巴西薩爾圖皮朗工程的主要技術(shù)特點(diǎn)

[巴西]C.休姆斯 等

張惠明 譯自英刊《水電與大壩》2009年第 3期

1 概 述

伊塔雅伊阿蘇河流經(jīng)巴西南部圣卡塔琳娜州的阿皮烏納、伊比拉馬和隆特拉斯等城市,目前,在該河上正在修建薩爾圖皮朗水電站,裝機(jī)容量為182.3 MW。修建該電站的主要目的是為高壓輸電網(wǎng)供電。

這項(xiàng)工程由薩爾圖皮朗商業(yè)聯(lián)盟(CESAP)負(fù)責(zé),CESAP將實(shí)施該工程的 EPC交鑰匙合同授予了薩爾圖皮朗供應(yīng)商聯(lián)盟(UNESAP)。UNESAP由以下公司組成:卡馬戈科雷亞 SA(Camargo Corrêa SA)建筑和貿(mào)易集團(tuán)公司承擔(dān)土建工程,伏伊特西門(mén)子水電設(shè)備有限公司承擔(dān)設(shè)備采購(gòu)與安裝,卡馬戈科雷亞 SA集團(tuán)旗下的獨(dú)立工程和建設(shè)子公司(CNEC Engenharia SA)承擔(dān)工程的方案性設(shè)計(jì)與施工詳圖設(shè)計(jì)。

2 工程水力系統(tǒng)

工程的水力系統(tǒng)包括將水引到地下廠(chǎng)房洞室的引水系統(tǒng)和把水排入河流下游的尾水系統(tǒng),如圖1所示。引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)都配有調(diào)壓井,用于在發(fā)電機(jī)組流量變化過(guò)程中,特別是在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)或者停機(jī)時(shí),對(duì)出現(xiàn)的水流不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

目前,地下工程開(kāi)挖總長(zhǎng)度已達(dá)到10.8 km。從進(jìn)水口到壓力隧洞,巖體一般都是花崗巖。廠(chǎng)房洞室及下游部分是在變沉積巖體中開(kāi)挖。在水力系統(tǒng)沿線(xiàn)經(jīng)常會(huì)遇到輝綠巖脈。

圖1 水力系統(tǒng)布置示意

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

3.1 進(jìn)水口工程

進(jìn)水口工程包括如下部分。

(1)一座混凝土重力堰,高 3m,長(zhǎng)210m,主要是起自由溢流道的作用,并把河水引入進(jìn)水口。在堰的右側(cè),布置有一座底孔泄水閘和一個(gè)下泄生態(tài)流量的泄水孔,目前正在施工中。

(2)在伊塔雅伊阿蘇河右岸巖石中開(kāi)挖了一條引水明渠,渠壁和底部采用混凝土襯砌。在明渠入口處,建有一座帶攔污柵的鋼筋混凝土建筑物。

(3)在引水明渠下游端布置有一個(gè)帶閘門(mén)槽的進(jìn)水口,在進(jìn)行檢查或維修時(shí),該門(mén)槽可用于疊梁的操作。

3.2 地下工程

地下工程包括如下部分。

(1)在巖石中開(kāi)挖了一條長(zhǎng) 6637 m的低水頭隧洞,其斷面為拱 -矩形 (寬 ×高 =7.70m×7.85m)。開(kāi)挖工程已經(jīng)完成,整條隧洞的底面采用碾壓混凝土襯砌。在開(kāi)挖過(guò)程中,隧洞的性狀非常好。在穿過(guò)一條長(zhǎng) 300m的溪谷時(shí),要求開(kāi)挖作業(yè)特別小心,因?yàn)轭A(yù)測(cè)該區(qū)域的巖石覆蓋層小于 8 m,而且鉆孔推測(cè)表明,巖體狀況很差。但是在開(kāi)挖時(shí)并沒(méi)有遇到大的困難,開(kāi)挖進(jìn)展順利,且獲得成功。

(2)引水隧洞下游的交通隧洞為拱 -矩形斷面(9m×7m),該隧洞可提供一條通往壓力隧洞閘門(mén)的工作平臺(tái)的路線(xiàn)。隧洞的下段用作調(diào)壓井。該設(shè)計(jì)方案免除了開(kāi)挖一座上游豎井的需要,而在可行性研究中該豎井曾計(jì)劃用作調(diào)壓井。

(3)為便于操作主控閘門(mén),開(kāi)挖了一座豎井(斷面面積為100m2)。其上部洞室是一個(gè)與進(jìn)水口相似的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了2個(gè)帶閘門(mén)槽的開(kāi)口,用來(lái)操作疊梁或應(yīng)急閘門(mén)。

(4)閘門(mén)豎井的底部是2條壓力隧洞水平延伸的起點(diǎn),沿著2條發(fā)散的軸線(xiàn)分岔為2條隧洞,延伸到與2臺(tái)發(fā)電機(jī)組軸線(xiàn)交匯處,然后在此以一個(gè)60°的拐彎豎向傾斜,平行下降至略高于水輪機(jī)蝸殼中心平面的位置,在該點(diǎn)處,壓力隧洞又有一個(gè)近似水平方向的拐彎,直到與蝸殼的進(jìn)水口對(duì)接。這2條隧洞用提升式巷道掘進(jìn)機(jī)挖掘,直徑為 3.55m。下部拐彎處的上游直線(xiàn)段采用混凝土襯砌,從下部拐彎處開(kāi)始采用鋼板襯砌。

(5)地下廠(chǎng)房洞室寬17.0m,長(zhǎng) 64.2m,最大高度40.0m。目前,正在安裝2臺(tái)混流式水輪機(jī)。根據(jù)廣泛的結(jié)構(gòu)和地質(zhì)研究,以及模擬廠(chǎng)房洞室和相鄰隧洞開(kāi)挖的三維數(shù)值模型來(lái)確定巖石支護(hù)的型式與范圍。廠(chǎng)房洞室與相鄰隧洞的布置見(jiàn)圖2。

(6)在廠(chǎng)房洞室的右側(cè)開(kāi)挖了一條長(zhǎng) 377m的設(shè)備進(jìn)出隧洞,尺寸為7.0m×6.5m,用于施工和運(yùn)行期間設(shè)備的運(yùn)輸。在廠(chǎng)房洞室開(kāi)始開(kāi)挖時(shí),從設(shè)備進(jìn)出隧洞挖了一條交通隧洞通往廠(chǎng)房洞室的頂部,另外還開(kāi)挖了一條隧洞通往壓力隧洞的水平段。

圖2 廠(chǎng)房洞室和相鄰洞室布置示意

(7)在廠(chǎng)房洞室的左側(cè)開(kāi)挖了一條長(zhǎng) 300m的隧洞,尺寸為7.0m×7.6 m,主要用于通風(fēng)和連接廠(chǎng)房洞室與露天開(kāi)關(guān)站。電力母線(xiàn)經(jīng)過(guò)該隧洞和一座豎井到達(dá)地面的開(kāi)關(guān)站。

3.3 尾水工程

尾水工程包括如下部分。

(1)2條泄水隧洞的斷面成拱 -矩形,底板用混凝土襯砌,邊墻與拱頂采用錨和噴混凝土加固。

(2)1座下游調(diào)壓井開(kāi)挖成豎井形式,其斷面幾乎成橢圓形,斷面面積為183 m2。在豎井的上游側(cè)將建1座帶閘門(mén)槽的混凝土結(jié)構(gòu),以便從下游方向用疊梁關(guān)閉各條泄水隧洞。疊梁的操作在豎井頂部洞室里進(jìn)行。

(3)1條低水頭泄水隧洞,全長(zhǎng) 333 m,位于伊塔雅伊阿蘇河的右岸,后接一條短泄水渠。泄水渠離進(jìn)水口12 km。泄水隧洞將開(kāi)挖成拱 -矩形斷面(6.8m×6.8m),底面用混凝土襯砌,用錨和纖維增強(qiáng)噴混凝土進(jìn)行巖石支護(hù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

薩爾圖皮朗水電站的主要特點(diǎn)之一是采用了地下布置方式。在巴西,這是一種非同一般的設(shè)計(jì)方法,可以減少對(duì)自然坡地的環(huán)境影響。此外,把用于引水隧洞施工的交通隧洞作為調(diào)壓井也是一種經(jīng)濟(jì)的、創(chuàng)新的解決辦法。