國外三座水電站隧洞工程施工進展

[英國]　P.雷諾茲

?

國外三座水電站隧洞工程施工進展

[英國]P.雷諾茲

摘要：許多山區(qū)水電站涉及地質條件復雜的大規(guī)模隧洞工程。詳細介紹了厄瓜多爾等國三座水電站工程不同階段的施工情況，重點闡述了這些項目的背景、隧洞施工技術等方面的內容，尤其是隧洞掘進機(TBM)的施工技術和方法，可為類似隧洞工程借鑒。

關鍵詞：水電站隧洞施工；施工狀況；厄瓜多爾；奧地利；挪威

許多山區(qū)水電站通常都包括大型地下工程，如科卡科多辛克雷(Coca Codo Sinclair，CCS)水電站、GKI (Gemeinschaftskraftwerk Inn)水電站及呂瑟博滕(Lysebotn)2水電站就是典型的例子。

CCS水電站位于厄瓜多爾安第斯山山區(qū)，為引水式電站，裝機1 500 MW，引水隧洞長24 km，位于河灣地段中部，通過裁彎取直，使電站獲得巨大的水頭差，工程采用隧洞掘進機(TBM)施工，目前已完工；GKI水電站位于奧地利阿爾卑斯山山區(qū)，隧洞采用美國羅賓斯雙護盾硬巖TBM施工，目前2臺TBM已組裝完成，并投入使用；呂瑟博滕(Lysebotn)2水電站位于挪威，裝機370 MW，隧洞采用鉆爆法掘進，目前正在施工。

1厄瓜多爾CCS水電站

1.1工程概況

CCS水電站跨納波和蘇昆比奧斯兩省，位于首都基多以東約150 km。該電站大部分為地下工程，大壩位于科卡(Coca)河上，兩岸山體陡峭，通過長24 km的引水隧洞將河灣截彎取直，將水輸送到調蓄水庫，再通過壓力管道豎井流入地下廠房，最后經(jīng)尾水隧洞排到下游河道。電站利用總水頭達620 m。

水電站開發(fā)商為該國CCS電力公司，該公司希望電站建成后年發(fā)電量能夠達到8 600 GW·h。CCS水電站地下廠房計劃安裝8臺單機187.5 MW的沖擊式水輪機和8臺發(fā)電機組(8×205 MVA，功率因數(shù)0.8)。水輪機的設計額定水頭604.1 m，額定流量34.8 m3/s，額定轉速300 r/min。

早在2009年，中國水利水電建設集團公司與CCS電力公司簽署了CCS水電站工程總承包(EPC)合同。同年年初，意大利Electroconsult公司完成了該水電站的可行性研究報告。另據(jù)2010年與厄瓜多爾財政部簽署的協(xié)議，中國進出口銀行將為該工程提供16.8億美元(約占工程投資的85%)的貸款，貸款將在工程建成后10 a內還清。厄瓜多爾政府負責提供剩余建設資金。由于CCS水電站提供的是清潔能源，因此還可出售相應的碳排放額度，由此獲得的收益也可用于償還部分建設資金。

1.2隧洞工程

CCS水電站的主要地下建筑物包括長引水隧洞、2條壓力管道豎井、地下廠房和主變洞，此外還有1條相對較短的尾水隧洞和數(shù)條交通洞。從工程建設角度而言，其主要工作是隧洞工程。引水隧洞穿越的巖層主要為玄武巖、安山質火山巖、流紋巖、熔結凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、板巖和火山巖。

2012年底，德國海瑞克(Herrenknecht)模具公司生產(chǎn)了2臺直徑9.04 m的TBM組裝，采用預制內徑為8.2 m的混凝土管片進行隧洞襯砌，在長為13.8 km和9.6 km的洞段分別進行開挖。另外約1.4 km的洞段通過鉆爆法進行開挖。2015年2月用1臺雙護盾TBM完成了引水隧洞較長洞段的掘進。同年4月，另1臺雙護盾TBM完成了較短洞段的掘進，標志著TBM完成了全部引水隧洞的施工。同時，電站的其他地下工程也進展順利。根據(jù)委托方的報告，EPC承包商已完成了合同中超過90%的工作量。

引水隧洞總長24.8 km，采用盾構法和鉆爆法同時開挖，據(jù)CCS電力公司稱，該引水隧洞為目前厄瓜多爾最長的隧洞。鉆爆法施工主要用于地下洞室及相關的支洞，如壓力管道、交通洞、母線洞和尾水隧洞。壓力管道隧洞分為水平段和豎井段，每條壓力管道長度均為1.9 km，母線洞的鉆爆施工正在繼續(xù)。到目前為止，水電站下游段最大的開挖工程為主廠房(長寬高為212 m×25 m×47 m)和主變洞。根據(jù)委托方的報告，已完成主廠房和主變洞的開挖，正在進行混凝土施工，為發(fā)電機組的安裝做準備。

根據(jù)1981年完成的預可行性研究報告，除隧洞外，工程還包括1座混凝土面板堆石壩(壩高32 m，壩頂長143 m)、1座混凝土溢流壩(壩長267 m)和1座沉沙池(長120 m，分6倉)。引水隧洞進水閘的設計過流量約為250 m3/s。此外，還建有1座擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩高50 m，壩頂長135 m，溢洪道為開敞式。

2奧地利GKI水電站

總長約22 km的瑪利亞斯泰因(Maria Stein)引水隧洞是奧地利GKI水電站的三大主體建筑之一。2014年年中，豪赫蒂夫(Hochtief)公司獲得了總價達1.32億歐元的建設合同，同年年末，該公司為采用2臺羅賓斯硬巖隧洞掘進機開挖隧洞而進行了前期預開挖和交通隧洞的施工。

GKI水電站位于奧地利蒂羅爾(Tyrol)省，鄰近瑞士邊境。電站裝機容量為89 MW，主要特點是水庫位于歐維拉(Ovella)，而引水隧洞和廠房位于普魯茨(Prutz)，計劃安裝2臺混流式水輪機組。電站開發(fā)商為GKI公司，該公司由蒂羅爾(Tiroler)水力發(fā)電公司、韋爾班德(Verbund)公司等聯(lián)合組建。

前期隧洞工程主要包括通向TBM組裝洞室(長200 m)的交通洞(長650 m)。利用臺車開始從交通洞鉆爆施工，支護方式為鋼拱架結合噴射鋼纖維混凝土。目前交通洞已完工，并開始TBM安裝洞室的開挖。根據(jù)合同，TBM安裝洞室鉆爆施工由慕尼黑的穆勒&赫斯(Muller & Hereth)公司負責。

引水隧洞主洞采用2臺直徑6.53 m的TBM施工，TBM從組裝洞室分別向南、北兩個相反的方向掘進，掘進長度分別約為12 km和10 km。這2臺TBM由羅賓斯公司在意大利制造，配有長200 m的后配套車廂，其中1臺安裝有空氣冷卻器(當上覆巖體超過1 000 m后，隧洞內的溫度會較高)。TBM還配備了二次灌漿甲板，用來對隧洞底板進行固結灌漿。在施工現(xiàn)場， TBM在進入交通洞前將進行部分組裝，隨后在組裝洞室內完成整體組裝。

據(jù)羅賓斯公司稱，2臺TBM的所有系統(tǒng)都設計成能夠“雙推進”，即實現(xiàn)在無需等待供料的情況下(如出現(xiàn)這種情況)安裝2個管片圓環(huán)的目標，該設計可最大限度地加快施工進度，減少等待時間，特別是當TBM掘進深入山體時。

TBM將安裝內徑5.76 m的混凝土襯砌圓環(huán)，管片的詳細設計由奧地利茵斯布魯克(Innsbruck)市的維格爾(Vigl)咨詢公司承擔。每個長1.66 m的管片環(huán)都由仰拱、側拱和頂拱幾個部分組成。預制管片厚270 mm，整個襯砌圓環(huán)的外徑為6.30 m。管片在現(xiàn)場制作，通過輸送帶輸送。據(jù)豪赫蒂夫公司稱，管片預制廠有12組共計48個模具，每天能夠制作30個管片環(huán)。

根據(jù)該水電站的施工進度安排，目前正在進行TBM的掘進工作，開挖渣料堆放在現(xiàn)場，以減少交通運輸工作量，并計劃2017年年中完成全部TBM掘進工作?，F(xiàn)場監(jiān)理工作由貝利(P?yry)公司承擔。

3挪威呂瑟博滕2水電站

呂瑟博滕 2水電站正在進行高強度地下爆破開挖作業(yè)，包括數(shù)條隧洞和地下廠房的開挖施工。該項目業(yè)主計劃將電站的裝機容量由目前的210 MW提升至370 MW，但由于工程位于陡峭的峽灣和山區(qū)，冬季交通運輸及一些施工活動受制于冰雪天氣，預計該項工作將耗時較長且困難重重。

呂瑟博滕2水電站原址有上、下兩個水庫，計劃將重新改建兩個水庫之間的連接隧洞，改建的隧洞總長度約11km，其中主要為引水隧洞和尾水隧洞(約7.8km)。引水隧洞斷面將由目前的18m2增加至45m2。其他主要地下工程包括不同深度的豎井(最深達55m)和1條通向地下廠房的交通洞(長1.5km)。該電站未設調壓室，但設計了上、下游兩個調壓隧洞。

據(jù)呂瑟博滕2水電站業(yè)主稱，由于引水隧洞所在區(qū)域地形險峻，因此未采用TBM而改用鉆爆法施工。該工程承包商瑞士最大公共工程公司Implenia已完成交通洞的開挖，主廠房、主變洞、引水隧洞及尾水隧洞同時施工。2015年底已完成地下洞室開挖。項目業(yè)主稱，工程正按照進度計劃穩(wěn)步推進。

隧洞開挖料將用于港口的地基基礎建設。該港口位于呂瑟(Lyse)峽灣岬，靠近工程所在地，主要用來停泊呂瑟博滕的小型船舶。據(jù)估計，整個工程將有57萬m3的石渣料被傾倒至峽灣，用于港口建設。

預計新水電站將于2018年建成，計劃安裝2臺單機185 MW的混流式水輪機組，機組由安德里茨公司制造，電站利用總水頭為685 m。雖然困難重重，但從長遠看，該電站的投資回報顯著，每年可增加180 GW·h發(fā)電量，將使呂瑟博滕電網(wǎng)系統(tǒng)的年發(fā)電量增至1 500 GW·h。

楊家凱鄒瑜譯

(編輯：唐湘茜)

中圖法分類號：U45

文獻標志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)03-0028-02

收稿日期：2015-12-20