工中的一个基本挑战：如何在松软土层和坚硬岩石交替出现的地层中高效掘进隧道。

两种传统方法

隧道掘进机通常分为两类，各自适用于特定的地质条件。

软土隧道掘进机

软土隧道掘进机使用带有切削工具的大型旋转护盾。这类机器专为挖掘土壤、黏土、砂土和砾石而设计，包括含水地层。旋转护盾在切削土体的同时支撑隧道掌子面，防止坍塌，并通过螺旋输送机将渣土排出。为进一步稳定不稳定地层，操作人员可向掌子面注入加压膨润土泥浆。这使得在松软、易变的环境中安全掘进成为可能。

硬岩隧道掘进机

硬岩隧道掘进机则完全不同。它们专为完整的大块岩体设计，如花岗岩、玄武岩和砂岩。这类机器不依赖护盾，而是依靠夹紧岩壁来锚定自身。重型滚刀缓慢而有序地磨削坚硬岩石。虽然这种方法在均匀岩石中可靠，但比软土掘进慢得多，且无法在土壤中作业，因为土壤无法为机器提供稳固的锚固力。

还有第三类，即混合式机器，适用于以软土为主但夹杂孤石的地层。正如消息来源所指出的，这种混合式机器是一种折中方案，能够继续掘进，但效率低于专用机器。

钻爆一体机（BBM）问世

祥龙BBM填补了这些方法之间的空白。其显著特点是专门设计的刀盘，中心有一个中空点。这一设计似乎是其双重功能的关键。此外，刀盘能够相对于机器略微后退。这种后退很可能为工人安装炸药创造了空间。

在实际操作中，该机器可以像传统TBM一样在软土中作业，利用旋转刀盘切削土壤和碎屑。当隧道掌子面转变为坚硬岩石时，刀盘后退，从而可以放置炸药。爆破破碎岩石后，机器清理渣土并恢复掘进。这种组合能力意味着单台机器可以处理混合地质，无需停工并调用专用设备。

这对隧道工程的意义

山区或城市地区的隧道工程经常遇到多变的地质条件。一条隧道可能在几百米内穿过土层、风化岩和新鲜基岩。传统上，这需要采用性能有限的混合机器或使用多种方法，从而增加成本和工期风险。

BBM概念提供了一种可能的解决方案。通过将爆破整合到掘进循环中，祥龙可以在多样地形中保持进度。这在中国尤其有价值，因为中国庞大的铁路和公路网络需要穿越复杂地质的数千公里隧道。

该机器也反映了工程领域的一个更广泛趋势：机械与爆破技术的融合以优化性能。虽然控制爆破在采矿和施工中早已使用，但将其直接与隧道掘进机结合是一种新颖的方法。

未来展望

祥龙在亮相仪式上展示了其巨大的刀盘和护盾系统。其开发商尚未公布详细的性能指标，但成功制造出这样一台机器证明了该概念的可行性。

作为全球首台BBM，祥龙可能开创先例。如果它在实际工况中表现良好，其他地方也可能开发类似的机器，特别是用于穿越软硬交替地层的项目。爆破能力的整合也引发了关于安全和精度的问题，因为在复杂机器附近设置任何炸药都需要精心协调。尽管如此，速度和灵活性方面的潜在收益是巨大的。

中国在隧道掘进创新方面的推动是其基础设施现代化更广泛努力的一部分。通过与清华大学合作，CRSIC正在将学术研究转化为实用的重型机械。其成果是一台可能成为未来隧道工程主力设备的机器，不仅在中国，而且在全世界。

祥龙的名字寓意好运，表明它希望为所承担的项目带来好运。这种运气能否实现将取决于它如何应对不可预测的地下世界。但正是这种混合机器的创造标志着隧道掘进技术的一个里程碑，为工程师们提供了应对最具挑战性的岩石和土壤条件的新工具。

本文基于New Atlas的报道。阅读原文。