盾構+爆破，有沒有搞頭？

有這樣一臺龐然大物，

遠看竟酷似一個
“藍莓甜甜圈”，

但它卻是貨真價實的“世界首臺”，

在“地下工作”中戰力驚人——

它就是由中國中鐵所屬中鐵工業

旗下中鐵科工

聯合清華大學

共同研制的世界首臺掘爆機，

近日，它在武漢江夏正式下線。

掘進機、盾構機，

小新都講過不少，

“掘爆機”，大家或許都是第一次聽說。

今天小新就為大家一文講解，

“掘”和“爆”是怎樣結合的，

怎樣才能結合出1+1>2的效果？

“掘”和“爆”，為啥要加在一起？

如果把復雜地質的長大隧道

比作高難度地下闖關副本，

那么巖爆、突泥涌水、

高地溫、圍巖大變形，

就是埋伏在地底的終極BOSS。

我國山地廣袤，

鐵路、水利、抽水蓄能工程遍布深山，

長大隧洞幾乎都會遭遇極端復雜地質，

頻繁交替的軟硬地層、突發的地質災害

會給施工帶來極大挑戰，

在施工一方，

這種難題根源在于

傳統施工路線

在面對同一隧洞內交替出現的

不同地質條件時，

始終缺少一套

能兼顧效率與適應性的單一裝備。

傳統隧道施工

有兩條成熟技術路線。

掘進工法在均勻硬巖中速度快、

施工質量高，

但遇到軟巖大變形、

破碎富水地層時

需要耗費大量“精力”進行脫困處理；

傳統鉆爆法對軟硬巖層

均有良好的通行能力，

地質容錯率高，

但工序較為零散，

支護難以連續跟進，

整體推進效率

與機械化連續掘進存在一定差距。

掘爆機在基地內調試

兩套工法對應兩套獨立裝備、

兩套運維體系，

各自在擅長的地質條件下表現優異，

但面對同一隧洞內

軟硬交替、斷層頻現的復雜工況，

盾構與鉆爆設備交替進場

是常見的應對方法——

設備調運、人員換崗、工藝轉換

帶來的時間損耗，

使不少超級隧道工期超出預期。

在國內大規?；ㄌ崴俚谋尘跋拢?/p>

行業迫切呼喚一款

能融合兩種工法優勢、全地層通用的

一體化掘進裝備。

掘爆機拼裝現場

“5”個BUFF，造就“1+1>2”

面對這一需求，

中鐵工業旗下中鐵科工

聯合清華大學，

集結盾構裝備、深地鉆探、精準爆破

等多領域頂尖專家，

開啟了世界首臺新型隧道施工裝備——

掘爆機

（Boring and Blasting Machine，簡稱BBM）

的攻堅之路。

把掘進和爆破“焊”在一起，

這個想法聽起來是一個

“1+1”的問題，

做起來卻很難。

傳統隧道掘進機的刀盤

是一個封閉的整體，

而掘爆機的核心突破，

是把封閉的全斷面刀盤

變成了一個“甜甜圈”

——中間有洞的空心刀盤。

“甜甜圈”最大的挑戰在于兩點：

一是力學平衡

——傳統刀盤全斷面受力，

挖成空心后受力分布徹底改變，

稍有不慎就會導致

刀盤內側刀具急劇損壞；

二是爆破安全

——把鉆爆法塞進一臺封閉的掘進機里，

“爆”出來的碎石和沖擊波

容易對精密元器件造成嚴重損壞。

這個“洞”徹底改寫了游戲規則。

相較于傳統隧道施工方法，

遇上復雜地質時，

掘爆機可以通過“甜甜圈”中間的空心通道，

讓人員和設備進出，

在掌子面前方提前開展

注漿加固、超前預裂、應急支護

等預處理作業。

研發團隊追求的

不是一個簡單的等式，

而是要做到1+1>2。

歷經艱苦攻堅，

這臺“甜甜圈”擁有了五大核心配件，

每一個都是原創研發的硬核絕招。

空心刀盤

——標志性“甜甜圈”機頭，

如同在幽暗狹小的隧道中

打開了一道天窗，

依靠空心刀盤與中心刀盤協同運作，

三種掘進模式自由切換：

碰上高地應力、

軟巖大變形、

超硬巖等高危地層，

中空圓孔就是應急窗口，

注漿加固、超前預裂、

應急支護，

統統可以從這個“洞”入手解決；

大直徑的掘爆機還可配置破碎裝置，

對中心巖柱劈裂破碎，

按需加工成任意粒徑骨料，

實現綠色建造，

降低施工成本。

可伸縮邊刀

——隧洞專屬“理發推子”，

通過相切圓擴挖算法精準控制，

大斷面能擴，小斷面能收，

一臺設備適配各種不同大小斷面，

實現精準、快速擴挖，

有效提升了整機洞內通行能力。

可伸縮尾盾

——自適應變形“護甲”，

自適應安裝多種規格管片，

在遭遇巖壁擠壓、

突發巖爆時實時貼合洞壁，

在變形嚴重洞段

還能完成變徑襯砌拼裝，

支護作業全程不斷檔。

主機防爆筒

——整機安全“頭盔”，

專為掘爆同步施工定制，

能夠緩沖爆破沖擊，

有效保護主機與內部精密元器件。

獨立皮帶輸送系統

——廢渣骨料“分揀臺”，

獨立輸送皮帶分開運送

掘進廢渣和自制骨料，

有效規范現場物料管控，

提高經濟環保效益。

在五大核心配件加持下，

掘爆機形成了獨有的核心優勢，

被稱為“一融兩吃三統一”。

即，一融：

將TBM高速掘進效率

與鉆爆法超強地質適配能力

融于一體。

兩吃：

軟硬通吃，

硬巖通過中心孔超前預裂，

軟巖切換鉆爆模式平穩通過；

大小通吃，

大斷面掘爆同步施工，

小斷面一鍵切換純鉆爆作業。

三統一：

施工工法統一、

硬件裝備統一、

襯砌形式統一，

過去需要兩套大型設備

交替進場的隧道工程，

如今一臺設備獨立完成全工序。

不止于“好用”，更要“智用”

高效率、高適配性、高環保水平，

成為了這個“1+1>2”的不等式

帶來的優越特性。

試驗數據表明，

在超硬巖地質條件下，

經過超前預裂處理后，

掘爆機掘進效率可提升30%，

對動輒幾十公里的長大隧道來說，

省下的時間以月甚至年計算；

掘爆機的整機架構

掘爆機

“前爆后掘”“前掘后爆”“全斷面掘進”

三種作業模式可自由切換，

硬巖先爆后掘，

軟巖先注漿再掘進，

大斷面掘爆同步，

小斷面純鉆爆，

可稱為“全地層通吃”；

開挖產生的中心巖柱

就地破碎加工成建筑骨料，

廢渣變建材，

減少棄渣外運，

省錢又環保。

雖然是“世界首臺”，

研發團隊并未滿足于它的“可用”“好用”，

而是進一步追索“智用”之道。

研發團隊依托工程現場實測數據，

正持續推進掘爆機智能化、

精細化升級，

融入圍巖智能識別、

施工超前預報、

自主智能掘進等系統的建設，

日后，這臺“甜甜圈”不僅“能打”，

還能自己判斷什么時候該放什么招。

當掘爆機緩緩駛入幽暗山洞，

轟鳴的破巖聲背后，

是中國基建向地球深部不斷探索的底氣，

更是國資央企深耕高端裝備、

堅持科技自立自強的堅定步伐。

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責任編輯丨程鏡睿

校對丨蔡豪

執行主編丨張灝然 郎媛

內容來源｜中國中鐵