近日，在湖北武汉，一台形似“蓝莓甜甜圈”的巨型装备缓缓驶出制造基地，标志着由清华大学与中铁工业旗下中铁科工联合研制的世界首台掘爆机（Boring and Blasting Machine，简称BBM）正式下线。这是隧道掘进机法与钻爆法两大主流工法首次在同一台装备上实现融合，为复杂地质长大隧道施工提供了全新技术方案。
两法难兼，行业呼唤新装备
中国山地广袤，公路、铁路、水利等重大基础设施项目大量布局于深山区域，长大隧洞施工常遭遇岩爆、突泥涌水、高地温、围岩大变形等难题，加之软硬地层、断层破碎带纵横交错，给施工组织与安全管控带来了巨大挑战。
长期以来，行业主流采用掘进机法与钻爆法两套成熟技术路线，二者各有所长却边界分明。掘进机在均质硬岩中掘进连续、隧洞成型稳定，但在软岩大变形、破碎富水地层适应性不足；钻爆法地质适配范围广，可覆盖各类软硬岩层，却工序零散、支护衔接不畅，整体效率与机械化连续掘进差距明显。
在地质条件多变的长大隧道项目中，两类技术所用的设备交替进场已成常态。但设备拆装转运、作业班组轮换、施工工艺转换等各个环节，都会产生阶段性工期损耗，成为制约工程推进的隐形瓶颈。
随着中国基础设施建设持续向深山、地下深部拓展，整合两类工法优势、适配全地层施工的一体化装备，已成为行业亟待突破的重要创新方向。
破局攻坚，“合二为一”锻重器
针对这一行业痛点，清华大学联合中铁科工，集结盾构装备、深地钻探、精准爆破多领域专业力量跨学科协同攻关。而要将掘进与爆破“合二为一”，并不是简单的“1+1”，首先要攻克两道核心技术难题。
一是结构受力平衡难题。传统掘进机采用封闭式全断面刀盘，受力均匀且运行稳定。要实现钻爆作业，则必须要给刀盘“开天窗”——设计中空的环形刀盘结构，这将直接改变整机的受力体系，受力一旦平衡失准就会加剧刀具损耗，直接威胁设备的稳定性。
二是爆破安全防护难题。爆破产生的碎石与冲击波极易损伤机身内部精密电控、液压元器件，要在密闭机身内搭建可靠的防爆防护体系，设计难度极大。
围绕这两大挑战，研发团队反复开展结构仿真优化与部件性能测试，逐项突破技术卡点，最终促成“中心+环形”组合刀盘设计落地。
这一形似“甜甜圈”的空心刀盘，正是掘爆机最具标志性的原创核心结构。依靠空心刀盘与中心刀盘的协同运作，掘爆机可灵活切换“前爆后掘”“前掘后爆”“全断面掘进”三种作业模式，兼具超前钻爆预处理与机械化连续开挖的双重优势，彻底打破了传统工法的应用边界。
“比如针对高地应力、软岩大变形等极端地层，掘爆机可以通过‘甜甜圈’中间的空心通道，让人员和设备进出，在掌子面前方提前开展注浆加固、超前预裂、应急支护等预处理作业，从源头规避围岩塌方、设备卡机等安全风险。”中铁科工掘爆机项目负责人王承海举例说。
硬核加持，五大绝招协同发力
除了标志性的“甜甜圈”机头，王承海介绍，掘爆机还搭载了多项原创技术，实现五大核心部件协同配合，构建起完整的一体化施工体系，形成了“一融两吃三统一”的技术优势。
可伸缩边刀如同隧洞的“造型调节器”，依托相切圆扩挖算法精准调整开挖断面尺寸，大断面可扩，小断面可收，有效提升设备洞内转场通行效率；自适应伸缩尾盾是贴合围岩的“动态护甲”，可适配多种规格管片，在岩爆、大变形洞段完成变径衬砌拼装，保障支护结构连续稳定；主机防爆装置是整机的“安全头盔”，专为掘爆同步作业定制，可有效缓冲爆破冲击，保护主机与内部精密元器件；独立皮带输送系统则是物料“分拣线”，分开运送掘进废渣和自制骨料，有效规范现场物料管控，提高经济环保效益。
“一融”即融合TBM连续掘进效率与钻爆法的广域地质适配能力，无需更换设备即可切换施工模式，省去设备进退场、工艺转换的工期消耗；“两吃”是地层与断面的双重适配，软硬地层通吃、断面大小通吃，单台设备即可覆盖多种隧洞工况；“三统一”则实现了施工工法、硬件装备、衬砌支护形式的标准化整合，从前置预处理、开挖、出渣到支护、骨料再生，全流程可由单台设备独立完成，大幅简化现场设备配置、人员组织与施工管理。
试验数据显示，在超硬岩地质条件下，经超前预裂处理后，掘爆机掘进效率可提升30%。对于里程动辄数十公里的长大隧道而言，这意味着整体施工周期可缩短数月甚至更久。
向深而行，从“可用”迈向“智用”
世界首台掘爆机的下线，打破了国内外同类设备的固有设计路径，整机及核心零部件全部实现自主可控，填补了复杂地质隧道一体化施工装备领域的空白，完善了中国地下工程高端装备产业链条。
据介绍，该设备将率先投入抽水蓄能电站项目开展工程示范应用，研发团队将依托现场实测数据持续迭代优化性能，并同步推进智能化、精细化升级，融入围岩智能识别、施工超前预报、自主智能掘进等系统，推动装备从“可用能用”向“好用智用”全面跨越。
作为地下工程装备领域的突破性创新成果，这款掘爆机未来将广泛服务于交通工程、水利枢纽、深地资源开发等重点领域，持续提升中国地下工程装备自主研发制造水平，以装备技术创新赋能新型工业化与交通强国建设。