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近日，新疆天山南麓海拔3660米的无人区传来捷报，世界最长高速公路隧道的天山胜利隧道成功贯通。其中2号通风竖井深达707米，由江苏企业中交天和自主研发的世界首台高寒高海拔超大直径（11.4米）硬岩竖向掘进机“首创号”贯通，一举创下竖井深度、开挖直径和施工海拔三项世界纪录。
天堑穿岩，世界级工程催生装备刚需
2020年，中交天和研发团队在天山实地考察时，面对高寒缺氧、传统钻爆法效率低、人工开挖风险高等难题，提出研发能替代人工、穿透永冻地层的智能掘进装备的构想，这与中交天和承接的国家科研项目高度契合，推动了 “首创号” 的立项。
研发团队面临的是空白领域，全球尚无适用于高海拔、超深竖井的全断面硬岩竖向掘进机案例。岩石强度最高超过200兆帕，排渣效率低下，刀具破岩效率骤降；刀具磨损快，利用率低；大深度垂直导向精度难以控制等，技术壁垒重重。2020年冬，研发团队在零下30℃的实验场中驻守三个多月，经过200余次测试，借鉴石油钻探和矿山TBM技术，创新设计出“多适应性锥形刀盘”，结合变频电机驱动技术，理论破岩效率提升40%；有效融合智能化钻进技术、垂直导向系统，并通过AI算法实时修正掘进轨迹等方式解决了竖井掘进的垂直度控制难题，将误差控制在2毫米内——相当于在700米深井中，偏差不足一个硬币厚度。
聚力攻坚，从蓝图到现场的技术突围
2021年底，“首创号”运抵天山现场，试掘进期间便遭遇刀具严重损耗和排渣系统不畅等挑战。中交天和党员突击队在零下20℃的严寒中裹着棉被昼夜奋战，通过分体式、一体式及加强型等多类型刀具优化，将刀具平均寿命提高数倍；改造泥浆循环管路，对排浆流量、刀盘转速、排渣口位置等关键参数进行反复测试，最终成功攻克刀具耗损高、排渣不畅难题。中交天和团队在现场搭建临时实验室，累计记录上万组运行数据，优化37项核心参数，成功突破12项“卡脖子”技术，设备无故障运行率提升至98%，成功应用“泥浆+吊桶双模排渣+下出渣”方案。
按照“先行先试、实战验证、迭代升级”路径，经过“创新—应用—再创新”的不断升级，2025年6月13日，“首创号”顺利贯通2号竖井，施工中创下月进尺104.18米、日进尺6.89米的优异纪录。“首创号”作为竖井工程的“超级引擎”，创新集成的TBM破岩与竖向掘进技术，“掘、排、支”一体化的先进工艺可高效应对多种复杂工况，为高寒高海拔隧道建设提供了完备技术体系和示范模板，填补了大直径竖井全机械化建造领域空白。
依托工程实战，“首创号”已形成18项国家标准和43项发明专利，完成装备跨代升级。新一代超大直径竖向掘进机适用范围更广，掘进效率、智能化水平、安全性和经济性显著提升，实现了“上出渣一钻成井、下出渣一扩成井”的双模式掘进能力。该设备是世界首台具备两种出渣模式的“双模竖井掘进机”，不仅采用自下而上出渣方式成功运用于本项目，还同步完成了扩孔式TBM在高海拔超大超深竖井中的工程验证，成为国内井深最长、直径最大、海拔最高的扩孔式TBM应用典范。
近年来，中交天和通过一系列重大技术创新，先后研制出世界首台加压钻进式竖向掘进机、MD120/1200型竖井钻机“智能号”、国内首台用于能源项目的全国产化超大直径下沉式竖井掘进机等装备，不断刷新行业纪录，引领全球竖向掘进装备发展。
新华日报·交汇点记者 张宣 通讯员 张凤华
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