“北山一号”TBM始发掘进现场

11月18日，由中铁十八局、铁建重工联合打造的我国首台大坡度螺旋隧道掘进机“北山一号”，在甘肃省肃北县马鬃山中国北山地下实验室项目正式投入使用，它将承担地下实验室主体工程斜坡道的开挖任务。

北山地下实验室项目采用“一斜坡道+两层平巷+三竖井”主体架构方案，在尽可能减少对场区岩体扰动范围和避免较大断裂构造的情况下，形成的斜坡道螺旋下降2圈到达-560米主试验水平，在中间部位-280米水平设辅助试验水平。

中铁十八局承建的北山地下实验室的关键性主体工程——螺旋斜坡道工程，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。

作为我国首个采用全断面硬岩掘进机（TBM）施工的斜坡道工程，该项目在施工中需要破解设备在连续性大坡度隧道中螺旋小转弯掘进的难题。同时，螺旋斜坡道工程地质以花岗岩为主，石英含量达到25%至30%，岩石单轴饱和抗压强度超过230兆帕，属于施工难度大的极硬岩地质。

极硬岩、大坡度螺旋掘进施工的工程特点，给工程建设带来了巨大挑战。为此，中铁十八局联合铁建重工，自主研制了我国首台大坡度螺旋隧道掘进机“北山1号”。“北山1号”长约100米，直径为7.03米，采用极硬岩刀盘设计，刀盘与滚刀之间形成临空面，相比传统平面刀盘的破岩效率提高了3倍，可以满足工程极硬岩的施工要求。为了增加掘进机在大坡度螺旋转弯的灵活性，研制团队改进了主机系统的空间结构，加之先进的导向、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螺旋曲线掘进能力，能够实现水平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”TBM在长沙下线

在研制过程中，研制团队结合多年的TBM研发、制造和施工经验，成功攻克了TBM纵向掘进方向控制核心技术，这也代表了该领域在全球范围内的尖端技术。

据悉，中国北山地下实验室于2021年6月正式开工，建设周期84个月。全面建成后，该实验室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试验平台和基础。