硬質合金的應用領域：全球首台大坡度硬岩掘進機下綫

9月4日，全球首台大坡度螺旋隧道掘進機（硬岩掘進機）即“北山1號”在中國鐵建重工集團長沙第二産業園正式下綫，這標志著甘肅北山地下實驗室即將進入斜坡道快速施工階段。硬岩掘進機是應用于岩石中開挖隧道的機器，其破岩速率、掘進效率和使用壽命等性能都與素有“工業牙齒”美稱的硬質合金有極爲密切的關係，即硬質合金是製造高性能掘進機刀具的首選材料。

硬質合金（tungsten carbide）是一種以難熔金屬硬質化合物如碳化鎢（WC）、碳化鈮（NbC）、碳化鉭（TaC）等和粘結金屬如鈷、鎳等元素組成的合金材料，具有良好的紅硬性、耐磨性、抗衝擊性、韌性、耐熱性、耐腐蝕性和焊接性等優點，所以適合製作硬岩隧道掘進機的刀具，進而能大大延長了掘進刀盤的使用壽命。注：刀盤是指全斷面掘進機的截割結構，具有破岩和裝載功能，刀盤直徑即爲全斷面掘進機的直徑。

據中鎢在綫瞭解，硬岩隧道掘進機的工作環境十分惡劣，即刀具在工作時會受到岩石的衝擊和磨擦作用，故而要求刀具要具有較高的耐腐蝕性、耐磨性和硬度等特點。目前，大多數的掘進機刀具都是由硬質合金材料製成的，所以硬質合金的性能將直接影響掘進刀盤的質量。一般來說，硬質合金的耐磨性和耐腐蝕性越好，掘進機刀具越不容易損壞；硬質合金組件接性能越好，在施工時越不容易出現脫落的情况。

需要注意的是，掘進機刀盤的質量除了與硬質合金刀具材質有關之外，還與刀具設計、刀具大小、刀具分布密度以及釺焊工藝等因素有關。

據悉，此次下綫的硬岩掘進機采用極硬岩刀盤設計，使刀盤與滾刀之間形成臨空面，相比傳統平面刀盤破岩效率提高了3倍，可以滿足北山地下實驗室地質（以花崗岩爲主，石英含量達到25%-30%，岩石單軸飽和抗壓强度超過260兆帕）的施工要求；爲了增加掘進機在大坡度螺旋轉彎的靈活性，研製團隊改進了主機系統的空間結構，加之先進的導向、方向控制預警、輔助駕駛自動巡航系統，使掘進機具備了大坡度螺旋曲綫掘進能力。

“北山1號”由中國鐵建重工集團和中鐵十八局集團聯合打造，整機長約100米，直徑爲7.03米，能够實現水平200米轉彎半徑、同時竪向380米曲綫半徑螺旋式掘進，將在北山地下實驗室開挖一條長約7.2公里的螺旋曲綫斜坡道，工程由地表向下順時針螺旋式掘進，綜合坡度爲10%。

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