盾构+爆破，有没有搞头？

有这样一台庞然大物，

远看竟酷似一个
“蓝莓甜甜圈”，

但它却是货真价实的“世界首台”，

在“地下工作”中战力惊人——

它就是由中国中铁所属中铁工业

旗下中铁科工

联合清华大学

共同研制的世界首台掘爆机，

近日，它在武汉江夏正式下线。

掘进机、盾构机，

小新都讲过不少，

“掘爆机”，大家或许都是第一次听说。

今天小新就为大家一文讲解，

“掘”和“爆”是怎样结合的，

怎样才能结合出1+1>2的效果？

“掘”和“爆”，为啥要加在一起？

如果把复杂地质的长大隧道

比作高难度地下闯关副本，

那么岩爆、突泥涌水、

高地温、围岩大变形，

就是埋伏在地底的终极BOSS。

我国山地广袤，

铁路、水利、抽水蓄能工程遍布深山，

长大隧洞几乎都会遭遇极端复杂地质，

频繁交替的软硬地层、突发的地质灾害

会给施工带来极大挑战，

在施工一方，

这种难题根源在于

传统施工路线

在面对同一隧洞内交替出现的

不同地质条件时，

始终缺少一套

能兼顾效率与适应性的单一装备。

传统隧道施工

有两条成熟技术路线。

掘进工法在均匀硬岩中速度快、

施工质量高，

但遇到软岩大变形、

破碎富水地层时

需要耗费大量“精力”进行脱困处理；

传统钻爆法对软硬岩层

均有良好的通行能力，

地质容错率高，

但工序较为零散，

支护难以连续跟进，

整体推进效率

与机械化连续掘进存在一定差距。

掘爆机在基地内调试

两套工法对应两套独立装备、

两套运维体系，

各自在擅长的地质条件下表现优异，

但面对同一隧洞内

软硬交替、断层频现的复杂工况，

盾构与钻爆设备交替进场

是常见的应对方法——

设备调运、人员换岗、工艺转换

带来的时间损耗，

使不少超级隧道工期超出预期。

在国内大规模基建提速的背景下，

行业迫切呼唤一款

能融合两种工法优势、全地层通用的

一体化掘进装备。

掘爆机拼装现场

“5”个BUFF，造就“1+1>2”

面对这一需求，

中铁工业旗下中铁科工

联合清华大学，

集结盾构装备、深地钻探、精准爆破

等多领域顶尖专家，

开启了世界首台新型隧道施工装备——

掘爆机

（Boring and Blasting Machine，简称BBM）

的攻坚之路。

把掘进和爆破“焊”在一起，

这个想法听起来是一个

“1+1”的问题，

做起来却很难。

传统隧道掘进机的刀盘

是一个封闭的整体，

而掘爆机的核心突破，

是把封闭的全断面刀盘

变成了一个“甜甜圈”

——中间有洞的空心刀盘。

“甜甜圈”最大的挑战在于两点：

一是力学平衡

——传统刀盘全断面受力，

挖成空心后受力分布彻底改变，

稍有不慎就会导致

刀盘内侧刀具急剧损坏；

二是爆破安全

——把钻爆法塞进一台封闭的掘进机里，

“爆”出来的碎石和冲击波

容易对精密元器件造成严重损坏。

这个“洞”彻底改写了游戏规则。

相较于传统隧道施工方法，

遇上复杂地质时，

掘爆机可以通过“甜甜圈”中间的空心通道，

让人员和设备进出，

在掌子面前方提前开展

注浆加固、超前预裂、应急支护

等预处理作业。

研发团队追求的

不是一个简单的等式，

而是要做到1+1>2。

历经艰苦攻坚，

这台“甜甜圈”拥有了五大核心配件，

每一个都是原创研发的硬核绝招。

空心刀盘

——标志性“甜甜圈”机头，

如同在幽暗狭小的隧道中

打开了一道天窗，

依靠空心刀盘与中心刀盘协同运作，

三种掘进模式自由切换：

碰上高地应力、

软岩大变形、

超硬岩等高危地层，

中空圆孔就是应急窗口，

注浆加固、超前预裂、

应急支护，

统统可以从这个“洞”入手解决；

大直径的掘爆机还可配置破碎装置，

对中心岩柱劈裂破碎，

按需加工成任意粒径骨料，

实现绿色建造，

降低施工成本。

可伸缩边刀

——隧洞专属“理发推子”，

通过相切圆扩挖算法精准控制，

大断面能扩，小断面能收，

一台设备适配各种不同大小断面，

实现精准、快速扩挖，

有效提升了整机洞内通行能力。

可伸缩尾盾

——自适应变形“护甲”，

自适应安装多种规格管片，

在遭遇岩壁挤压、

突发岩爆时实时贴合洞壁，

在变形严重洞段

还能完成变径衬砌拼装，

支护作业全程不断档。

主机防爆筒

——整机安全“头盔”，

专为掘爆同步施工定制，

能够缓冲爆破冲击，

有效保护主机与内部精密元器件。

独立皮带输送系统

——废渣骨料“分拣台”，

独立输送皮带分开运送

掘进废渣和自制骨料，

有效规范现场物料管控，

提高经济环保效益。

在五大核心配件加持下，

掘爆机形成了独有的核心优势，

被称为“一融两吃三统一”。

即，一融：

将TBM高速掘进效率

与钻爆法超强地质适配能力

融于一体。

两吃：

软硬通吃，

硬岩通过中心孔超前预裂，

软岩切换钻爆模式平稳通过；

大小通吃，

大断面掘爆同步施工，

小断面一键切换纯钻爆作业。

三统一：

施工工法统一、

硬件装备统一、

衬砌形式统一，

过去需要两套大型设备

交替进场的隧道工程，

如今一台设备独立完成全工序。

不止于“好用”，更要“智用”

高效率、高适配性、高环保水平，

成为了这个“1+1>2”的不等式

带来的优越特性。

试验数据表明，

在超硬岩地质条件下，

经过超前预裂处理后，

掘爆机掘进效率可提升30%，

对动辄几十公里的长大隧道来说，

省下的时间以月甚至年计算；

掘爆机的整机架构

掘爆机

“前爆后掘”“前掘后爆”“全断面掘进”

三种作业模式可自由切换，

硬岩先爆后掘，

软岩先注浆再掘进，

大断面掘爆同步，

小断面纯钻爆，

可称为“全地层通吃”；

开挖产生的中心岩柱

就地破碎加工成建筑骨料，

废渣变建材，

减少弃渣外运，

省钱又环保。

虽然是“世界首台”，

研发团队并未满足于它的“可用”“好用”，

而是进一步追索“智用”之道。

研发团队依托工程现场实测数据，

正持续推进掘爆机智能化、

精细化升级，

融入围岩智能识别、

施工超前预报、

自主智能掘进等系统的建设，

日后，这台“甜甜圈”不仅“能打”，

还能自己判断什么时候该放什么招。

当掘爆机缓缓驶入幽暗山洞，

轰鸣的破岩声背后，

是中国基建向地球深部不断探索的底气，

更是国资央企深耕高端装备、

坚持科技自立自强的坚定步伐。

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责任编辑丨程镜睿

校对丨蔡豪

执行主编丨张灏然 郎媛

内容来源｜中国中铁