江苏省首台超大直径竖井掘进设备下线！开启掘进机新时代
江苏省首台超大直径竖井掘进设备下线！开启掘进机新时代
12月6日，东南大学土木工程学院与徐工集团凯宫重工南京股份有限公司联合研发的机械装配式电力沉井掘进机在南京正式下线并完成验收。这标志着我国在复杂地质条件下竖井施工领域取得重大技术突破，为深井掘进机技术的未来发展奠定了坚实基础。
深井掘进机的技术原理与设备构成
技术原理概述
深井掘进机的工作原理基于其独特的机械结构与功能设计。在一条伸缩臂上安装能旋转的截割头（铣挖头），截割头上配备截齿。当掘进机作业时，截割头在深井底部削挖土壤，凭借其伸缩性可执行上转、下转和旋转等多种动作，从而逐步完成整个深井断面的挖掘工作，并且能够根据工程需求实现一定超挖。挖掘过程中产生的渣土借助潜水泵，以液压方式被泵送到地面上的泥水分离站进行后续处理。
设备详细构成
铣挖头：铣挖头是深井掘进机的关键部件，其设计直接影响挖掘效率和质量。截割头在深井刃脚以下的超挖操作，连同井壁外侧环状间隙中的膨润土润滑，能够有效降低深井壁与周围土壤之间的摩擦力，保障掘进过程的顺畅进行。
伸缩臂：伸缩臂为截割头提供灵活的作业范围，使其能够适应不同深度和断面形状的挖掘任务。它与井壁之间有着特定的连接和支撑方式，如深井挖掘设备吊装到始发井结构内后，由三条机械臂牢固地压附在井壁上，确保在挖掘过程中设备的稳定性。
沉降单元：地面上的3到4个带液压油缸的沉降单元与深井周边的环形混凝土基础牢固连接，并通过钢丝绳与深井结构的下部混凝土基环相连。在挖掘过程中，沉降单元能够以可控的方式将整个深井结构拉住并下沉，实现过程可控的沉井作业，提高深井的成井精度，保证施工过程安全。
动力卷扬塔：动力链整合水、润滑、电力、液压等管线，为整个掘进机系统提供必要的动力支持和各类介质的传输通道，确保各个部件能够协同工作。
泥水分离站：在挖掘初期，整个深井充满泥水，泥水分离站启动泥水管路用于输送开挖出来的泥浆。它将泥水与渣土分离，并将泥水循环注入深井中，实现渣土的有效处理和泥水的循环利用，减少对环境的影响并节约资源。
深井掘进机的优势与应用场景
优势显著
施工安全性高：整个施工过程中衬砌始终被拉紧，沉降过程受控，竖井沉降时更加安全可靠。无论是在松软土壤还是在复杂的复合地层中施工，这种可控的沉降方式都能有效避免井壁坍塌等事故的发生。
场地适应性强：可在狭窄场地内施工，这对于城市密集区的工程建设尤为重要。例如在老旧城区、CBD中心等地，空间狭小且无法进行大规模地上建设，深井掘进机能够在有限的空间内开展竖井施工，为城市地下空间的开发利用提供了可能。
施工速度快：井壁所用衬砌在地面安装，且由于各个工序（截割、渣土清除、深井施工以及深井结构下沉）能够同时进行，使得下沉式深井掘进VSM技术可以实现较快的施工进度，每天可以达到5米。与传统的竖井施工方法相比，大大缩短了施工周期，提高了工程效率。
无需降水作业：掘进机在水下开挖，竖井施工无需降低地下水水位。这不仅减少了施工前的准备工作和设备投入，还避免了因降水可能引发的地面沉降等环境问题，对于周边建筑物和地下管线的保护具有重要意义。
造价成本低：相比其他竖井施工技术，深井掘进机造价低，能够节省时间和费用。其高效的施工速度、合理的设备构成以及资源循环利用等特点，都有助于降低工程总体成本，提高工程的经济效益。
成井精度高：成井精度高，公差控制在±1%。能够满足对竖井尺寸精度要求较高的工程需求，如通风及救援通道竖井建设、城市污水处理管道建设等项目，确保竖井在后续使用过程中的功能正常发挥。
密封性良好：在掘进机和衬砌部件上设有多处密封，提高竖井的抗渗性。这对于地下工程的耐久性和安全性至关重要，特别是在涉及到有液体输送或储存的竖井项目中，如城市污水处理管道、深海采矿及可燃冰提取等项目。
地质适应性广：可应用于岩石地层、复合地层、砂层、黏土等多种地质条件。无论是坚硬的岩石还是松软的黏土，深井掘进机都能够通过其强大的截割能力和适应不同地质的设计特点，顺利完成挖掘任务。
应用广泛
城市深地立体停车库系统项目：典型项目应用如国内在建项目南京河西儿童医院地下立体停车项目。随着城市汽车保有量的不断增加，城市地面空间日益紧张，地下立体停车库成为解决停车难题的有效途径。深井掘进机能够在城市狭小空间内挖掘大直径深井，为地下立体停车库的建设提供竖井通道，方便车辆的进出和停放管理。
通风及救援通道竖井建设项目：例如意大利那不勒斯地铁、俄罗斯莫斯科地铁Lublinskaya线通风井等项目。在地铁等地下交通设施建设中，通风及救援通道竖井是保障人员安全和空气流通的关键设施。深井掘进机能够快速、精准地挖掘出符合要求的竖井，确保地铁运营的安全和舒适。
城市污水处理管道建设项目：像沙特阿拉伯吉达污水处理系统等项目。城市污水处理需要庞大的地下管道网络，深井掘进机可以在不同地质条件下挖掘竖井，用于管道的连接、检修和维护等工作，保障城市污水处理系统的正常运行。
城市虹吸管道更换：如美国西雅图废水虹吸管道替换项目。在城市给排水系统中，虹吸管道的更换需要挖掘竖井进行施工操作。深井掘进机的高效施工能力和适应复杂环境的特点，使其成为此类项目的理想选择。
深海采矿及可燃冰提取：深海采矿和可燃冰提取是未来海洋资源开发的重要方向。深井掘进机的技术原理和设备性能为在深海环境下挖掘开采通道提供了可能性，虽然目前尚未有公开的应用案例，但相关研究和试验正在积极进行中。
其他深井基坑类作业施工项目：如地下粮仓，由于地下隔热、密闭条件好，有利于粮食的低温、干燥贮藏，常年温度在20℃以下，粮食基本上可不受害虫和微生物危害，可较长期地保持粮食品质。深井掘进机能够挖掘出符合地下粮仓建设要求的深井基坑，为粮食的安全储存提供良好的地下环境。
国内创新成果：机械装配式电力沉井掘进机
研发背景与团队协作
12月6日，由东南大学土木工程学院联合徐工集团凯宫重工南京股份有限公司共同研发的机械装配式电力沉井掘进机在南京正式下线并顺利完成验收，即将奔赴浙江省杭州市S304省道（320国道段至运溪路）电力廊道建设二期项目。这台装备不仅是江苏省首台超大直径竖井掘进设备，更是我国复杂地质条件下竖井施工领域的重大技术突破。
该装备历经三年攻关，得到了江苏省工业和信息化厅关键核心技术（装备）攻关项目和南京市江宁区科技局揭榜挂帅项目的大力支持。国家级青年人才、东南大学何磊教授团队领衔，聚焦感知系统研发、机岩匹配优化和高效辅助破岩等智能化封装技术展开攻关任务。国家级创业人才、徐工凯宫总经理苏延奇团队主导装备的整体设计与生产流程。装备深度整合徐工集团智能制造深厚技术积淀，充分融合新时代信息化与先进制造双璧之力，“以战练兵”为企业的新型工业化转型升级强势赋能，同时充分结合了东南大学在智能化技术与工程科学领域的科研优势和徐工凯宫在高端装备制造领域的行业经验，为校企产学研合作再添范例。
创新突破点
超大直径掘进能力：可实现10-18米的掘进直径，满足超深、复杂竖井施工需求，为国内外同类设备树立了新标杆。这种超大直径的掘进能力使得该装备能够应用于大型电力廊道、通风井等对竖井直径要求较高的工程建设中，提高了我国在超大直径竖井施工领域的技术水平。
复杂地质条件适应能力：能够在土体、软岩、硬岩及复合地层中高效运行，保障施工顺利推进。无论是在单一的地质层还是在多种地质层交替的复杂环境中，该掘进机都能通过其先进的截割技术和动力系统，稳定地进行挖掘作业，减少因地质条件变化而导致的施工延误和风险。
高效掘进速度：最大掘进速度可达5米/天，大幅缩短施工周期，提升施工效率和经济效益。与传统的竖井施工方法相比，其高效的掘进速度能够显著加快工程进度，降低工程成本，提高项目的投资回报率。
智能化掘进系统：装备自主感知与反馈调节系统，实现智能匹配与精准控制，提升施工安全性与稳定性。通过传感器等设备对施工环境和设备运行状态进行实时监测，掘进机能够自动调整截割参数、沉降速度等，确保施工过程的安全和精准，减少人为操作失误带来的风险。
电力竖井领域首次应用：填补了电力竖井掘进领域的技术空白，为电力廊道建设提供了全新解决方案。在电力工程建设中，竖井的施工质量和效率直接影响到电力输送的稳定性和可靠性。该机械装配式电力沉井掘进机的出现，为电力竖井的建设提供了更加先进、高效的技术手段。
深井掘进机的发展前景与挑战
发展前景广阔
随着我国城市化进程的持续推进，城市地下空间开发、能源开发、交通基础设施建设等领域对深井掘进机的需求将不断增加。例如，在城市轨道交通建设中，越来越多的地铁线路需要建设通风井、电梯井等竖井设施；在能源领域，深海采矿、地下储能等项目也需要深井掘进机进行竖井挖掘。同时，随着技术的不断创新和进步，深井掘进机的性能将进一步提升，如掘进速度更快、适应地质条件更复杂、智能化程度更高等。其应用领域也将不断拓展，从陆地工程逐渐向海洋工程、极地工程等特殊领域延伸。此外，国内外市场对于高效、安全、环保的竖井施工设备的需求也将为深井掘进机产业带来良好的发展机遇，促进相关企业加大研发投入和技术创新，推动整个行业的发展。
面临挑战诸多
技术创新压力：尽管目前深井掘进机已经取得了不少技术突破，但随着工程建设需求的不断提高，仍需要在多个技术领域持续创新。例如，在面对更深地层、更硬岩石以及更复杂地质构造时，如何进一步提高截割效率和设备的可靠性；在智能化掘进方面，如何实现更加精准的地质预测和自主决策等。
成本控制难题：虽然深井掘进机在整体造价上具有一定优势，但随着技术的升级和设备性能的提高，研发成本、制造成本和使用维护成本也可能随之增加。如何在保证设备质量和性能的前提下，有效地控制成本，提高设备的性价比，是企业和研发机构需要面对的重要问题。
市场竞争激烈：国内外众多企业和科研机构都在涉足深井掘进机领域，市场竞争日益激烈。在国际市场上，一些发达国家的老牌企业具有较强的技术实力和品牌影响力；在国内市场，也有越来越多的企业参与竞争。如何在激烈的市场竞争中脱颖而出，需要企业通过技术创新、产品质量提升、售后服务优化等多方面的努力。
标准规范完善：随着深井掘进机的应用范围不断扩大，相关的标准规范需要进一步完善。包括设备的设计标准、施工工艺标准、安全标准等，以确保设备的质量和施工的安全可靠，促进整个行业的健康有序发展。
结论
深井掘进机作为一种重要的工程装备，在地下空间开发、城市基础设施建设、能源开发等众多领域发挥着不可替代的作用。其技术原理独特，设备构成复杂，具有施工安全、速度快、精度高、地质适应性广等诸多优势，应用场景涵盖了城市深地立体停车库、通风及救援通道、污水处理管道等多个方面。国内的机械装配式电力沉井掘进机更是在超大直径掘进、复杂地质适应、智能化等方面取得了重大创新突破，展示了我国在深井掘进机领域的研发实力。然而，深井掘进机在发展过程中也面临着技术创新、成本控制、市场竞争和标准规范完善等诸多挑战。未来，需要企业、高校和科研机构等各方共同努力，不断推动深井掘进机技术的进步和产业的发展，为我国乃至全球的地下工程建设提供更加先进、高效、安全的装备和技术支持，助力我国从工程大国向工程强国迈进，在全球地下工程建设领域占据更加重要的地位。