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科技日報記者 矯陽
水平200米轉彎半徑、同時豎向380米曲線半徑，并將以螺旋方式在地下590米深處前行……這是正在建設的中國北山地下實驗室項目施工現場，位于甘肅肅北縣馬鬃山。5月29日，我國自主研制的大坡度螺旋掘進機“北山1號”，在這里首次轉彎成功。
“初步驗證了長距離極硬巖、小半徑螺旋轉彎、大坡度長距離下坡設計方案的可靠性，標志著我國在這一技術創新領域的成果應用取得重大突破。”中鐵十八局集團北山地下實驗室建設負責人許春獻說。
至此，中國北山地下實驗室主體工程斜坡道全面進入快速施工階段。
中國北山地下實驗室地質條件以微風化花崗巖為主，石英含量達25%至30%，巖石單軸飽和抗壓強度超過260兆帕，超出一般堅硬巖石的標準200個單位，屬于施工難度較大的極硬巖地質。“其中，螺旋斜坡道工程是試驗室關鍵性主體工程，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。”許春獻說。
“北山1號”由中國鐵建重工集團和中鐵十八局集團聯合打造，為中國北山地下試驗室工程量身定制，也是全球首臺大坡度螺旋隧道掘進機，長約100米，直徑7.03米，能破解設備在連續性大坡度隧道中螺旋小轉彎掘進難題。
許春獻說，在我國，業內習慣把用于水下及軟土地層的掘進機稱為盾構機，把用于巖石地層的掘進機稱為TBM。近20多年來，我國隧道掘進裝備應用歷經從國外制造國外施工到自主制造自主施工，再到中國制造走出國門的技術飛躍，“北山1號”便是目前世界TBM領域領先的尖端技術代表。
為實現水平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”改進了主機系統的空間結構和控制系統，將設備整機尺寸控制在100米以內，直徑控制在7.03米，同時配備先進的導向、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、小轉彎半徑條件下的螺旋曲線掘進能力。
通過采用高承載、窄刃形的新型滾刀，“北山1號”牙齒更鋒利，既能滿足極硬巖地質條件下的施工要求，也提升了連續作業的可靠性和耐久性，使施工效率提高3倍，為安全、高效推進項目建設打下了堅實的基礎。
中國北山地下實驗室是“十三五”國家規劃綱要開工建設的重大工程之一，2021年6月正式開工，建成后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。
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