“北山1号”硬岩隧道掘进机胜利通过北山地下实验室螺旋斜坡道首个转弯段

全球首台大坡度螺旋隧道硬岩掘进机“北山1号”,作为核心关键设备服务于北山地下实验室螺旋斜坡道工程建设。简要介绍了“北山1号”研制历程以及成功通过螺旋斜坡道首个转弯段的情况。“北山1号”TBM胜利通过首个转弯段,既标志着该核心关键设备通过调试考验,又初步验证了连续极硬岩、小半径转弯、大坡度下坡、反坡排水、围岩低扰动解决方案的可靠性,为建设世界一流地下实验室奠定了关键的开掘技术保障。

中国高放废物地质处置北山地下实验室重大进展

北山地下实验室是我国建设的首座高放废物地质处置地下实验室,是列入我国国民经济和社会发展“十三五”规划的国家重点项目。该项目于2019年5月获得立项批复、2021年6月正式开工、2022年5月主体工程正式开挖。这标志着我国高放废物地质处置工作全面进入全新的地下实验室建设及研发阶段。北山地下实验室位于甘肃省酒泉市西北的戈壁深处。主体工程由主竖井、螺旋斜坡道和两层试验水平组成。主竖井直径6 m,深590 m。螺旋斜坡道直径7.03 m,长约7.0 km,坡度10%,水平转弯半径255 m,采用隧道掘进机开挖,是世界上首条采用隧道掘进机开挖的螺旋斜坡道。自开工以来,关键设备建造、工程建设和相关科研工作取得了重大进展。用于螺旋斜坡道开挖的“北山1号”掘进机,也是世界首台大坡度小转弯隧道掘进机。该设备于2022年9月研制、制造成功,并于2022年12月正式开掘。截至2023年6月30日,主竖井开挖至280 m深,斜坡道掘进至1628 m,位于280 m深的水平试验巷道已经开挖完成100 m。与工程建设配套的科研工作,包括地质编录、水文地质编录、岩体质量评价、地下水监测和生态环境监测等均稳步推进。研究结果表明:地下实验室场址花岗岩完整、裂隙稀少、岩体质量好,开挖的地下巷道稳定。地下水稀少,主要赋存在裂隙密集带中,具有典型的干旱地区花岗岩裂隙地下水的特征。北山地下实验室预计于2027年建成,这将为填补我国在高放废物安全领域研发平台空白、攻克高放废物地质处置这一世界性难题提供试验平台和基础。

北山1号TBM刀盘破岩振动影响参数分析

隧道掘进机在掘进过程中,刀盘破碎岩石会产生振动,刀盘振动对TBM机械与施工会造成负面影响。依托甘肃北山地下实验室斜坡道工程TBM施工段,在北山1号TBM上搭载振动监测系统,通过跟踪现场施工和开展掘进试验,收集研究区段的隧道设计工况信息、围岩信息、掘进参数与刀盘振动信息。开展不同隧道设计工况、围岩类别、掘进参数对刀盘破岩振动的影响分析。研究结果表明:1)隧道转弯段与直线段的TBM刀盘振动强度、主振频率具有一定差异,转弯段TBM刀盘振动强度更大、主要频率更高;2)不同围岩类别下,转弯段刀盘振动主振频率差异较大,而直线段差异较小;3)随着推力、转速的提高,刀盘的振动强度增大,但刀盘三轴振动主振频率不发生改变。

斜井TBM工法分段注浆材料的选择

当使用隧道掘进机(TBM)工法进行长距离、大倾角煤矿斜井掘进施工时,管片传统壁后注浆材料,水泥单液浆及水泥-水玻璃双液浆在止水效果存有缺憾的条件下,对使用矿用止水马格尼材料进行现场实际工作状态模拟试验。试验的结果表明:在经济可行的条件下,马格尼止水材料各项参数性能优于水泥-水玻璃双液浆。