从斜井到竖井，TBM为什么是抽蓄建设的必选项？

地下千米的钢铁巨兽：TBM如何重塑抽水蓄能建设格局

从"永宁号"始发，到"天岳号"变径、"天工号"掘井、BBM下线——一场静水深流的地下革命

2023年1月16日，河南洛宁。一台开挖直径7.23米、总长近百米的硬岩隧道掘进机"永宁号"，在国网新源洛宁抽水蓄能电站缓缓始发。这不是一次普通的掘进——它标志着中国抽水蓄能电站斜井施工，正式从"钻爆法时代"迈入"机械化全断面开挖时代"。

三年后的今天，当我们回望这台"会爬坡的钢铁穿山甲"，会发现它推开的不仅是一条千米斜井的岩壁，更是整个抽水蓄能行业施工范式的大门。

一、为什么斜井是抽蓄建设的"硬骨头"

抽水蓄能电站被称为电网的"超级充电宝"，而引水系统则是这座充电宝的"血管"。上水库与地下厂房之间，往往需要通过倾角30度至50度、长度数百米甚至上千米的斜井来连接。这些斜井，长期以来是整个抽蓄工程中施工难度最大、安全风险最高、工期最不可控的环节。

传统的钻爆法施工，本质上是"人工+炸药"的循环：工人在斜井中搭设脚手架、钻孔、装药、爆破、通风排烟、出渣、支护，然后进入下一个循环。在大倾角斜井中，人员上下困难，材料运输危险，爆破飞石和塌方风险居高不下。一个千米级斜井，往往需要两三年甚至更久才能打通。

核心痛点：大倾角斜井钻爆法施工，人员暴露在高危环境中，工序间断导致效率低下，爆破对围岩扰动大，且超欠挖控制困难——这是困扰全球抽蓄行业数十年的难题。

"永宁号"的始发，正是对这一难题的正面回应。它由中铁装备等单位联合研制，是国内首台专门针对抽水蓄能电站大直径、大倾角斜井设计的敞开式硬岩TBM。与传统TBM不同，它要在近40度的陡坡上"向上爬行"掘进，这在全球范围内都没有成熟经验可借鉴。

二、"永宁号"交出的答卷：效率提升3至4倍

2023年12月14日，"永宁号"贯通洛宁电站1号引水斜井；2024年9月9日，2号引水斜井精准贯通。两条斜井分别长927米和873米，坡度36.236度和38.742度。至此，国内首次采用TBM施工的大倾角、大直径抽水蓄能斜井全部完工。

数据最有说服力。"永宁号"创下了日最大进尺22.75米、月最大进尺331.065米的全国纪录，施工效率达到传统工艺的3至4倍。两条斜井比计划工期提前127天贯通。更令人惊叹的是贯通精度——偏斜率仅为万分之零点四，相当于在一公里外一枪命中硬币中心，千米斜井的贯通偏差不到4厘米。

"永宁号"关键数据

开挖直径：7.23米

日最大进尺：22.75米

月最大进尺：331.065米

贯通偏斜率：万分之0.4

效率对比：传统工艺的3至4倍

工期提前：127天

这背后是40余项技术改造与工艺革新。项目团队研发了变角度斜井始发、分体组装掘进等新技术，针对性解决了大倾角防溜车、材料运输、激光导向等一系列难题。"永宁号"还首次搭载尾部自动安全门技术、大坡度有轨物料运输技术，大幅提升了设备可靠性。

2026年7月，洛宁抽水蓄能电站全面投产发电，总装机140万千瓦，成为华中地区已投运容量最大的抽蓄电站。从"永宁号"始发的那一刻起，这条技术路线就被证明是走得通的。

三、从斜井到竖井：TBM家族的全面爆发

"永宁号"的成功不是孤例。短短三年间，TBM技术在抽水蓄能领域呈现出多点突破、谱系化发展的态势。不同地质条件、不同洞室类型、不同施工场景，催生出各具特色的大国重器。

"天岳号"：50度超陡坡上的动态变径

如果说"永宁号"解决了"能不能用TBM打斜井"的问题，那么"天岳号"则把难度推到了新高度。这台由铁建重工自主研制的全球首台可变径斜井TBM，总长87米、总重超900吨，由一万多个零部件组成。

它在国网新源湖南平江抽水蓄能电站面对的是50度超陡坡，以及"上粗下细"的变径设计——上斜井洞径8米以降低流速，下斜井洞径6.5米以减少深部大洞室开挖风险。这意味着TBM必须在掘进过程中实时改变开挖直径，这在全球范围内没有先例。

2024年11月22日，"天岳号"贯通1号引水下斜井；2025年6月6日，总长1337.9米的首条引水斜井全线贯通。首次在50度超陡坡上完成直径6.5米至8米的动态变径掘进，攻克了高水头斜井建设的世界级难题，掘进速度较传统施工方式提升3倍。

"泰汶号"：30米极限转弯的世界之最

在山东泰安二期抽水蓄能电站，另一项世界纪录正在诞生。由中铁装备研制的"泰汶号"TBM，刀盘直径仅3.53米，却要在地下厂房排水廊道中完成30米最小半径的水平转弯——这是世界上转弯半径最小的敞开式TBM。

更具挑战性的是"双通道半断面渐变偏载掘进"工法。排水廊道与引水下平洞排水廊道需要精准连通，断面形状和受力状态在掘进中不断变化，设备始终处于偏载工况。"泰汶号"首创这一工法，提前45天完成关键节点施工。2026年2月5日，泰安二期抽蓄TBM圆满完成全部掘进任务，排水廊道全线贯通。

"天工号"：637米超深竖井的智能掘进

斜井之外，竖井是另一个战场。2025年12月7日，浙江松阳抽水蓄能电站1号引水竖井贯通；2026年5月2日，两条深度达637米的竖井全线贯通，刷新我国抽水蓄能领域最深竖井工程纪录。

攻克这一难题的核心装备，是三峡建工联合中国电建、北方重工共同研制的"天工号"全断面竖井掘进机。这台重达480吨的庞然大物采用独特的锥形刀盘设计，能够自适应复杂岩层，并通过五层平台集成掘进、出渣、支护等功能。

"天工号"创下的纪录

竖井深度：637米（国内抽蓄最深）

设备自重：480吨

日最大进尺：20.18米

月最大进尺：278.28米

效率对比：传统方式的近10倍

2号井工期：仅61天

真正革命性的是作业模式。"天工号"通过5G通信网络和上百个传感器，将井下数据实时传回地面指挥中心，操作员坐在中控室就能远程操控几百米深的设备掘进，实现了"井下无人、井上操控"的超深竖井智能建造新模式。与之配套的700米级智能竖井提升系统，如同深入地下的"智能电梯"，破解了超深空间人员物料运输难题。

更多装备正在路上

2025年10月，"天子山号"TBM在湖南双牌天子山抽水蓄能电站始发，整机长88米、重约240吨，最小水平转弯半径30米，掘进效率较传统爆破提升4倍以上。2025年12月，新疆若羌抽水蓄能电站TBM掘进工程突破千米大关。安徽桐城抽蓄的"桐心"TBM、铁建重工第三代抽蓄TBM……越来越多的工程正在验证这条技术路线。

四、最新突破：BBM掘爆机开启"第三代工法"

2026年8月1日，武汉江夏。世界首台掘爆机（Boring and Blasting Machine，简称BBM）正式下线。这台由清华大学水圈国重与中铁科工集团联合研制、水电五局作为首台工程验证单位的新装备，可能预示着抽蓄地下施工的下一次范式跃迁。

长期以来，地下隧道施工有两大主流工法：TBM的连续机械掘进，以及钻爆法的钻孔爆破。TBM在均匀硬岩中效率高，但面对断层破碎带、软硬不均地层时容易"卡壳"；钻爆法适应性强，但效率低、安全性差、扰动大。BBM的思路是将两者融合——既保留TBM的连续掘进和支护能力，又在复杂地层中引入爆破破岩，取长补短。

清华大学实验室试验结果显示，BBM开挖效率较传统TBM提升约30%。更值得关注的是，它能将开挖产生的岩柱加工成建筑骨料，实现洞渣资源化循环利用，减少弃渣外运，助力绿色低碳建造。

这台BBM下线后将即刻奔赴河南某抽水蓄能电站，开展实景工程示范应用。研发团队计划依托现场实测数据，持续融入围岩智能识别、施工超前预报、自主智能掘进等系统，推动装备从"可用能用"向"好用""智用"跨越。

如果说钻爆法是第一代工法，TBM是第二代工法，那么BBM所代表的"掘爆融合"可能就是第三代。对于地质条件复杂多变的抽水蓄能工程而言，这种适应性更强的装备，或许正是下一阶段的主攻方向。

五、TBM为什么是抽蓄建设的必选项

从"永宁号"到"天岳号"，从"泰汶号"到"天工号"，再到BBM的下线，TBM及衍生技术在抽水蓄能领域的加速应用并非偶然。它背后是效率、安全、质量、环保四重逻辑的共同驱动。

效率层面，TBM实现了掘进、出渣、支护的连续作业，彻底改变了钻爆法"钻孔—爆破—通风—出渣—支护"的间断循环。在硬岩地层中，TBM单日掘进可达20至50米，而钻爆法通常仅10至20米。在斜井和竖井等特殊场景，效率差距更为悬殊——"天工号"的效率是传统方式的近10倍。对于工期动辄五六年的抽蓄工程而言，数月甚至数年的工期压缩意味着巨额的财务成本节约。

安全层面，TBM将作业人员从爆破飞石、塌方、高坠等高危环境中解放出来。单台设备仅需10至15人操作，且主要在设备护盾保护下工作。"天工号"更是实现了"井下无人"，从根本上消除了超深竖井的人员安全风险。这在行业安全标准日益严苛的今天，具有不可替代的价值。

质量层面，TBM全断面开挖的洞壁光滑规整，超欠挖控制在极小范围内，减少了后续衬砌的混凝土用量。"永宁号"万分之零点四的贯通偏斜率，是钻爆法难以企及的精度。成洞质量的提升，直接关系到电站长期运行的安全和寿命。

环保层面，TBM施工粉尘、噪声和振动更易控制，对围岩扰动小，有利于保护山体稳定和周边生态。在生态敏感区域，这一点尤为重要。BBM的洞渣资源化利用，更是将环保理念向前推进了一步。

行业研究表明，以120万千瓦常规抽蓄电站为例，探洞和排水洞采用TBM施工，增加的施工成本约2000万元，仅占项目总投资的0.2%左右。考虑到工期压缩、安全改善、质量提升带来的综合效益，TBM的经济性正在快速显现。

六、十五五新周期：1亿千瓦装机背后的装备机遇

技术突破的背后，是庞大的市场需求在拉动。根据国家"十五五"规划纲要，未来五年全国抽水蓄能新增投产装机约1亿千瓦，到2030年全国抽蓄总投产规模将达到1.6亿千瓦左右。国家电网明确，"十五五"期间新开工、新投产抽蓄装机均超3000万千瓦。

这意味着，未来五年将有上百座抽水蓄能电站进入建设高峰期。每一座电站都包含引水斜井、排水廊道、自流排水洞、交通洞等大量地下洞室——这些正是TBM技术的用武之地。政策定调也从"规模扩张"转向"规模与质量并重"，对施工效率、安全质量和绿色低碳提出了更高要求，这与TBM的技术优势高度契合。

从装备供给侧看，国内已经形成了中铁装备、铁建重工、北方重工、中交天和等多强并立的格局，核心零部件全面实现自主可控。智能化方面，"云端+终端"一体化全断面掘进机智能建造解决方案日趋成熟，5G通信、实时监测、超前地质预报、智能导航定位等技术正在成为标配。

当然，挑战依然存在。TBM设备初期投入大，对地质勘察精度要求高，在极端复杂地层中的适应性仍需提升。不同项目的洞径、倾角、转弯半径差异巨大，设备定制化程度高，难以像标准化产品那样快速复制。这些问题，正是BBM等新技术试图解决的方向。

结语

从2023年"永宁号"的孤勇始发，到今天斜井TBM、竖井TBM、小转弯TBM、可变径TBM、掘爆一体机的百花齐放，中国抽水蓄能地下施工装备用三年时间走完了国外数十年的路。

这些钢铁巨兽在地下千米深处轰鸣掘进时，很少有人看到它们。但正是这些看不见的突破，在悄然重塑一个行业的建设逻辑，也在为新型电力系统的"超级充电宝"注入中国智造的底气。

十五五的大幕已经拉开，1亿千瓦的装机目标就在前方。TBM技术的下一个故事，值得期待。

参考来源

中国新闻网、国务院国资委、中国电力建设集团、中国中铁、铁建重工、北方重工、水电七局、水电六局、水电八局、水电十二局等公开报道