洛宁抽水蓄能电站应用“永宁号”TBM穿山而行，与硬岩地层“硬碰硬”

航拍洛宁抽水蓄能电站上水库。袁梦 摄

“永宁号”TBM始发掘进位置示意图。

1号引水斜井贯通后，工作人员开展现场评估。王洋 摄

1月24日，斜井硬岩隧道掘进机（TBM）“永宁号”主机拆除工作在国网新源河南洛宁抽水蓄能电站完成。去年年底，洛宁抽水蓄能电站1号引水斜井安全贯通，标志着大倾角、大直径斜井TBM在抽水蓄能行业的首次试点应用取得成功。“永宁号”TBM在完成拆机、转场、维修保养、组装调试等工序后，将在该电站2号引水斜井继续开展掘进作业。

装上24条“腿”，大倾角也不下滑

抽水蓄能电站在电力负荷低谷时将水从下水库抽至上水库，在电力负荷高峰时将水从上水库放至下水库，通过电能与水的势能的相互转化，实现电能的存储与释放。如果将地下厂房比作抽水蓄能电站的心房，那么输水系统就是实现上下水库的水双向流动的血管，输水系统中的引水斜井就是动脉。

洛宁抽水蓄能电站1号引水斜井长927米，开挖直径7.23米，高差近560米，是国内抽水蓄能电站中最长的斜井，具有掘进倾角大、长度长、高差大的特点。斜井穿越两条大断层破碎带，施工地质条件复杂。为提高抽水蓄能电站建设的机械化水平，降低安全风险，提高建设质效，国网新源河南洛宁抽水蓄能有限公司结合电站工程建设实际，在1号引水斜井探索应用TBM进行机械化施工。

将TBM应用于开挖抽水蓄能电站引水斜井尚属国内首例。国网新源洛宁公司联合中南设计院、中铁装备、水电六局、水电七局、华咨监理等单位相关专业人员成立攻关团队，共同参与“永宁号”TBM的研发应用。

掘进施工时倾角大，掘进机容易下滑。“永宁号”TBM直径7.23米，长121米，自重达1500吨，掘进角度约39度，如果出现停电等突发情况，有可能整体下滑。如何保证“永宁号”TBM在斜坡上不往下滑？攻关团队在“永宁号”TBM上加装了四套支撑装置。支撑装置共有24条“腿”，在掘进过程中全程撑在岩壁上，确保不发生溜车情况。为防止设备意外断电造成支撑力不足，攻关团队研发了双重防溜车系统，包括蓄能器、机械自锁装置。在断电情况下，蓄能器可以保证支撑装置的油压，机械自锁功能可以实现设备锁定，共同防止设备下滑。攻关团队还为“永宁号”TBM配备了柴油发电机以应对紧急状况。柴油发电机在满油的情况下可以保障“永宁号”TBM工作24小时。

在有限空间内组装调试并始发

“永宁号”TBM具有掘进倾角大、体积大、重量重的特点。抽水蓄能电站引水斜井位于山体之间，需要先从山体外侧开挖出交通隧道，并在引水斜井掘进起点开挖组装洞室，才能实现设备进场、组装、调试及始发任务。

组装洞室在掘进完成后要回填混凝土，所以需尽可能减少组装洞室开挖施工工程量。如何在有限的空间内完成“永宁号”TBM组装调试并始发是攻关团队面临的第二道难题。针对组装洞室空间有限、始发姿态调整困难等技术难点，攻关团队经过多次试验讨论，决定采用先始发后分段组装的方式进行掘进。

“永宁号”TBM由主机、双重防溜车系统和8台后配套台车等装置组成，其中1号至5号后配套台车承担控制、配电等功能，6号至8号后配套台车承担通风、存储等功能。攻关团队分析了引水斜井岩石条件和现场施工条件，研究了各个装置的作用，在充分考虑设备掘进性能、施工投入和施工工期的基础上，经过研讨验证，得出“永宁号”TBM只需要完成主机、附属设备及1号至5号后配套台车组装便可以满足设备初步始发功能的结论。6号至8号后配套台车可在设备始发后分段组装。这样一来，组装洞室开挖空间减小了三分之一，施工费用降低了约800万元，在有限空间内完成设备组装调试并始发的难题得以解决。

2022年11月，货车载着“永宁号”TBM的设备部件驶过2000米长的地下交通隧道，到达电站1号引水斜井掘进起点。设备现场组装完毕后，被大号“千斤顶”推入1号引水斜井始发段。2023年1月初，“永宁号”TBM实现始发，为后续掘进作业打下基础。

多措并举成功穿越不良地质段

“永宁号”TBM施工过程中遇到的不良地质段长度共28米。该段存在岩石破碎、裂隙发育等情况，围岩整体稳定性差。其中还有一段岩石蚀变带，Ⅴ类围岩达15米，岩石强度非常低，有的地方甚至用手就可以抠下石块来，施工过程中极易出现掉块、坍塌等情况，给“永宁号”TBM安全稳定掘进带来极大的挑战。

攻关团队开展了多次研讨，邀请国内知名TBM专家进行现场实勘和方案论证，并制订了“永宁号”TBM通过不良地质段的专项应急预案。

在掘进过程中，攻关团队降低设备推力和转速，使用沙袋和钢板填充岩石塌腔体，以减少设备掘进对围岩的扰动，提升岩石承载能力，确保“永宁号”TBM的24条“腿”通过不良地质段时能获得有效支撑。针对不良地质段岩石条件，攻关团队还用自进式锚杆、钢筋排等对围岩进行初期支护，给不良地质段施工增加安全砝码。

为保证“永宁号”TBM的顺利掘进，国网新源洛宁公司建立了包括质量预控、过程管控、质量约束、工艺改进在内的质量管理体系，搭建了领导小组会、协调会、专家咨询会等沟通协调平台，确保“永宁号”TBM应用的每个环节都追求高品质、每道工序都可追溯、每次操作都实名记录，把质量管理贯穿设计、制造、组装、始发、掘进全过程。

在掘进过程中，国网新源洛宁公司优化施工组织顺序，调整设备维护班组与掘进班组工作时间，同步推进设备维修保养，将掘进效率由0.5米/小时提升至1米/小时，每日有效掘进时间由平均5小时提高至平均16.6小时。1号引水斜井掘进施工过程中，“永宁号”TBM最大单日进尺达到16.086米，最大月进尺达171米。

“永宁号”TBM的应用提升了洛宁抽水蓄能电站引水斜井的开挖质量和工艺水平，提高了工程建设安全水平，改善了施工环境，为抽水蓄能电站机械化施工积累了经验。