近日，中国水电六局承建的国网新源河南洛宁抽水蓄能电站2号斜井精准贯通。这标志着国内首次采用硬岩掘进机(TBM)施工的大倾角、大直径抽水蓄能斜井顺利完工。
这台来自河南郑州中铁装备的“大块头”，开创了我国使用硬岩掘进机(TBM)斜井施工的先河，填补了国内相关技术领域空白。为我国抽蓄电站全方位采用机械化施工提供了新方法、新思路，创造了新的“中国速度”，奠定了我国抽蓄电站机械化施工的世界领先地位。
顶端新闻·河南商报记者 郭丁然 /文
9月9日，在河南洛阳洛宁县的大山深处，华中地区目前在建装机最大的抽水蓄能电站——洛宁抽水蓄能电站，这里施工现场的工人们正在有条不紊地施工。
当日下午15时18分，伴随着阵阵轰鸣声，“永宁号”TBM(硬岩掘进机)前端刀盘旋转，犹如巨龙般穿山破土而出，中国水电六局承建的国网新源河南洛宁抽水蓄能电站2号斜井精准贯通。
洛宁抽水蓄能电站是国家可再生能源发展和水电发展“十三五”规划重点开工项目，也是河南省“十三五”能源发展规划和在建的省重点项目，电站工程总投资88.8亿元，装机规模为140万千瓦。
“洛宁抽水蓄能电站项目采用硬岩掘进机全断面开挖引水斜井，是一次全新尝试。这次成功，全方位提升了工程开挖质量和效率，为国内抽水蓄能电站建设实施大规模机械化创出了一条新路子。”国网新源洛宁公司总经理张兴彬说。
这次的主角“永宁号”TBM，全长120余米，重达1550余吨、包含1万多个零部件，大约为10架波音747加在一起的重量，是个妥妥的大块头。
所谓TBM(硬岩掘进机)，是盾构机的兄弟产品，与盾构机的长相近似，前面有盘面钻头，后面拖着长长的尾巴。它的特点是专啃“硬骨头”，擅长在硬岩场景进行掘进。因此，TBM被广泛应用在大型工程的施工建设。
这样的大型机械在以前的报道里也见过，这次的斜井工程到底厉害在哪里?
我们要先了解这座抽水蓄能电站的设计特点。
洛宁抽水蓄能电站依山而建，主要包含上下两个水库。电站会利用夜晚等时段电网中的“富余”电力将山下的水抽到山上的水库，待需要用电时再开闸依靠山上水库的水进行发电。
项目的施工难点之一是两条直径超过7米，长度近千米的引水斜井。这两个引水井不仅直径大、长度长，斜井依山而建，还有近40度的斜角，垂直落差超550米。
顶端新闻记者了解到，在此之前，抽水蓄能电站引水斜井施工一般采用人工钻爆扩挖等方法。但在如此大角度、大直径的斜井项目中，传统方法存在人工投入多、安全风险高、施工效率和质量控制难等问题。
为了提高抽水蓄能电站施工机械化水平，降低地下工程施工安全风险。中国水电六局和国网新源洛宁公司、中铁装备工程集团有限公司围绕水电站斜井开外的性能要求特点，共同研发制造了适用于斜井施工的“永宁号”TBM。
TBM以前在国内都是应用在平直的工作场景。斜着打井，这在国内还属于技术空白。
经过了数月的研发，相关团队克服了众多难题，其中一个关键就是防止TBM溜车。
在接近40度的坡上行驶，普通的汽车都很难爬上去，更何况千吨重的TBM。为了防止TBM下溜，研发团队从爬山虎受到启发，自主研制出双重防溜车系统，由多个“撑靴”撑紧岩壁，破解了难题。
“永宁号”TBM的应用，成功填补了我国大倾角斜井施工采用TBM技术的空白。
机器研发出来了，施工使用仍然面临许多挑战。
由于国内没有相关经验可以借鉴，在起步阶段项目部就经历了难以想象的困难。
在组装TBM时，整个操作平台十分狭小，“永宁号”TBM全长120余米，可供组装作业的场地长度仅有50米，项目团队不断探索与试验，确定了先组装一部分、再掘进一段、然后再组装一段的方案，最后顺利组装完成。
在项目部全体人员的通力配合下，仅用了20余天就完成了整机全部组装，与在宽阔的平洞TBM场外组装速度相差无几。在不足整套设备一半长度的空间内完成组装的成果，也被认定为达到国际领先水平。
此外，施工过程中，复杂的地质条件也是重大挑战。斜井施工区域地质以中风化新鲜斑状花岗岩等Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，并穿越2条断层破碎带，施工环境复杂，施工难度属国内罕见。
通过加固撑靴作用区、回填砂浆、控制设备推进速度和推力等方式，项目部成功确保在每次调整角度时，设备的掘进姿态和精度都处于可控范围，保证TBM的掘进效率。
在1号斜井的施工摸索出成功经验后，2号斜井的掘进速度有了大幅度提高。
在大倾角斜井施工领域，“永宁号”TBM创造创下了日进尺22.75米、月进尺约331米(即每月掘进长度)的国内新纪录，刷新了中国速度。
“我们与国网新源、中铁装备联合研制的国内首台大直径、大倾角TBM，取得了多项技术专利，填补了国内相关技术的空白，达到国际先进水平，显著提升工作效率以及施工安全性。”中国水利水电第六工程局总经理裴利民说，传统作业方式的月进尺一般在50米左右，采用TBM后将施工效率提升了六倍。
完成多项专利
未来还能应用在更多领域
据了解，在该工程建设中，共完成专利申报48项、工法申报4项。经评定，大直径斜井TBM始发和拆机关键技术均已达到国际先进水平，在提升抽水蓄能电站工程本质安全水平、成洞质量、工艺水平、开挖进度以及显著改善施工环境方面积累了丰富经验。
洛宁抽水蓄能电站引水斜井TBM的顺利贯通，不仅打破了传统钻爆法施工的壁垒，也为后续国内TBM在复杂的大倾角环境中施工提供了重要的借鉴意义,将进一步推动抽水蓄能电站建设的机械化施工进程，为抽水蓄能电站工程建设管理转型升级注入新的动力。
顶端新闻记者了解到，这次接近40度的大倾角作业还只是“小试牛刀”，中铁装备的TBM在其实已经具备可以在90度的垂直角度进行作业。可以应用在更广泛的施工场景。
“我们在垂直维度上已具备具备-90°~+90°的全系列装备技术，硬岩掘进机技术走在了世界前列，逐步实现了从跟跑、并跑到领跑的转变。”中铁装备总工程师贾连辉介绍说。
顶端新闻记者了解到，截至目前，中铁装备盾构/TBM订单总数超过1700台，已出厂超过1500台，隧道掘进里程突破5000公里，出口海外32个国家和地区，河南产“盾构机”已成为畅销海外的国货新名片。
