中國儲能網訊：
01、回顧往昔
抽水蓄能作為最早的大容量儲能技術，從20世紀中期開始就被大量運用，逐漸成為全世界應用最為廣泛的儲能技術。
我國抽水蓄能電站選址處于山區(qū)峽谷地帶，地形起伏大，地下洞室存在巖石堅硬致密、洞室種類多、單洞長度短、不良地質少、轉彎半徑小、洞徑差異大等特點。2019年之前，普遍的施工方式還是手風鉆，有一些項目把鑿巖臺車等大機配套裝備引入了進來，斜井、豎井方面以反井鉆機為主，當然更早的還有爬罐法這種方式。這幾種裝備結合在一起，形成了半機械化的施工方式。存在施工進度慢、作業(yè)環(huán)境差、安全風險高、人員投入多、管理難度大等系列施工難題。
2021年，隨著我國“3060”目標的提出，以新能源為主的新型電力系統(tǒng)開始加速構建，我國抽水蓄能電站建設進入快車道，如何提高電站建設的機械化程度、加快電站建設進度、縮短建設周期，成為現階段亟需解決的問題。
02、業(yè)務風采
2019年，文登電站承擔了《抽水蓄能電站地下隧洞開挖機械化施工關鍵技術研究及應用》課題中小直徑 TBM 應用試驗任務，由中鐵裝備負責 TBM 研發(fā)并帶機試點應用。同年9月13日，全球首臺緊湊型超小轉彎半徑硬巖 TBM“文登號”在河南洛陽下線，并于次年9月30日完成中平洞壓力鋼管廊道和廠房中下層排水廊道 TBM 施工任務?！拔牡翘枴盩BM 成果應用，極大限度解決了抽水蓄能電站小洞室施工難、風險高、進度慢等問題，降低了施工安全風險、提升了工藝質量、保障了開挖進度、改善了施工環(huán)境?！拔牡翘枴盩BM 的成功應用，為行業(yè)施工向好向優(yōu)變革注入了強勁動力，自此，洞室設計標準化、線路優(yōu)化、行規(guī)、定額以及多場景 TBM 研究逐漸成為趨勢。
為此，中鐵裝備通過對抽水蓄能電站建設周期和地下洞室群系統(tǒng)研究，認為，從可研階段、籌建及準備期階段和主體施工階段著手，采用TBM工法施工，可有效加快工程建設進度。
（一）可研階段勘探平洞 TBM 施工
可研階段控制工期的主要因素為勘探平洞施工，通常采用傳統(tǒng)鉆爆法施工，洞室尺寸為寬度約3米，長度為 1-1.5千米的城門洞型，鉆爆法施工進尺指標為60米/月，整體施工工期超過1年，嚴重制約電站核準。為此，中鐵裝備集團在2座電站開展了TBM施工研究和嘗試。
一個是，浙江永嘉抽水蓄能電站位于浙江省溫州市永嘉縣，原設計探洞長度1072米，后經研究，利用規(guī)劃的進廠交通洞和通風兼安全洞線路，兼具探洞和兩洞功能，施工總長度 1900米，采用一臺開挖直徑 3.5 米的 TBM 施工。施工完成后，通過已有 TBM 施工洞室作為凌空面，鉆爆法擴挖交通洞和通風洞，既達到施工勘探平洞、地質素描的作用，同時也加快了籌建期施工進度，為快速施工地下廠房創(chuàng)造條件。本項目已完成TBM施工任務，達到預期效果。
另一個是，福建木蘭抽水蓄能電站位于福建省福州市仙游縣，設計探洞長度 1470米，經研究，采用一臺開挖直徑3.5 米 TBM 施工。2022年10 月 20 日 TBM 正式始發(fā)掘進，12 月 28 日全隧貫通，TBM 綜合月進度超過600米，為電站節(jié)約勘察設計工期超過 1 年。
但受制于勘探平洞進場道路、水電、洞口場地等因素限制，大部分電站還不具備采用 TBM 施工的條件，需從政策層面加以引導，明確相關標準。
（二）籌建期階段兩洞 TBM 施工
籌建期屬于電站建設主線工期，通風兼安全洞和進廠交通洞作為進入地下廠房的唯一通道，施工進度尤為重要。通常情況下采用傳統(tǒng)鉆爆法或三臂鑿巖臺車施工，施工進度指標100-150米/月，整體施工工期均在一年以上。通過研究，將幾種TBM 工法試點引入兩洞建設。
一個是河北撫寧抽水蓄能電站，為了充分發(fā)揮 TBM 施工長洞室的優(yōu)勢，對交通洞、通風洞的洞線、洞徑適當調整，“撫寧號”TBM 已于2022 年 10 月貫通，驗證了大直徑 TBM 在 90 米轉彎半徑下施工和超小轉彎半徑下連續(xù)皮帶機出渣的可行性，在采用連續(xù)皮帶機出渣后，月均進尺超過300米，達到預期效果。
另一個是內蒙古烏海抽水蓄能電站，該項目首次引入了 TBM 小導洞開挖+鉆爆法擴挖的施工方案，兩洞線路施工長度 2800米，采用 1 臺 3.5米 直徑 TBM 施工導洞，并于2023 年 5月導洞洞通，TBM 月均進尺超過670米，最高月進尺 920米，目前項目正在進行鉆爆擴挖工序，擴挖進度預計將超過200米/月。TBM+鉆爆組合工法的應用，將為籌建期節(jié)約工期 3 個月以上。
（三）主體施工階段 TBM 施工
主體施工階段，小斷面TBM廊道施工已趨于成熟，正在開展線路優(yōu)化方案，同時我們也在引水斜井、豎井TBM工法，廠房機械化施工方面開展相關研究工作，其中引水斜井TBM已在河南洛寧抽水蓄能電站試點施工，截止目前，施工距離已超過600米，最高日進尺超過15米，最高月進尺突破170米。
截至2023年9月，中鐵裝備已累計提供19臺TBM用于23座抽蓄電站，市場占有率達85%。
03、奮進方向
雙碳風潮下，抽水蓄能正迎來前所未有的發(fā)展機遇。國家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》?！兑?guī)劃》明確，目標到2030年，我國抽水蓄能電站投產總規(guī)模達到1.2億千瓦。抽水蓄能既是儲能產業(yè)的基石，又是風電、光伏及核電等整個新型電力系統(tǒng)的壓艙石。我國抽水蓄能電站發(fā)展進入了新發(fā)展期，加快發(fā)展成為抽水蓄能產業(yè)的主旋律。
作為隧道掘進機領軍企業(yè)，中鐵裝備始終將習近平總書記的囑托牢記心中，在“三個轉變”指引下，以科技創(chuàng)新為引擎，以隧道及地下工程裝備產業(yè)一體化發(fā)展為核心優(yōu)勢，致力于構建完整產業(yè)生態(tài)。在隧道掘進機領域，公司橫向形成了“大”“小”“異”不同斷面以及土壓、泥水、硬巖等不同適應性的全系列盾構/TBM產品，基本實現地鐵、鐵路、公路、水利、水電、煤礦、礦山、市政等各應用領域“全覆蓋”，縱向拓展了設計研發(fā)、新機制造、舊機再制造、技術服務、工程服務、機況評估、操作培訓、技能鑒定等于一身的產業(yè)鏈條。
近年來,我國全斷面隧道掘進機技術由常規(guī)斷面向超大/微小斷面發(fā)展、由圓形斷面向異形斷面發(fā)展、由單一模式向多模式發(fā)展、由傳統(tǒng)水平方向向多維度發(fā)展。中鐵裝備在復合盾構、大直徑盾構/TBM、異型斷面掘進機等方面取得了系列創(chuàng)新與突破,并先后在多個典型工程中得到成功應用。
歲月如歌聲聲急，事業(yè)如棋局局新。未來,中鐵裝備將圍繞“重視生命安全、挑戰(zhàn)地質極限、發(fā)展智能裝備、拓展宇宙空間”的總體思路,從裝備的多元化、智能化方面持續(xù)開展創(chuàng)新研究，致力于開發(fā)“多模式、新型破巖、智能化”等智能裝備。一是多模式。在長大隧道施工中，地質復雜多變,隧道可能穿越軟硬不均、硬巖、孤石、斷裂破碎帶和水底淺覆土等多種地層,面臨局部高水壓、高地應力、軟巖大變形等多種不良地質,從施工安全、技術難度、工期、成本及環(huán)境保護等方面考慮,傳統(tǒng)單一模式無法應對復雜地質的挑戰(zhàn),對于能夠實現多種工法掘進的多功能、多模式隧道掘進機的研發(fā)需求日益迫切。二是新型破巖。為應對當前極硬巖隧道施工過程中存在的掘進速度緩慢、刀具損耗巨大等難題,研究開發(fā)以激光、水射流、聲波、射線、核能源、化學物質等一種或多種物質為主進行掘進破巖的第5代隧道掘進機。三是智能化。傳統(tǒng)隧道掘進機復雜地質環(huán)境施工時，由于“缺感知、缺平臺、缺決策”造成的工程事故頻繁發(fā)生，造成施工不安全、不高效、不經濟?；?G、大數據、人工智能等現代新型信息技術,研究開發(fā)可感-可掘-可控的智能裝備與施工技術體系，從復雜工況下掘進狀態(tài)識別與地質環(huán)境感知、地質環(huán)境與裝備掘進運行參數映射規(guī)律與匹配方法、多系統(tǒng)協調智能化控制等方面開展研究，突破掘進效率和壽命瓶頸，實現隧道掘進裝備的長距離、智能化、無人值守、安全快速掘進。
崢嶸歲月繭化蝶，風雷激蕩正前行。中鐵裝備將繼續(xù)緊跟國家戰(zhàn)略，踐行責任擔當，以強大的技術實力，豐富的施工經驗，繼續(xù)為抽水蓄能領域提供各類型應用性較好的隧道掘進設備，為推進我國抽水蓄能產業(yè)高質量發(fā)展不斷貢獻力量。
