项目简介

随着粤港澳大湾区、滇中引水等国家系列重大工程的深入推进，对隧道工程建设提出了新的要求，隧道施工面临着掘进距离长、地质软硬交替、埋深大、岩石硬度高、富水岩溶等极其复杂的环境挑战；单一模式的盾构/TBM难以应对复杂性、多变性、多样性的工程需求，均存在明显的局限性，因此，亟需创新研发多模式融合的隧道掘进机。 多模式隧道掘进机设计与施工中存在软硬交替地层高效掘进难、频变富水地层风险控制难和不良地层连续协同出渣难。项目组围绕三大难题，历经多年产学研用联合攻关，实现了多模式隧道掘进机自主设计制造关键技术突破，取得了三项创新成果： 1.交变复杂地层多模式高效掘进技术。创新了多种开挖模式+多种出渣模式融合技术，开发了适用于不同掘进模式需求的高效开挖技术，发明了多模式共存快速转换技术，模式转换效率提升了2倍，掘进功效提升了近3倍，实现了多模式隧道掘进机“一机多用、灵活应变”。 2.模糊风险识别下的安全控制技术。提出了闭式多模掘进技术，降低了频变地层不确定的突水突泥风险；发明了富水高压地层渣水分离技术，解决了螺旋机高压喷涌风险；开发了多源信息融合风险辨识技术，实现了频变富水地层风险精准管控。 3.多通道多维度连续协同出渣技术。提出了多模多通道协同输渣技术，实现了各种复杂不良地层连续高效输渣；发明了大粒径渣石分级收敛排渣技术，每环减少人工排渣2~3次，解决了大粒径渣石堵仓、滞排难题；提出了无压环境管道增流携渣技术，为TBM模式提供了一种新的出渣方案。 本项目获得授权发明专利21项，实用新型19项，软件著作权6项，制定国家标准2项；获得2023年度国际隧道与地下空间协会(ITA)设备与装备创新大奖、中国铁路工程总公司科学技术进步特等奖等。 钱七虎院士、陈湘生院士等专家组成的鉴定委员会，形成鉴定意见：“首次提出了在继承双模盾构平衡能力、排渣能力的基础上兼具TBM掘进优势的三模掘进机理念，研发了国际首台复合地层三模掘进机设备，该成果在掘进机多模式转换技术领域达到国际领先水平”。该项目成果孵化出100余台多模式隧道掘进机，先后应用于成都紫瑞隧道、珠肇高铁圭峰山隧道、意大利Cefalut铁路隧道等国内外40余项重大工程，增强了中国高端装备的世界竞争力。近三年实现新增经济收入77.13亿，新增利润4.95亿，实现了国产掘进机从单一模式到多模式转变，为交变不良地质工程提供了安全、高效的施工方案。