等离子体焰炬掘进法: 硬岩隧道高速施工新工法

2023-01-11 08:01:28
隧道建设(中英文) 2022年8期
关键词:硬岩工法等离子体

2022年7月20日,来自美国的初创公司Earthgrid公布了其正在开发的一款利用等离子体焰炬进行掘进的TBM。该公司声称,等离子体焰炬掘进法在硬岩中挖掘隧道的速度将比传统工法快100倍,成本却只需现有技术的2%。

技术简介

等离子体焰炬是一种用于生成定向流动等离子体射流的装置。该技术过去一般应用于切割、弧焊以及危险废物处理(气化)等领域。近年来,伴随相关技术的发展,等离子体焰炬的效率和性能逐渐增强,并开始在石油钻探领域得以应用。

目前的硬岩TBM存在刀盘磨损快、出渣运输难等问题,且掘进速度慢、成本高。Earthgrid公司认为等离子体焰炬掘进技术成熟后,无论是在成本上还是在速度上都将远远优于当前技术。

应用方式

Earthgrid公司将多个等离子体焰炬集中在一个可旋转的非接触式切割盘上,这些等离子体焰炬以斐波那契螺旋图案分布,非接触式切割盘在旋转时可以覆盖整个断面。

据计算,要挖掘一条直径1 m的隧道,切割盘上需要72个27 000 ℃级别的等离子体焰炬。在低功率状态下,每个等离子体焰炬耗能为500 kW,全套设备运行时的总功率约40 MW,高功率状态下约120 MW。

据Earthgrid称,若想将开挖直径升级到常用的隧道直径(3 m以上),只需在1 m级的切割盘后面串联大直径的切割盘即可,按照目前设计,设备最大可以实现的掘进直径为10 m,耗能预计会达到1 380 MW。

只要提供更多的电力,等离子体焰炬切割盘就可以实现更快的掘进速度,隧道日进尺最高可以达1 km。

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