水電工程TBM隧洞施工的最新進展

[英國]　P.雷諾茲

設計與施工

水電工程TBM隧洞施工的最新進展

[英國]P.雷諾茲

摘要：老撾謝片謝那姆諾水電站裝機容量410 MW，已決定采用TBM進行引水隧洞的施工，前期工作已準備就緒；土耳其卡爾吉水電站引水隧洞在掘進中遭遇了相當復雜的地質條件，TBM克服了重重困難，隧洞掘進工作最終圓滿完成；在挪威，地下工程再度興起，羅斯滕水電站引水隧洞即將動工。

關鍵詞：水力發(fā)電工程；TBM隧洞施工；謝片謝那姆諾水電站；羅斯滕水電站；卡爾吉水電站

1老撾謝片謝那姆諾水電站

謝片謝那姆諾(Xe-Pian Xe-Namnoy)水電站位于老撾南部，謝片謝那姆諾能源有限公司(PNPC)與老撾政府簽署合同，獲得該項目開發(fā)權和32 a經(jīng)營特許。電站裝機410 MW，計劃于2018年建成，預計年發(fā)電量超過1 800 GW·h，大部分電力將出口到泰國，少量供應國內。

該水電站位于波羅芬(Bolaven)高原阿速坡(Attapeu)省和占巴塞(Champasak)省境內，接近泰國邊境，西距湄公河巴色(Pakse)市約80 km，東南距阿速坡省35 km。

波羅芬高原上分別建有兩座堆石壩，即謝片壩和謝那姆諾壩，另外還建有幾座副壩和霍威嗎參(Houaymakchan)壩，廠房布置在壩后，水頭630 m，尾水排入謝昆(Xe Kong)河。

工程從謝那姆諾主水庫取水，通過隧洞引水到高原邊緣，調壓井前為低壓引水洞，過調壓井后為豎直段，隧洞變?yōu)楦邏憾础毫艿缹⑺虻孛鎻S房，廠房安裝3臺混流式水輪機和1臺沖水式水輪機。電力經(jīng)過變電站通過一條230 kV輸電線輸往泰國，一條115 kV輸電線并入本地電網(wǎng)。

1.1項目開發(fā)

開發(fā)商PNPC是一家投資公司，由韓國SK工程建設公司、韓國西部電力公司(Kowepo)、泰國叻丕發(fā)電控股公司(PCL)、老撾國有控股公司(LHSE)等4家公司組成。PNPC的三國背景起源于老撾、泰國和韓國簽署的能源合作協(xié)議，協(xié)議對該水電項目的開發(fā)作了詳細說明。

水電站壩址的現(xiàn)場研究工作始于20世紀90年代中期，現(xiàn)在的設計理念和建筑物布置與當時的構想基本一致，只是增大了裝機容量。

項目開始于大約10 a前，即2005年SK工程建設公司和韓國西部電力公司簽署合作諒解備忘錄后，諒解備忘錄促進了與其他合作伙伴一系列合作協(xié)議的簽署，后來兩公司共同出資成立了投資公司。2008年，與老撾政府簽訂了項目開發(fā)協(xié)議(PDA)。

2010年和2012年，分別與泰國電力局(EGAT)和老撾電力公司(EDL)簽署了關稅諒解備忘錄，2012年簽訂了特許經(jīng)營權協(xié)議，2013年與EGAT簽署了電力購買協(xié)議(PPA)?；炝魇剿啺l(fā)電機組發(fā)電量大約占90%，并用于出口。

PNPC以70∶30的債轉股率開發(fā)該項目。

工程的設計、采購、施工(EPC)主合同由SK工程建設公司負責實施，在特許經(jīng)營期內韓國西部電力公司負責運行和維護，泰國叻丕公司負責監(jiān)督。

1.2隧洞

上游低壓引水洞長13.7 km，混凝土襯砌。隧洞沿線巖性為泥巖、粉砂巖和砂巖。550 m深的垂直洞同樣用混凝土襯砌。EPC承包商SK工程建設公司與意大利專業(yè)承包商舍利公司(SELI)簽訂了分包協(xié)議，雙方共同完成上游引水洞開挖，包括TBM機的制造。

舍利公司與德國泰拉泰克公司(Terratec)簽訂了TBM制造合同，澳大利亞和日本生產(chǎn)零部件，最后在中國組裝。2014年12月初，總承包商、分包商和老撾政府代表參加了TBM的出廠驗收。

硬巖雙護盾TBM直徑5.74 m，431.8 mm刀盤，刀頭上設4個抓斗。主傳動功率2 000 kW，刀盤最大轉速7 r/min，扭矩8 000 kNm，主要考慮處理破碎帶。

遇到地質問題時，TBM可以以單護盾模式推進，并配有高壓應急推力裝置。

目前正在拆解TBM，計劃于2015年初通過陸路運到泰國港并進行現(xiàn)場組裝。

2挪威羅斯滕水電站

挪威正在建設裝機80 MW的羅斯滕(Rosten)水電站，承包商斯堪斯卡(Skanska)公司主要負責土建工程，包括總長5 km的地下洞室和發(fā)電廠房。羅斯滕水電站由挪威一家能源公司開發(fā)，預期年發(fā)電量超過190 GW·h。隧洞橫斷面面積20 m2到50 m2不等，2015年開工，2017年完工。電站將于2017年年底投入運行。

挪威隧洞數(shù)量有限，主要有下勒索加(Nedr eR?ss?ga)和呂瑟博騰Ⅱ(Lysebotn Ⅱ)，羅斯滕水電站引水隧洞為挪威新建隧洞項目。水電隧洞工程也許已經(jīng)過了鼎盛期，但國家戰(zhàn)略“綠色電池”項目將給地下工程帶來新的發(fā)展前景，現(xiàn)在隧洞項目正不斷涌現(xiàn)，一些備受關注的項目也在醞釀之中。

3土耳其卡爾吉水電站

2014年，土耳其102 MW卡爾吉(kargi)水電項目中，直徑10 m的羅賓斯TBM成功完成了在惡劣地質條件下7.8 km隧洞的掘進。剩余洞段采用鉆爆法施工。

卡爾吉項目位于喬魯姆(Corum)省克孜勒厄爾馬克(Kizilirmak)河上，由國家電力公司的一家全資子公司施工。項目總水頭75 m，預計年發(fā)電量超過460 GW·h。

工程于2011年初開工，主要建筑物包括一座高13 m、長500 m的土壩、一條長11.8 km的引水隧洞，和一座地面發(fā)電廠房，電站尾水排入博亞巴德(Boyabat)水庫。

最初計劃2013年年底完成電站建設。引水隧洞前1/4，圍巖中夾有軟火山巖、石灰?guī)r和粘土，但主要是堅硬的大理巖。

由于地質條件的差異，要求TBM設計早期要考慮分段襯砌，然后要考慮掛網(wǎng)、打錨桿和環(huán)梁，最終要考慮的是噴射混凝土。TBM也針對地質條件做了精心設計，考慮了連續(xù)傳輸系統(tǒng)。采用了羅賓斯現(xiàn)場初次裝配(OFTA)系統(tǒng)。

2012年初，TBM開始掘進后不久發(fā)現(xiàn)，隧洞地質條件比預期的粘土、松散巖還要差，掘進到斷裂帶內時盾構機頭被抱死。通過圍巖加固和挖掘輔助支洞，TBM最終穿過了軟弱帶。

遇到重大地質問題，盡管困難重重，通過技術措施加以解決是非常有意義的。截止到2014年中，TBM克服了從一開始就遇到的復雜地質條件，圓滿完成了隧洞掘進工作。這是羅賓斯現(xiàn)場小組在隧洞掘進史上遇到的最難克服的地質條件，他們精湛的技術令人印象深刻。

在最初2 km，每次遇險都要修建支洞幫助TBM解困，共挖掘了7條支洞。由于地質條件復雜多變，硬巖和流土交替出現(xiàn)，迫使挖掘工作多次停頓，通過斷層帶是另一個施工難題。

面對如此復雜的地質條件，項目業(yè)主、顧問、TBM設計者、羅賓斯現(xiàn)場小組和承包商對TBM進行了“重大”改進。為使TBM掘進盡快擺脫惡劣地質條件，創(chuàng)新的解決方案和更改必不可少。

超前鉆得到了廣泛應用。通過超前鉆，承包商能及時發(fā)現(xiàn)掌子面前方的空洞、疏松裂縫和破碎巖體，可以有效填充掌子面前方30 m范圍內的空洞。承包商和羅賓斯現(xiàn)場小組安裝了超前支護安裝系統(tǒng)，對洞頂提供額外的支撐。他們定制的傘鉆和定位器可以超前將管棚安裝到盾構前方10 m，鋼管直徑90 mm 。遇到軟弱地層時，用灌漿和樹脂的方法加固頂拱區(qū)。

隨著一系列改進，TBM的工作效率得到顯著提高，2014年初月掘進速度達到723 m，最快可掘進40 m/d。長4 km的鉆爆隧洞，月掘進速度可達300 m。

除了卡爾吉水電站外，國家電力公司還正在土耳其開發(fā)其他水電站，包括博坦(Botan)河上的517 MW色金(Cetin)水電站。色金水電站由裝機401 MW和116 MW的兩座水電站組成。2009年，該電站與卡爾吉水電站、20 MW卡基特(Cakit)水電站同時被國家電力公司收購。卡基特水電站于2010年投入運營。

4土耳其亞曼立Ⅱ水電站

正當卡爾吉水電站施工遇到難題，緊鑼密鼓地尋求解決之道時，土耳其另一座裝機82 MW的 亞曼立(Yamanli)Ⅱ水電站也遇到了掘進挑戰(zhàn)，盡管問題沒有卡爾吉水電站那樣嚴重。

在國家電力公司開發(fā)的另一座水電站中，直徑4.3 m、長9.3 km的引水隧洞采用TBM掘進。隧洞圍巖為石灰?guī)r，裂隙中充填粘土，并遇到兩條斷層帶。通過對掌子面前方巖體進行超前處理，加快了掘進速度。

亞曼立II和卡爾吉水電站的隧洞同時掘進，前者于2013年年底貫通，不久后卡爾吉水電站引水隧洞的施工也取得了令人滿意的掘進速度。

孟照蔚馬貴生譯

(編輯：朱曉紅)

收稿日期：2015-08-07

文章編號：1006-0081(2016)04-0024-02

中圖法分類號：U455

文獻標志碼：A