等离子体焰炬掘进法：硬岩隧道高速施工新工法

小编语

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，该工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%。本期，小编就来带大家了解一下！

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。        

       

石油行业中使用等离子体焰炬进行垂直钻孔

在石油钻探领域中的成功应用，验证了等离子体焰炬的破岩能力，因此Earthgrid开始通过集中使用等离子体焰炬进行较大断面的硬岩掘进。

       

下方视频展示了等离子体焰炬横向破岩的过程：

       

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。

     

切割盘设计

据计算，要挖掘一条直径1m的隧道，切割盘上需要72个27,000 °C级别的等离子体焰炬。在低功率状态下，每个等离子体焰炬消耗为500kW，全套设备运行时的 总功率约40兆瓦， 高功率状态下约120兆瓦。      

     

设备整体

据Earthgrid称，若想将 开挖直径升级到常用的隧道直径（3m以上）， 只需在1m级的切割盘后面串联大直径的切割盘即可，按照目前设计，设备最大的可以实现掘进直径为10m， 耗能预计会达到1380兆瓦。      

     

     

串联式的设计，使得设备可以适应各种直径

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，最高 每天可以掘进隧道达1km。      

   

竞争对手

近年来，硬岩掘进技术方面创新不断，旨在通过非传统掘进方式来实现廉价高速掘进：

非接触式热能碎岩钻机

来自美国加利福尼亚的公司Petra在去年公布了他们的           “Swifty”钻机 ，是利用           热散裂技术 ，在非接触状态下利用热能破碎岩石，以实现硬岩隧道的高速掘进。

钻机通过喷射超982℃的超高温气体，

利用热散裂技术在硬岩中实现钻挖。

开挖本身则通过热量和气体来完成，可以保持全程 非接触开挖 。钻挖出的岩石会碎裂成小块，无需研磨。          
       

       

点击下方链接了解更多：

穿透最坚硬岩层！美国Petra研发非接触式热能碎岩钻机“Swifty”

高超音速弹丸撞击技术

美国华盛顿州的HyperSciences公司的           高超音速弹丸撞击技术 与等离子焰炬和热散裂使用热能破岩不同，是一种纯粹利用动能来破岩的技术。

       

HyperCore弹丸发射器

该项技术通过重复引导弹丸以超高速（1-2 km/s）撞击硬岩，完成隧道开挖；弹丸的冲击力一般能达到硬岩抗压强度的10-100倍，因此这种隧道开挖方法在硬岩与磨蚀性岩层内非常高效。

       

弹丸撞击过程

基于此技术的掘进设备在断面为5.5m*4.5m的隧道内进行了实地测试，据悉，该设备在一周之内开挖了长达1.6km的硬岩隧道，掘进速度是传统钻爆法的2.5倍。

       

点击下方链接了解更多：

用子弹“打”出隧道！美国HyperSicence研发基于高超声速弹丸撞击技术的硬岩掘进法

     

小编语

小编认为， 等离子体焰炬掘进技术 在石油行业已有成功先例， 在掘进速度方面也具有一定的优势，在未来的硬岩掘进市场或将占有一席之地。在各具特色的新技术互相竞争之下，未来的硬岩掘进技术发展还犹未可知，让我们一起期待吧。

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