近日，中國水電六局承建的國網(wǎng)新源河南洛寧抽水蓄能電站2號斜井精準貫通。這標志著國內(nèi)首次采用硬巖掘進機(TBM)施工的大傾角、大直徑抽水蓄能斜井順利完工。

這臺來自河南鄭州中鐵裝備的“大塊頭”，開創(chuàng)了我國使用硬巖掘進機(TBM)斜井施工的先河，填補了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域空白。為我國抽蓄電站全方位采用機械化施工提供了新方法、新思路，創(chuàng)造了新的“中國速度”，奠定了我國抽蓄電站機械化施工的世界領(lǐng)先地位。

國內(nèi)首創(chuàng)！

TBM大傾角斜挖井

9月9日，在河南洛陽洛寧縣的大山深處，華中地區(qū)目前在建裝機最大的抽水蓄能電站——洛寧抽水蓄能電站，這里施工現(xiàn)場的工人們正在有條不紊地施工。

“洛寧抽水蓄能電站項目采用硬巖掘進機全斷面開挖引水斜井，是一次全新嘗試。這次成功，全方位提升了工程開挖質(zhì)量和效率，為國內(nèi)抽水蓄能電站建設(shè)實施大規(guī)模機械化創(chuàng)出了一條新路子。”國網(wǎng)新源洛寧公司總經(jīng)理張興彬說。

讓千噸級“大家伙”斜著打井？

這樣的大型機械在以前的報道里也見過，這次的斜井工程到底厲害在哪里?

我們要先了解這座抽水蓄能電站的設(shè)計特點。

洛寧抽水蓄能電站依山而建，主要包含上下兩個水庫。電站會利用夜晚等時段電網(wǎng)中的“富余”電力將山下的水抽到山上的水庫，待需要用電時再開閘依靠山上水庫的水進行發(fā)電。

項目的施工難點之一是兩條直徑超過7米，長度近千米的引水斜井。這兩個引水井不僅直徑大、長度長，斜井依山而建，還有近40度的斜角，垂直落差超550米。

頂端新聞記者了解到，在此之前，抽水蓄能電站引水斜井施工一般采用人工鉆爆擴挖等方法。但在如此大角度、大直徑的斜井項目中，傳統(tǒng)方法存在人工投入多、安全風險高、施工效率和質(zhì)量控制難等問題。

為了提高抽水蓄能電站施工機械化水平，降低地下工程施工安全風險。中國水電六局和國網(wǎng)新源洛寧公司、中鐵裝備工程集團有限公司圍繞水電站斜井開外的性能要求特點，共同研發(fā)制造了適用于斜井施工的“永寧號”TBM。

TBM以前在國內(nèi)都是應(yīng)用在平直的工作場景。斜著打井，這在國內(nèi)還屬于技術(shù)空白。

經(jīng)過了數(shù)月的研發(fā)，相關(guān)團隊克服了眾多難題，其中一個關(guān)鍵就是防止TBM溜車。

在接近40度的坡上行駛，普通的汽車都很難爬上去，更何況千噸重的TBM。為了防止TBM下溜，研發(fā)團隊從爬山虎受到啟發(fā)，自主研制出雙重防溜車系統(tǒng)，由多個“撐靴”撐緊巖壁，破解了難題。

填補國內(nèi)技術(shù)空白

施工效率提升六倍

“永寧號”TBM的應(yīng)用，成功填補了我國大傾角斜井施工采用TBM技術(shù)的空白。

在組裝TBM時，整個操作平臺十分狹小，“永寧號”TBM全長120余米，可供組裝作業(yè)的場地長度僅有50米，項目團隊不斷探索與試驗，確定了先組裝一部分、再掘進一段、然后再組裝一段的方案，最后順利組裝完成。

在項目部全體人員的通力配合下，僅用了20余天就完成了整機全部組裝，與在寬闊的平洞TBM場外組裝速度相差無幾。在不足整套設(shè)備一半長度的空間內(nèi)完成組裝的成果，也被認定為達到國際領(lǐng)先水平。

此外，施工過程中，復(fù)雜的地質(zhì)條件也是重大挑戰(zhàn)。斜井施工區(qū)域地質(zhì)以中風化新鮮斑狀花崗巖等Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，并穿越2條斷層破碎帶，施工環(huán)境復(fù)雜，施工難度屬國內(nèi)罕見。

通過加固撐靴作用區(qū)、回填砂漿、控制設(shè)備推進速度和推力等方式，項目部成功確保在每次調(diào)整角度時，設(shè)備的掘進姿態(tài)和精度都處于可控范圍，保證TBM的掘進效率。

在1號斜井的施工摸索出成功經(jīng)驗后，2號斜井的掘進速度有了大幅度提高。

在大傾角斜井施工領(lǐng)域，“永寧號”TBM創(chuàng)造創(chuàng)下了日進尺22.75米、月進尺約331米(即每月掘進長度)的國內(nèi)新紀錄，刷新了中國速度。

“我們與國網(wǎng)新源、中鐵裝備聯(lián)合研制的國內(nèi)首臺大直徑、大傾角TBM，取得了多項技術(shù)專利，填補了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的空白，達到國際先進水平，顯著提升工作效率以及施工安全性。”中國水利水電第六工程局總經(jīng)理裴利民說，傳統(tǒng)作業(yè)方式的月進尺一般在50米左右，采用TBM后將施工效率提升了六倍。

完成多項專利

未來還能應(yīng)用在更多領(lǐng)域

頂端新聞記者了解到，這次接近40度的大傾角作業(yè)還只是“小試牛刀”，中鐵裝備的TBM在其實已經(jīng)具備可以在90度的垂直角度進行作業(yè)。可以應(yīng)用在更廣泛的施工場景。

“我們在垂直維度上已具備具備-90°~+90°的全系列裝備技術(shù)，硬巖掘進機技術(shù)走在了世界前列，逐步實現(xiàn)了從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變。”中鐵裝備總工程師賈連輝介紹說。

頂端新聞記者了解到，截至目前，中鐵裝備盾構(gòu)/TBM訂單總數(shù)超過1700臺，已出廠超過1500臺，隧道掘進里程突破5000公里，出口海外32個國家和地區(qū)，河南產(chǎn)“盾構(gòu)機”已成為暢銷海外的國貨新名片。