从“直来直去”到“会拐弯、能爬坡”！中国掘进机引领“打洞”新模式

近日

由中国中铁工业旗下中铁装备

等单位联合研制的

国产首台大倾角（39度向上）

斜井硬岩掘进机（TBM）

“永宁号”（中铁1158号）

在河南郑州顺利通过验收

这台“会爬坡”的设备

将应用于国网新源

河南洛宁抽水蓄能电站引水斜井工程

填补了我国大倾角斜井施工建设领域的技术空白

为推动抽水蓄能电站工程建设模式

转型升级注入新动力

1

32个系统创新，引领斜井建造新模式

洛宁抽水蓄能电站

是国家“十三五”规划重大能源项目

电站总装机容量140万千瓦

该项目首创将引水上斜井

中平洞和下斜井优化成一级斜井方案

开创了国内一种抽水蓄能电站建井的新模式

洛宁抽水蓄能电站

“永宁号”斜井TBM

开挖直径7.23米

负责施工的1号引水斜井927米

2号引水斜井873米

倾角分别为36.236度和38.742度

线路埋深为184～684米

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

施工难度属国内罕见

面对这台施工难度大

且需要“昂首”前进的硬岩掘进机

中铁装备针对

大倾角设备下溜

出渣堵渣、材料运输

流体液压容器自适应等技术难题

对这台设备的32个系统进行创新性改进

大大提高了设备整体可靠性和耐久性

其应用将极大提升工程本质安全水平

提升成洞质量、工艺水平及开挖进度

大幅改善施工环境

技术创新 亮点纷呈

►自主研发了斜井TBM防溜车装置

针对破碎围岩下斜井TBM安全装置适应性差，安全风险高的难题，提出“双X型”斜井TBM推进系统，通过多个撑靴独立控制，提高了对破碎围岩适应能力，同步建立了大坡度斜井掘进、换步自动监控体系。针对大坡度斜井TBM受重力影响而下溜的问题，自主研发了具有“等长度主动连杆和辅助连杆”的防溜车装置，解决了现有斜井TBM不能保证自锁机构的撑靴与斜井内壁始终保持平行的技术问题。

► 自主研发了安全、高效运输的斜井TBM

针对大坡度向上掘进TBM物料运输难题，基于斜井TBM空间布置，建立了多层次物料运输体系，解决了在开挖大坡度斜井隧道时，物料、人员难以及时到达作业面的难题。研发了“随动型改向滚筒”技术，通过绳索串联TBM后配套上设置的改向滚筒和在洞室内设置卷扬机，实现了重载物料和人员的安全运输。

►开发了长距离自溜出渣及渣槽快速延伸技术

自主研发了具有“振动+高压水冲刷”功能的U形渣槽，建立了渣速监测体系，解决了长距离自溜出渣易堵渣的难题；研发了溜渣槽快速延伸技术施工工艺；基于“固-液”结合的流体力学原理，形成了溜渣槽内部空间设计方法，解决了斜井TBM高效出渣的问题。

►研发了防高空防坠落与高效运输联动技术

针对大坡度斜井TBM向上掘进过程中，容易出现工具等小物料高空坠落、安全风险高的问题，创新研制了“防坠落墙”及 “感应门”，研发了高速物料运输与“感应门”的联动技术，提高了斜井TBM的安全性。

2

从“循规蹈矩”，到地下“任我行”

而在浙江宁海水电站建设项目中

硬岩竖井掘进机的理念

在竖井建造中付诸实践

成功攻克硬岩竖井掘进机

世界级技术难题

首次实现动力下沉

和井下无人掘进施工

目前该技术处于世界领先水平

世界首台全断面竖井硬岩掘进机

看似是一横一竖

一撇一捺的区别

但是隧道掘进机施工方位的不同

会带来出渣技术、推进技术、远程控制技术

等方面革命性的变化

在研制世界首台

全断面竖井硬岩掘进机过程中

中铁装备坚持自主创新

充分融合了传统竖井施工技术

和全断面隧道掘进机施工理念

先后攻克掘排同步垂直出渣技术

环形撑靴推进技术等一系列关键难题

设备可安全高效建井

并首次实现动力下沉

和井下无人掘进施工

设备配备的创新技术

► 拥有自主知识产权的特制推进技术，为设备提供可靠、稳定的推进动力；

► 拥有自主知识产权的全断面开挖机械式同步出渣系统，比泥水、真空等传统出渣方式效率更高、能耗更低，解决了开挖、出渣同步施工这一国际性难题；

► 首创竖井远程控制系统，操作人员无需下井，首次实现井下全断面硬岩掘进无人施工。

全断面竖井硬岩掘进机安全高效建井

这台全断面硬岩竖井掘进机

与传统工法相比

施工人员减少50%以上

掘进效率提高了2倍以上

掘进期间

实现了井下无人、自动掘进、地面远程操控

为类似地下工程施工提供了经验和借鉴

为千米级竖井全断面掘进技术难题

提供了新的解决方案

3

从钻孔爆破人工作业，到钢铁穿山甲

抽水蓄能电站隧道施工中的人工作业

传统的抽水蓄能电站隧道开挖

往往采用人工作业

这是一项高风险作业

其需要人工下井钻孔爆破

施工难度大，安全风险高

一直是抽水蓄能电站

建设者的一块“心病”

相较于传统爆破方式开展隧洞施工

TBM具有施工速度快、安全环保、减少劳动力

自动化程度高、无爆破振动、对围岩扰动小

减少超挖、节约衬砌费用等显著优势

平均月开挖进度

一般为250米到300米

是钻爆法施工速度的2到3倍

并可显著减少围岩爆破松弛圈

避免超挖欠挖现象

极大地提高了洞室施工质量

近年来，我国自主研制的多台TBM

在我国多个抽水蓄能电站建设中

都有不俗表现

1

文登号

2019年9月10日

全球首台紧凑型超小转弯半径

硬岩掘进机“文登号”下线

这也是我国首次将TBM工法

引入抽水蓄能电站工程建设领域

“文登号”专为抽水蓄能电站量身定做

长约37米，开挖直径3.53米

体积只有常规TBM的80%左右

转弯半径30米

是常规TBM的1/10

最大程度提高了灵活性、机动性

整台设备在掘进过程中

可以转弯60度左右

在隧道施工中具有

安全性好、掘进效率高

适应性强、转场灵活等特点

2

洛宁号

2022年8月1日

世界首台改进型超小转弯硬岩TBM

“洛宁号”

完成洛宁抽水蓄能电站项目

5020.775米的排水廊道及自流排水隧道掘进任务

实现提前合同工期8个月精准贯通

自2021年6月6日始发以来，

“洛宁号”先后克服无导洞始发、重载上坡

-4.5%连续下坡等难题

历经6个连续超小弯道掘进

近3000米的长距离出渣

14个30米半径转弯

最终实现全线精准贯通

“洛宁号“创造了单班最高进尺20.029米

日最高进尺37.037米、月最高进尺615.172米

平均月进尺391米

开创了小转弯半径TBM

在抽水蓄能领域施工的最高纪录

3

抚宁号

世界首台大直径超小转弯TBM“抚宁号”

应用于河北抚宁抽水蓄能电站工程建设

开挖直径9.53米

设计最小转弯半径90米

最大设计纵坡9.02%

是目前世界大直径TBM中

转弯半径最小且纵坡最大的设备

这台设备采用针对性的创新设计

搭载成熟的支护系统

可以实现高效破岩

稳定掘进、快速支护

4

吉光号

2022年8月11日

应用于浙江缙云抽水蓄能电站的

“吉光号”TBM破岩而出

缙蓄电站厂房上层排水廊道顺利贯通

标志着国内抽水蓄能电站TBM应用

迈入同一类型隧洞实现

100%TBM（机械化）施工阶段

为抽水蓄能工程TBM施工

标准化运用提供了示范

着眼国家发展战略

和国家重点工程建设需要

多年来，我国盾构产业致力于

“造世界最好的盾构”

持续加强技术攻关

在市场中不断打磨

在实际应用中不断升级优化

逐渐发展出了人无我有

人有我优的新技术

实现“从跟跑到领跑”的飞跃

中国中铁盾构人将继续

秉承“为人类美好生活造盾构”的梦想

坚韧前行、掘进未来

执行主编丨李元、沈苏

责任编辑丨孙凯笛、张冬（工业）

原标题：《从“直来直去”到“会拐弯、能爬坡”！中国掘进机引领“打洞”新模式》

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