中國儲能網(wǎng)訊：
01、回顧往昔
抽水蓄能作為最早的大容量儲能技術(shù)，從20世紀(jì)中期開始就被大量運(yùn)用，逐漸成為全世界應(yīng)用最為廣泛的儲能技術(shù)。
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(zhì)少、轉(zhuǎn)彎半徑小、洞徑差異大等特點(diǎn)。2019年之前，普遍的施工方式還是手風(fēng)鉆，有一些項(xiàng)目把鑿巖臺車等大機(jī)配套裝備引入了進(jìn)來，斜井、豎井方面以反井鉆機(jī)為主，當(dāng)然更早的還有爬罐法這種方式。這幾種裝備結(jié)合在一起，形成了半機(jī)械化的施工方式。存在施工進(jìn)度慢、作業(yè)環(huán)境差、安全風(fēng)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(biāo)的提出，以新能源為主的新型電力系統(tǒng)開始加速構(gòu)建，我國抽水蓄能電站建設(shè)進(jìn)入快車道，如何提高電站建設(shè)的機(jī)械化程度、加快電站建設(shè)進(jìn)度、縮短建設(shè)周期，成為現(xiàn)階段亟需解決的問題。
02、業(yè)務(wù)風(fēng)采
2019年，文登電站承擔(dān)了《抽水蓄能電站地下隧洞開挖機(jī)械化施工關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用》課題中小直徑 TBM 應(yīng)用試驗(yàn)任務(wù)，由中鐵裝備負(fù)責(zé) TBM 研發(fā)并帶機(jī)試點(diǎn)應(yīng)用。同年9月13日，全球首臺緊湊型超小轉(zhuǎn)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(wù)?！拔牡翘枴盩BM 成果應(yīng)用，極大限度解決了抽水蓄能電站小洞室施工難、風(fēng)險高、進(jìn)度慢等問題，降低了施工安全風(fēng)險、提升了工藝質(zhì)量、保障了開挖進(jìn)度、改善了施工環(huán)境?！拔牡翘枴盩BM 的成功應(yīng)用，為行業(yè)施工向好向優(yōu)變革注入了強(qiáng)勁動力，自此，洞室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(shè)周期和地下洞室群系統(tǒng)研究，認(rèn)為，從可研階段、籌建及準(zhǔn)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(shè)進(jìn)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(jìn)尺指標(biāo)為60米/月，整體施工工期超過1年，嚴(yán)重制約電站核準(zhǔn)。為此，中鐵裝備集團(tuán)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(shè)計探洞長度1072米，后經(jīng)研究，利用規(guī)劃的進(jìn)廠交通洞和通風(fēng)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(kuò)挖交通洞和通風(fēng)洞，既達(dá)到施工勘探平洞、地質(zhì)素描的作用，同時也加快了籌建期施工進(jìn)度，為快速施工地下廠房創(chuàng)造條件。本項(xiàng)目已完成TBM施工任務(wù)，達(dá)到預(yù)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(shè)計探洞長度 1470米，經(jīng)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(jìn)，12 月 28 日全隧貫通，TBM 綜合月進(jìn)度超過600米，為電站節(jié)約勘察設(shè)計工期超過 1 年。
但受制于勘探平洞進(jìn)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(dǎo)，明確相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
（二）籌建期階段兩洞 TBM 施工
籌建期屬于電站建設(shè)主線工期，通風(fēng)兼安全洞和進(jìn)廠交通洞作為進(jìn)入地下廠房的唯一通道，施工進(jìn)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(jìn)度指標(biāo)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(diǎn)引入兩洞建設(shè)。
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(fēng)洞的洞線、洞徑適當(dāng)調(diào)整，“撫寧號”TBM 已于2022 年 10 月貫通，驗(yàn)證了大直徑 TBM 在 90 米轉(zhuǎn)彎半徑下施工和超小轉(zhuǎn)彎半徑下連續(xù)皮帶機(jī)出渣的可行性，在采用連續(xù)皮帶機(jī)出渣后，月均進(jìn)尺超過300米，達(dá)到預(yù)期效果。
另一個是內(nèi)蒙古烏海抽水蓄能電站，該項(xiàng)目首次引入了 TBM 小導(dǎo)洞開挖+鉆爆法擴(kuò)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(dǎo)洞，并于2023 年 5月導(dǎo)洞洞通，TBM 月均進(jìn)尺超過670米，最高月進(jìn)尺 920米，目前項(xiàng)目正在進(jìn)行鉆爆擴(kuò)挖工序，擴(kuò)挖進(jìn)度預(yù)計將超過200米/月。TBM+鉆爆組合工法的應(yīng)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(jī)械化施工方面開展相關(guān)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(diǎn)施工，截止目前，施工距離已超過600米，最高日進(jìn)尺超過15米，最高月進(jìn)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(dá)85%。
03、奮進(jìn)方向
雙碳風(fēng)潮下，抽水蓄能正迎來前所未有的發(fā)展機(jī)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(biāo)到2030年，我國抽水蓄能電站投產(chǎn)總規(guī)模達(dá)到1.2億千瓦。抽水蓄能既是儲能產(chǎn)業(yè)的基石，又是風(fēng)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(jìn)入了新發(fā)展期，加快發(fā)展成為抽水蓄能產(chǎn)業(yè)的主旋律。
作為隧道掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)軍企業(yè)，中鐵裝備始終將習(xí)近平總書記的囑托牢記心中，在“三個轉(zhuǎn)變”指引下，以科技創(chuàng)新為引擎，以隧道及地下工程裝備產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展為核心優(yōu)勢，致力于構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)。在隧道掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)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(yīng)性的全系列盾構(gòu)/TBM產(chǎn)品，基本實(shí)現(xiàn)地鐵、鐵路、公路、水利、水電、煤礦、礦山、市政等各應(yīng)用領(lǐng)域“全覆蓋”，縱向拓展了設(shè)計研發(fā)、新機(jī)制造、舊機(jī)再制造、技術(shù)服務(wù)、工程服務(wù)、機(jī)況評估、操作培訓(xùn)、技能鑒定等于一身的產(chǎn)業(yè)鏈條。
近年來,我國全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)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(fù)合盾構(gòu)、大直徑盾構(gòu)/TBM、異型斷面掘進(jìn)機(jī)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(yīng)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(zhì)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(zhì)復(fù)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(yīng)力、軟巖大變形等多種不良地質(zhì),從施工安全、技術(shù)難度、工期、成本及環(huán)境保護(hù)等方面考慮,傳統(tǒng)單一模式無法應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)的挑戰(zhàn),對于能夠?qū)崿F(xiàn)多種工法掘進(jìn)的多功能、多模式隧道掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)需求日益迫切。二是新型破巖。為應(yīng)對當(dāng)前極硬巖隧道施工過程中存在的掘進(jìn)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(xué)物質(zhì)等一種或多種物質(zhì)為主進(jìn)行掘進(jìn)破巖的第5代隧道掘進(jìn)機(jī)。三是智能化。傳統(tǒng)隧道掘進(jìn)機(jī)復(fù)雜地質(zhì)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(jīng)濟(jì)?；?G、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代新型信息技術(shù),研究開發(fā)可感-可掘-可控的智能裝備與施工技術(shù)體系，從復(fù)雜工況下掘進(jìn)狀態(tài)識別與地質(zhì)環(huán)境感知、地質(zhì)環(huán)境與裝備掘進(jìn)運(yùn)行參數(shù)映射規(guī)律與匹配方法、多系統(tǒng)協(xié)調(diào)智能化控制等方面開展研究，突破掘進(jìn)效率和壽命瓶頸，實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)裝備的長距離、智能化、無人值守、安全快速掘進(jìn)。
崢嶸歲月繭化蝶，風(fēng)雷激蕩正前行。中鐵裝備將繼續(xù)緊跟國家戰(zhàn)略，踐行責(zé)任擔(dān)當(dāng)，以強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力，豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)為抽水蓄能領(lǐng)域提供各類型應(yīng)用性較好的隧道掘進(jìn)設(shè)備，為推進(jìn)我國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不斷貢獻(xiàn)力量。
