N.D.德朗斯抽水蓄能電站建設(shè)概況

［瑞士］T.本茨

N.D.德朗斯抽水蓄能電站坐落于瑞士西部的阿爾卑斯山，它利用了現(xiàn)有的兩座水庫:海拔為1 920 m、庫容為2.2億m3的埃莫松水庫和海拔為2 205 m、庫容為1 200 萬m3的老埃莫松水庫。4 臺裝機150 MW 的水泵－水輪機以240 m3/s 的流量在兩座水庫之間泵水。

聯(lián)邦環(huán)境、能源、交通運輸部于2008 年8 月為該抽水蓄能電站擴建工程發(fā)放了施工許可證。隨即開始了進場準備和現(xiàn)場籌備工作。同年11 月7 日，瑞士電力公司(控股54%)、瑞士聯(lián)邦鐵路SBB(控股36%)、區(qū)域電網(wǎng)公司(控股10%)共同出資成立了N.D.德朗斯公司。

1 環(huán)境影響

由于最初決定將整個復(fù)雜的主體工程設(shè)置于地下，因此該工程對環(huán)境的影響大為減少，而地面僅用來堆放地下施工所開挖石料。工程施工時開挖的石料用作混凝土骨料，從而大大減少了開挖料堆放區(qū)的面積，也節(jié)省了工程成本。

2 設(shè)計理念

該工程設(shè)計包含兩條平行且完全獨立的輸水管，每一條輸水管都將裝備2 臺150 MW 混流式水泵－水輪機。

2.1 關(guān)鍵組成部分

主體建筑物的主要特征概括如下。

(1)1 座老埃莫松上庫引水結(jié)構(gòu)物。

(2)1 條混凝土襯砌廊道，長230 m，直徑6.6 m。

(3)靠近豎井頂部的上閥室。由于進水口和豎井之間的距離較短，因此不用另設(shè)調(diào)壓室。

(4)1 座混凝土襯砌豎井，長441 m，直徑6 m;頂部和底部的彎頭采用鋼筋襯砌。

(5)1 條鋼襯排水廊道，長50 m，直徑4.25 m。

(6)上游閥室。

(7)2 條上游分叉鋼襯廊道，長40 m，直徑3.2 m。

(8)安裝4 臺水泵－水輪機的主洞室，長138 m，寬32 m，高52 m。

(9)2 條下游分叉鋼襯廊道，各長40 m，直徑3.7 m。

(10)1 條下游鋼襯廊道，長126 m，直徑4.5 m。

(11)1 條下游混凝土襯砌廊道，長758 m，直徑6.6 m。

(12)下游閥室。

(13)1 條下游混凝土襯砌廊道，長369 m，直徑6.6 m。

(14)1 座埃莫松下庫泄水結(jié)構(gòu)物。

2.2 交通洞

(1)1 條主交通洞，長5 500 m，直徑9.4 m。TBM 機從海拔1 118 m 高程(隧洞入口全年可通行)、坡度12%，向上掘進至海拔1 709 m 高程。

(2)長1 745 m 的進場通道(45 m2，坡度12%)，從海拔1 952 m 的入口(冬季無法到達)通往海拔2 138 m 的豎井頂部。另有一條長370 m 的延長通道通向上庫。

(3)1 條施工交通洞，長2 280 m(45 m2，坡度12%上)，從海拔1 952 m 的入口通往海拔1 697 m的豎井底部，進而通到主洞室。另有1 條通向交通洞的連接通道。

3 施工狀況

3.1 主交通洞

2009 年8～12 月，在裝配TBM 機之前，主交通洞前120 m 采用傳統(tǒng)的方式開挖，以便為TBM 機形成一個起始作業(yè)面。2010 年1 月開始使用TBM機。到2010 年12 月中旬，掘進進尺達1 530 m。但施工進度卻因TBM 機安裝備用系統(tǒng)、為TBM 機后面的傳輸帶安裝增壓裝置以及出現(xiàn)的一些微小地質(zhì)問題而受阻。

2010 年9 月中旬，因出現(xiàn)地質(zhì)問題，TBM 機掘進施工被迫中止。當時在水壓增至30 bar 時，有裂隙巖層產(chǎn)生的水流流速達到了60 L/s。雖然這種流速或水壓不會妨礙TBM 機施工，但是抽排如此大量的水會導(dǎo)致離隧洞掘進面1km 遠的埃莫松混凝土雙曲拱壩出現(xiàn)巨大的沉降。為此，在TBM 機頭部周圍裝了幾個灌漿環(huán)，以防滲水流向TBM 機。

為獲取未來可能出現(xiàn)任何地質(zhì)問題的相關(guān)資料，鉆探了多個鉆孔。從其中獲得的數(shù)據(jù)資料可以看出，即使壓力仍然很大，水流卻在持續(xù)減小。此外，其中一個相對干燥的鉆孔揭示，存在一個寬3 m的粘性細料區(qū)(底下巖層)。這將導(dǎo)致巖層不穩(wěn)定。而這種現(xiàn)象很難通過灌漿達到穩(wěn)固，因此進行了反復(fù)試驗來確定增強其穩(wěn)定性的最佳方法。

3.2 交通洞及其他結(jié)構(gòu)物

通向豎井頂部和底部的兩條交通洞截面積均為45 m2。采用傳統(tǒng)的鉆爆法開挖，液壓式隧洞鉆車鉆孔，漿狀炸藥引爆，并用帶自卸車的挖掘機出碴。使用裝備有水力碎石機的挖掘機清除石料，以巖石錨桿和噴混凝土作支護。

隧洞口位于海拔1 952 m，冬季無法施工。因此，2010 年4 月開工，11 月下旬即被迫停工。僅整個夏季，通向豎井頂部的隧洞掘進進尺為1 465 m，通向底部的為1 211 m。

為減少施工作業(yè)對引水結(jié)構(gòu)物的影響及考慮到種種限制，決定將整個引水結(jié)構(gòu)物預(yù)制好，然后再浮運至預(yù)定位置。每個預(yù)制塊需要混凝土800 m3。

4 施工進展

目前，只用了3 臺TBM 機來開鑿?fù)ㄍ娬局饕┕龅氐倪M場道路。

主洞室和輸水管的土建工程在2011 年底開工，機電工程和電氣工程將于2014 年開工。

工程預(yù)期目標是在2016 年實現(xiàn)首批2 臺機組投運發(fā)電;剩余的2 臺機組在2017 年并網(wǎng)發(fā)電。

2009 年秋成立了項目組，開展工程前期規(guī)劃和必要的施工準備工作;2010 年著手工程的增容工作，即從600 MW 增容至900 MW。

4.1 增加裝機容量

為實現(xiàn)裝機容量增加50%:①將150 MW 的機組數(shù)量由4 臺增加到6 臺;②兩條獨立的輸水管長度保持不變，但管道直徑增加25%左右，或?qū)⒔孛娣e增大50%。

裝機容量增加至900 MW 將面臨巨大的挑戰(zhàn):確保工程的技術(shù)可行性;避免因設(shè)計方案更改而使支出增加。900 MW 工程的地下施工工期比600 MW 的長1 a 左右，導(dǎo)致首批2 臺機組(1 號和2 號機組)將延至2017 年投入運行，剩余的2 臺機組(5號和6 號機組)將延至2019 年投運。

4.2 增加上庫庫容

隨著裝機容量從600 MW 增至900 MW，兩座水庫之間的輸水流速也從240 m3/s 增加到360 m3/s。由于現(xiàn)有的老埃莫松水庫庫容為1 200 萬m3，流速只有240 m3/s，因此，需將庫容擴大到2 400 萬m3，以使水庫最高蓄水位抬高20 m。

建于1952～1955 年的老埃莫松大壩高45 m，是一座重力拱壩，混凝土方量為62 000 m3。由于壩頂僅寬4 m，無法將大壩本身的高度加高20 m，因此，只好鏟除壩頂上15 000 m3的混凝土，將保留下來的部分作為雙曲拱壩的基礎(chǔ)。建成的新壩高77 m，共用97 000 m3混凝土。施工工期預(yù)計為2012～2015 年的4～10 月。