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2025年3月9日，由中國電力建設(shè)集團(tuán)有限公司主導(dǎo)研發(fā)的國內(nèi)首臺可變徑擴(kuò)孔式豎井掘進(jìn)機(jī)“逐夢號”，在浙江永嘉抽水蓄能電站358米深排風(fēng)豎井施工中，以單日16.8米進(jìn)尺刷新豎井掘進(jìn)效率世界紀(jì)錄。該設(shè)備在抗壓強(qiáng)度達(dá)223兆帕的復(fù)雜巖層中實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定掘進(jìn)，標(biāo)志著我國地下工程裝備技術(shù)實現(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越式突破，為超深豎井工程提供了全機(jī)械化施工解決方案。
核心技術(shù)創(chuàng)新：破解高抗壓巖層施工難題
“逐夢號”豎井?dāng)U孔掘進(jìn)機(jī)由中國電建華東勘測設(shè)計研究院聯(lián)合12家科研單位歷時48個月研制完成，整機(jī)集成23項自主專利技術(shù)，攻克了刀盤變徑控制、高壓密封系統(tǒng)、智能化糾偏三大技術(shù)瓶頸。設(shè)備總功率3800千瓦，開挖直徑動態(tài)調(diào)節(jié)范圍6.5-8.0米，最大推力900噸級，可適應(yīng)Ⅳ類及以上斷層破碎帶、球泡流紋巖等復(fù)雜地質(zhì)條件。其技術(shù)突破集中體現(xiàn)在以下領(lǐng)域：
刀盤變徑系統(tǒng)創(chuàng)新
采用模塊化錐形刀盤結(jié)構(gòu)，通過液壓驅(qū)動實現(xiàn)刀盤直徑無級調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度達(dá)±0.1毫米。刀盤配置42把19英寸滾刀，采用“V”型交錯排布設(shè)計，破巖效率較傳統(tǒng)直線排布提升22%。主驅(qū)動系統(tǒng)搭載雙模式切換功能，在抗壓強(qiáng)度超過200兆帕的巖層中啟用高頻沖擊模式，單刀貫入深度提升至12毫米，較德國海瑞克同類型設(shè)備能耗降低15%。
智能化施工體系構(gòu)建
設(shè)備集成全球首套豎井掘進(jìn)機(jī)智慧管控平臺，包含刀具狀態(tài)監(jiān)測、巖層三維建模、自動糾偏三大子系統(tǒng)。通過布置于刀盤背部的12組光纖傳感器，實時采集滾刀溫度、振動頻譜、磨損量等數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)剩余壽命預(yù)測精度達(dá)95%。導(dǎo)向系統(tǒng)采用激光陀螺儀與慣性導(dǎo)航復(fù)合技術(shù)，垂直度偏差控制在0.1‰以內(nèi)，較國際通用標(biāo)準(zhǔn)提升5倍精度。
全工序協(xié)同作業(yè)模式
創(chuàng)新應(yīng)用“定向鉆導(dǎo)孔+反井鉆擴(kuò)孔+TBM精掘”三級施工工法，實現(xiàn)掘進(jìn)、支護(hù)、出渣同步作業(yè)。設(shè)備配備雙模式出渣系統(tǒng)：在直徑6.5米工況下采用皮帶機(jī)連續(xù)排渣，小時排渣量達(dá)45立方米；在8.0米大直徑工況啟用導(dǎo)井自溜排渣，單循環(huán)排渣效率提升至60立方米。井壁支護(hù)采用智能錨桿臺車，實現(xiàn)鉆孔、注漿、錨固全流程自動化，支護(hù)效率較人工操作提升400%。
國家級工程驗證：刷新深豎井施工效率標(biāo)桿
“逐夢號”應(yīng)用于國家“十四五”重點工程——浙江永嘉抽水蓄能電站建設(shè)。該電站總裝機(jī)容量120萬千瓦，設(shè)計年發(fā)電量24億千瓦時，其地下工程包含3條豎井群，總掘進(jìn)長度1334米，其中引水豎井深度488米、直徑7.23米，面臨三大技術(shù)挑戰(zhàn)：
巖層條件復(fù)雜：施工區(qū)域穿越晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r互層帶，平均抗壓強(qiáng)度119-223兆帕，局部石英含量超35%；
地質(zhì)構(gòu)造活躍：需穿越F12、F15兩條Ⅳ類斷層破碎帶，最大寬度8.3米，圍巖穩(wěn)定性差；
環(huán)境保護(hù)嚴(yán)苛：工程毗鄰楠溪江國家級風(fēng)景名勝區(qū)，對振動控制、粉塵排放要求達(dá)環(huán)保一級標(biāo)準(zhǔn)。
自2024年11月始發(fā)以來，“逐夢號”累計完成排風(fēng)豎井358米、引水豎井488米掘進(jìn)任務(wù)，創(chuàng)造多項施工紀(jì)錄：
效率突破：在Ⅳ類圍巖段實現(xiàn)連續(xù)30天日均進(jìn)尺12.3米，較傳統(tǒng)鉆爆法效率提升320%；
成本優(yōu)化：刀具損耗率降至0.028片/延米，較國際同類工程節(jié)約刀具成本47%；
質(zhì)量提升：井筒成型精度達(dá)±15毫米，混凝土超耗量控制在3%以內(nèi)，低于行業(yè)8%的平均水平；
安全可控：通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)井下“零人化”作業(yè)，百萬工時傷害率降至0.015，達(dá)到國際隧道協(xié)會最高安全評級。
設(shè)備在F15斷層破碎帶施工中展現(xiàn)突出性能：采用超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)提前30米識別破碎帶邊界，啟動“低轉(zhuǎn)速高扭矩”掘進(jìn)模式，配合納米改性速凝砂漿進(jìn)行即時支護(hù)，成功實現(xiàn)日均進(jìn)尺9.6米且未發(fā)生塌方事故，填補(bǔ)了機(jī)械化設(shè)備穿越寬大破碎帶的技術(shù)空白。
全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：鍛造高端裝備制造能力
“逐夢號”的研制帶動了我國地下工程裝備全產(chǎn)業(yè)鏈升級，形成設(shè)計研發(fā)、核心部件制造、施工應(yīng)用三大技術(shù)高地：
設(shè)計研發(fā)體系
華東勘測設(shè)計研究院聯(lián)合浙江大學(xué)、武漢大學(xué)等高校，構(gòu)建“地質(zhì)-機(jī)械-液壓”多學(xué)科耦合仿真平臺，完成刀盤變徑機(jī)構(gòu)2160小時疲勞試驗、主驅(qū)動系統(tǒng)10000小時加速壽命試驗等19項專項驗證。通過建立豎井掘進(jìn)機(jī)數(shù)字孿生系統(tǒng)，實現(xiàn)施工參數(shù)預(yù)演準(zhǔn)確率98.5%，減少現(xiàn)場調(diào)試時間40%。
核心部件攻關(guān)
中鐵裝備攻克7米級主軸承國產(chǎn)化難題，采用滲碳淬火+離子氮化復(fù)合工藝，使軸承額定壽命達(dá)10000小時；鄭州機(jī)械研究所研發(fā)高壓旋轉(zhuǎn)密封系統(tǒng)，在12兆帕水壓下實現(xiàn)5000小時零泄漏；常州寶頓電子研制專用PLC控制器，抗振動性能達(dá)5g加速度，滿足豎井掘進(jìn)機(jī)惡劣工況需求。項目累計實現(xiàn)59類關(guān)鍵部件100%國產(chǎn)化，帶動國內(nèi)企業(yè)新增高端裝備產(chǎn)值18.6億元。
施工技術(shù)體系
水電五局創(chuàng)新“深豎井TBM集群施工法”，組建機(jī)械化作業(yè)班組，集成混凝土噴射機(jī)械手、智能檢測機(jī)器人等12類輔助設(shè)備。開發(fā)BIM+GIS協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、施工進(jìn)度三維可視化，使工序銜接效率提升55%。編制《可變徑豎井掘進(jìn)機(jī)施工工法》等4項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確立深豎井機(jī)械化施工技術(shù)體系。
綜合效益分析：推動能源基礎(chǔ)設(shè)施提質(zhì)升級
永嘉抽水蓄能電站因“逐夢號”投用產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì)社會效益：
工期優(yōu)化：引水系統(tǒng)工程較原計劃提前11個月完成，為2026年全容量并網(wǎng)奠定基礎(chǔ)；
成本節(jié)約：減少超挖混凝土量2.3萬立方米，節(jié)省建設(shè)直接成本1.65億元；
環(huán)保貢獻(xiàn)：采用電動化裝備替代柴油機(jī)械，施工階段減少二氧化碳排放2.1萬噸；
電力保障：電站投運(yùn)后可提升浙江電網(wǎng)調(diào)峰能力4.3%，每年減少棄風(fēng)棄光電量7.8億千瓦時。
在安全管控領(lǐng)域，“逐夢號”實現(xiàn)三大突破：
建立有害氣體智能預(yù)警系統(tǒng)，對甲烷、一氧化碳等8類氣體實時監(jiān)測，報警響應(yīng)時間縮短至0.8秒；
研發(fā)井壁穩(wěn)定性動態(tài)評估模型，通過微震監(jiān)測系統(tǒng)提前72小時預(yù)測巖爆風(fēng)險；
配置應(yīng)急逃生艙，滿足30人同時避險并維持48小時生命支持，達(dá)到礦山安全最高防護(hù)等級。
“逐夢號”豎井掘進(jìn)機(jī)的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國在地下工程高端裝備領(lǐng)域已形成完整技術(shù)體系，其創(chuàng)造的施工效率、質(zhì)量精度、安全標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為后續(xù)高原地區(qū)水電開發(fā)、城市深層地下空間利用等重大工程提供了成熟技術(shù)方案。
