等离子体焰炬掘进法： 硬岩隧道高速施工新工法

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。