等離子體焰炬掘進(jìn)法： 硬巖隧道高速施工新工法

2022年7月20日，來(lái)自美國(guó)的初創(chuàng)公司Earthgrid公布了其正在開(kāi)發(fā)的一款利用等離子體焰炬進(jìn)行掘進(jìn)的TBM。該公司聲稱，等離子體焰炬掘進(jìn)法在硬巖中挖掘隧道的速度將比傳統(tǒng)工法快100倍，成本卻只需現(xiàn)有技術(shù)的2%。

技術(shù)簡(jiǎn)介

等離子體焰炬是一種用于生成定向流動(dòng)等離子體射流的裝置。該技術(shù)過(guò)去一般應(yīng)用于切割、弧焊以及危險(xiǎn)廢物處理(氣化)等領(lǐng)域。近年來(lái)，伴隨相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，等離子體焰炬的效率和性能逐漸增強(qiáng)，并開(kāi)始在石油鉆探領(lǐng)域得以應(yīng)用。

目前的硬巖TBM存在刀盤磨損快、出渣運(yùn)輸難等問(wèn)題，且掘進(jìn)速度慢、成本高。Earthgrid公司認(rèn)為等離子體焰炬掘進(jìn)技術(shù)成熟后，無(wú)論是在成本上還是在速度上都將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前技術(shù)。

應(yīng)用方式

Earthgrid公司將多個(gè)等離子體焰炬集中在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的非接觸式切割盤上，這些等離子體焰炬以斐波那契螺旋圖案分布，非接觸式切割盤在旋轉(zhuǎn)時(shí)可以覆蓋整個(gè)斷面。

據(jù)計(jì)算，要挖掘一條直徑1 m的隧道，切割盤上需要72個(gè)27 000 ℃級(jí)別的等離子體焰炬。在低功率狀態(tài)下，每個(gè)等離子體焰炬耗能為500 kW，全套設(shè)備運(yùn)行時(shí)的總功率約40 MW，高功率狀態(tài)下約120 MW。

據(jù)Earthgrid稱，若想將開(kāi)挖直徑升級(jí)到常用的隧道直徑(3 m以上)，只需在1 m級(jí)的切割盤后面串聯(lián)大直徑的切割盤即可，按照目前設(shè)計(jì)，設(shè)備最大可以實(shí)現(xiàn)的掘進(jìn)直徑為10 m，耗能預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到1 380 MW。

只要提供更多的電力，等離子體焰炬切割盤就可以實(shí)現(xiàn)更快的掘進(jìn)速度，隧道日進(jìn)尺最高可以達(dá)1 km。