等離子體焰炬掘進法： 硬巖隧道高速施工新工法

2022年7月20日，來自美國的初創公司Earthgrid公布了其正在開發的一款利用等離子體焰炬進行掘進的TBM。該公司聲稱，等離子體焰炬掘進法在硬巖中挖掘隧道的速度將比傳統工法快100倍，成本卻只需現有技術的2%。

技術簡介

等離子體焰炬是一種用于生成定向流動等離子體射流的裝置。該技術過去一般應用于切割、弧焊以及危險廢物處理(氣化)等領域。近年來，伴隨相關技術的發展，等離子體焰炬的效率和性能逐漸增強，并開始在石油鉆探領域得以應用。

目前的硬巖TBM存在刀盤磨損快、出渣運輸難等問題，且掘進速度慢、成本高。Earthgrid公司認為等離子體焰炬掘進技術成熟后，無論是在成本上還是在速度上都將遠遠優于當前技術。

應用方式

Earthgrid公司將多個等離子體焰炬集中在一個可旋轉的非接觸式切割盤上，這些等離子體焰炬以斐波那契螺旋圖案分布，非接觸式切割盤在旋轉時可以覆蓋整個斷面。

據計算，要挖掘一條直徑1 m的隧道，切割盤上需要72個27 000 ℃級別的等離子體焰炬。在低功率狀態下，每個等離子體焰炬耗能為500 kW，全套設備運行時的總功率約40 MW，高功率狀態下約120 MW。

據Earthgrid稱，若想將開挖直徑升級到常用的隧道直徑(3 m以上)，只需在1 m級的切割盤后面串聯大直徑的切割盤即可，按照目前設計，設備最大可以實現的掘進直徑為10 m，耗能預計會達到1 380 MW。

只要提供更多的電力，等離子體焰炬切割盤就可以實現更快的掘進速度，隧道日進尺最高可以達1 km。