世界上最大的掘进机（能大坡度螺旋转弯的）

世界上最大的掘进机（能大坡度螺旋转弯的）“北山1号”掘进机下线仪式面对难题，工程建设者们不等不靠，由中国铁建集团、中铁十八局集团组成研发团队，克服多方困难，针对工程特点，为项目量身打造了一台掘进机——北山1号，这是全球首台用于大坡度螺旋隧道开挖施工的掘进机。该掘进机于今年9月4日在中国铁建集团长沙第二产业园下线，也让长沙再次向世人展示了其作为“工程机械之都”的风范。为确保地下结构安全、稳定，要求地下实验室岩石坚硬稳定，开挖施工时场址具有岩爆倾向小，涌水量少、无大型断裂层等特点。因此，隧道地质以微风化花岗岩为主，石英含量达到25%-30%，岩石单轴饱和抗压强度超过260兆帕，属于施工难度非常大的极硬岩地质。螺旋曲线斜坡道示意图针对工程岩石硬度高、大坡度螺旋开挖施工的特点，如果采用常规的钻爆法进行隧道施工，一是施工安全无法保证，二是施工速度较慢。因此，工程建设者经过现场论证和方案比对后，决定采用掘进机进行隧道挖掘施工。但是摆在建设者

在甘肃的西北部，有一个肃北县，这里正在修建一个核环保科学研究实验室--中国北山地下实验室。该试验室由中核集团核工业北京地质研究院作为业主单位组织开展建设，总投资27.23亿元，主要用于高放废物处置技术研究。建成之后，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。是列入“十三五”国家规划纲要开工建设的重大工程之一

北山地下实验室局部航拍照

北山地下实验室局部近拍照

中国北山地下实验室设置一条螺旋曲线斜坡道，由地表向下顺时针旋转延伸，总长度7.2公里，综合坡度10%。相当于隧道每向前开挖10米，隧道高度下降1m。

为确保地下结构安全、稳定，要求地下实验室岩石坚硬稳定，开挖施工时场址具有岩爆倾向小，涌水量少、无大型断裂层等特点。因此，隧道地质以微风化花岗岩为主，石英含量达到25%-30%，岩石单轴饱和抗压强度超过260兆帕，属于施工难度非常大的极硬岩地质。

螺旋曲线斜坡道示意图

针对工程岩石硬度高、大坡度螺旋开挖施工的特点，如果采用常规的钻爆法进行隧道施工，一是施工安全无法保证，二是施工速度较慢。因此，工程建设者经过现场论证和方案比对后，决定采用掘进机进行隧道挖掘施工。但是摆在建设者们面前有几个难题：一是岩石硬度高，二是隧道大角度下坡，三是隧道连续螺旋转弯。此种工况在世界上还没有用掘进机进行隧道施工的先例。

面对难题，工程建设者们不等不靠，由中国铁建集团、中铁十八局集团组成研发团队，克服多方困难，针对工程特点，为项目量身打造了一台掘进机——北山1号，这是全球首台用于大坡度螺旋隧道开挖施工的掘进机。该掘进机于今年9月4日在中国铁建集团长沙第二产业园下线，也让长沙再次向世人展示了其作为“工程机械之都”的风范。

“北山1号”掘进机下线仪式

北山1号，全球首台大坡度螺旋隧道掘进机，开挖直径7.03米，整机长度100米，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”掘进机俯拍照

“北山1号”掘进机整机示意图

作为针对性研发制造的“北山1号”掘进机，将要面对着极为复杂的地质环境和工况，那必定有着“过人”之处。

“北山1号”掘进机到底有何“过人”之处？

1、“北山1号”掘进机采用极硬岩刀盘设计，刀盘材质为硬质合金。另外，研发人员一改常规的平面刀盘设计，将“北山1号”刀盘设计为锥形面，使刀盘与滚刀之间形成临空面，相比传统平面刀盘破岩效率提高了3倍，可以满足工程极硬岩施工要求。

“北山1号”掘进机锥形面刀盘

2、研发人员将“北山1号”掘进机的主机系统的空间结构进行最大化和最优化改进，使其主机系统的空间结构得到了有效压缩，增加掘进机在大坡度螺旋转弯的灵活性，以利于掘进机转弯调向和方向控制。

“北山1号”掘进机内部结构

“北山1号”掘进机外部结构

3、“北山1号”掘进机安装了先进的导向、方向控制预警、辅助驾驶自动巡航系统，使“北山1号”掘进机具备了大坡度螺旋曲线掘进能力，并确保“北山1号”掘进机大坡度螺旋曲线掘进的稳定性、可靠性。

“北山1号”掘进机控制系统

“北山1号”掘进机模拟拐弯掘进

4、针对作业工况，研发人员对渣料运输胶带机进行了针对性和适应性改进，使胶带机能够满足在大坡度螺旋掘进的情况下顺利将渣料运出，确保掘进机能顺利、连续进行掘进作业。

渣料运输胶带机

5、中国北山地下试验室位于甘肃省肃北县马鬃山镇金庙沟，该地区靠近戈壁，属于戈壁荒漠气候。项目所在地常年缺水少电。针对该情况，研发人员对“北山1号”掘进机进行了节能环保设计，以达到节能环保的目的，确保“北山1号”掘进机在恶劣条件下能正常使用。

马鬃山