［英國］ P.雷諾茲

1 秘魯切夫斯水電站

1.1 項(xiàng)目概況

切夫斯(Cheves)水電站位于秘魯首都利馬北部，裝機(jī)容量為168 MW，由挪威SN電力公司負(fù)責(zé)開發(fā)，計(jì)劃于2013年年底投產(chǎn)。該公司授權(quán)切夫斯電力S.A公司實(shí)施此項(xiàng)目。該高水頭電站預(yù)計(jì)年發(fā)電量可達(dá)835 GW·h。挪威顧問公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，德國最大的建筑公司豪赫蒂夫?yàn)槭椎囊患液腺Y公司是主要承包商及設(shè)備制造商。

此外，來自挪威、瑞士、法國的專家設(shè)備供應(yīng)公司也參與了項(xiàng)目建設(shè)。

該項(xiàng)目主要通過國際金融公司(IFC)牽頭融資，同時(shí)包括挪威銀行(DnBNOR)和北歐(Nordea)聯(lián)合銀行，這兩家銀行以前都曾支持過SN電力的基建投資。同時(shí)也有來自西德意志州銀行和興業(yè)銀行的資金。

該項(xiàng)目區(qū)距秘魯首都利馬約200 km，有公路通達(dá)。當(dāng)?shù)貧夂驗(yàn)榈湫偷陌驳谒股矫}沿海山谷氣候，全年降雨較少(小于300 mm)，且集中在雨季。其他季節(jié)太陽輻射強(qiáng)烈，氣溫10～30℃。

由于受到地下基礎(chǔ)設(shè)施的限制，切夫斯河徑流式梯級(jí)水電站方案包括流域內(nèi)2座高壩之間的一條輸水隧洞、發(fā)電引水隧洞、廠房洞室、變壓器洞室、尾水隧洞和大型交通洞。

除兩座大壩之外，還有瓦烏拉(Huaura)壩(高10 m)取水口及引水建筑物，調(diào)節(jié)水庫的切克瑞斯(Checras)壩(高25 m)，水流在引水洞進(jìn)口前分別流入沉砂池;地面土建工程包括在尾水出口下游皮昆奇(Picunche)修建一座高12 m的小型調(diào)節(jié)壩。

1.2 地下工程概況及進(jìn)展

與洪水、泥沙淤積、抗震穩(wěn)定一樣，地質(zhì)條件也是設(shè)計(jì)面臨的首要挑戰(zhàn)。

流域內(nèi)地質(zhì)狀況復(fù)雜，包括火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖和一些火山巖地層的不同組合。項(xiàng)目區(qū)主要有奇穆和卡斯馬兩類地層，分別位于該項(xiàng)目的上、下游。奇穆地層巖性主要為石英巖、石英砂巖、瀝青頁巖和燃煤的混合物，局部還有火山角礫巖?？ㄋ柜R地層巖性主要為安山巖夾花崗閃長巖。

引水隧洞長9.7 km，埋深從135 m到1200 m以上。廠房洞室和主變洞室埋深約750 m。

該項(xiàng)目最長的地下建筑物為引水隧洞，可分為兩部分，上長約700 m為涌浪段，后接陡坡段(14%)。與常規(guī)隧洞一樣，該引水隧洞采用馬蹄形橫斷面，上下游橫斷面寬度均保持為5.5 m不變，而橫斷面面積則從22.6 m2逐漸過渡到30.1 m2。

此外，上游瓦烏拉壩和切克瑞斯壩之間，布置長2.4 km、橫斷面面積15.9 m2的輸水導(dǎo)流洞。

引水隧洞和廠房洞室連接，廠房洞室長60 m、寬15.5 m、高 32 m，緊臨廠房為主變洞室(長27.5 m、寬11.2 m、高14 m)，尾水隧洞長度略大于3.3 km(橫截面面積24.9 m2)。

整個(gè)工程巖石挖方量約50萬m3，引水隧洞幾乎占一半，為25.3萬m3，尾水隧洞、導(dǎo)流洞和施工支洞開挖量分別為8.1萬，4.1萬，3.9萬 m3。

除廠房洞室和主變洞室(開挖量分別為24850，4400 m3)之外，施工支洞橫斷面最大(41 m2)，高7.3 m，寬6 m。

1.3 施工進(jìn)度

隨著大壩基礎(chǔ)開挖的完成和混凝土結(jié)構(gòu)上升到河床一般高程以上，項(xiàng)目地面工程進(jìn)展順利。

地下工程進(jìn)度超前，尤其是尾水隧洞，施工支洞幾乎完成了1 km，廠房洞室頂部開挖已完成，下部臺(tái)階式開挖進(jìn)展順利。

引水隧洞關(guān)鍵區(qū)域的施工支洞已開挖完成，以便在多個(gè)工作面開始鉆爆施工，并使涌浪隧洞段的開挖工作也可開工。

到2012年年中，應(yīng)該完成廠房洞室和主變洞室開挖工作，使機(jī)電工程能快速進(jìn)展，爭(zhēng)取2臺(tái)垂直軸水斗式水輪發(fā)電機(jī)安裝到位。到2013年年初，預(yù)計(jì)廠房下游尾水隧洞完工，預(yù)計(jì)上游輸水和引水隧洞2014年年中完工。

2 秘魯奧爾莫斯隧洞工程(橫穿安第斯山脈)

奧爾莫斯(Olmos)引水隧洞埋深達(dá)到2000 m，接近切夫斯電站引水洞最大埋深的2倍，除了年輕山脈中復(fù)雜的地質(zhì)問題外，秘魯境內(nèi)的奧爾莫斯輸水隧洞已成為隧洞開挖的主要挑戰(zhàn)。

困難迎刃而解。2011年年底前，5.3 m直徑的羅賓斯主梁TBM終于打通了隧洞，標(biāo)志著巴西承包商奧迪布里切特公司完成了長12.5 km的隧洞掘進(jìn)施工。

奧爾莫斯輸水隧洞橫穿安第斯山脈，總長度超過20 km。降雨集中在該山脈東側(cè)的萬卡班巴河流域，一個(gè)多世紀(jì)以來人們夢(mèng)想從這里調(diào)出一部分水輸送到太平洋一側(cè)的干旱的西部用于灌溉，計(jì)劃每年調(diào)水超過20億m3。

對(duì)該方案未來的設(shè)想是將修建更多的引水隧洞，用于引水發(fā)電。

隧洞沿線地質(zhì)由石英斑巖、安山巖、英安巖、凝灰?guī)r、片巖和火山碎屑角礫巖組成，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)構(gòu)(UCS)變化范圍為60～225 MPa。有多條斷層穿過隧洞，包括已知的兩個(gè)至少寬50 m的斷層。

隧洞覆蓋層產(chǎn)生的高地應(yīng)力使TBM施工存在擠壓風(fēng)險(xiǎn)，早在20世紀(jì)50年代，就已嘗試過鉆爆法施工。此外，隧洞埋置深度大，還會(huì)出現(xiàn)高溫問題，需采取有效的通風(fēng)及冷卻措施加以應(yīng)對(duì)。

2004年，為了實(shí)施該計(jì)劃，政府授予奧爾莫斯S.A公司為期20 a的建造和營運(yùn)特許權(quán)。巴西奧迪布里切特公司承擔(dān)了隧洞施工任務(wù)，并于2007年開始用羅賓斯公司生產(chǎn)的TBM進(jìn)行開挖。

盡管到2008年下半年已完成6 km隧洞開挖，并希望2009年年中完成全部開挖，但在隧洞開挖過程中，巖爆問題使開挖面臨的挑戰(zhàn)變得更加艱難，預(yù)計(jì)將多耗費(fèi)2.5 a的時(shí)間。最終，將會(huì)有超過16000次巖爆記錄事件，約17%被列為嚴(yán)重事件。

隧洞施工面臨挑戰(zhàn)的嚴(yán)重程度不可預(yù)見，甚至導(dǎo)致TBM隧洞內(nèi)改裝。隨著巖爆越來越嚴(yán)重，拆除了洞頂?shù)亩軜?gòu)支架并采用密格鋼質(zhì)板條網(wǎng)錨固在洞頂巖體上，稱為麥克納利支護(hù)系統(tǒng)。麥克納利支護(hù)系統(tǒng)適用于加固松動(dòng)巖石和不穩(wěn)定塊體，并形成有效保護(hù)傘，盾構(gòu)機(jī)工作人員可在保護(hù)傘下工作。

羅賓斯公司指出，其他變化還包括加固刀頭、重新調(diào)整平臺(tái)和操作室的位置。采用預(yù)先鉆孔和隨后連續(xù)鉆孔可以有效應(yīng)對(duì)巖爆。在TBM向前推進(jìn)期間，工人必須離開刀頭后面的區(qū)域，停留在工作面后面至少40 m距離，停留時(shí)間至少0.5 h，以允許巖石在此時(shí)間內(nèi)釋放應(yīng)力和變形。

在較好的地層條件下，TBM前進(jìn)速率可以達(dá)到35 m/h，而在最困難的開挖洞段，前進(jìn)速率僅50 cm/h。

奧迪布里切特公司生產(chǎn)經(jīng)理談到，不管遇到什么困難和挑戰(zhàn)，都會(huì)充滿自信，因?yàn)楣緭碛幸恢Х欠驳墓ぷ鲌F(tuán)隊(duì)。他指出，最重要的是設(shè)計(jì)師、TBM制造商和承包商共同工作，以便對(duì)TBM做出必要的調(diào)整。

3 巴拿馬奇里基梯級(jí)項(xiàng)目

該項(xiàng)目的3個(gè)水電工程構(gòu)成巴拿馬奇里基(Chiriqui)河流域開發(fā)的上游梯級(jí)，隧洞開挖工作正在火山泥流中推進(jìn)。與預(yù)期的情況一樣，已證明火山泥流巖性是變化的并具有挑戰(zhàn)性。

2009年年末，電力投資公司以EPC合同形式，把潘多(Pando)和蒙特利里奧(Monte Lirro)地下工程承包給德國賽利公司。工程包括總長13.1 km的主隧洞，要求2013年年底完工。

不久，賽利公司又拿到了埃爾阿爾托(El Alto)項(xiàng)目的隧洞施工合同，項(xiàng)目緊鄰狹窄封閉的上游河谷的下游，由越南的丐山(Caisan)水電和巴拿馬電力聯(lián)合體開發(fā)。該工程計(jì)劃于2013年投入運(yùn)行。

地形復(fù)雜是巴拿馬奇里基梯級(jí)3個(gè)水電工程所面臨的共同挑戰(zhàn)，引水隧洞必須在火山泥流中開挖，火山泥流主要物質(zhì)來源為火山巖漿和泥石流，巖石特性差別較大。

在奇里基河谷，隧洞開挖前，已確認(rèn)有兩類巖石，即基巖與碎屑巖兩類。前者缺少細(xì)料因而級(jí)配不太好。雖然沒有按照凝聚力分類的相關(guān)信息，但是巖石有相同的殘余和峰值摩擦力。巖石滲透性較弱，不同性質(zhì)的材料意味著可能有地下水風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 蒙特利里奧工程

蒙特利里奧隧洞長約7.9 km，完工后的斷面直徑3.2 m。使用直徑3.92 m的土壓力平衡盾構(gòu)機(jī)(EPBM)開挖隧洞，土壓力平衡盾構(gòu)機(jī)的刀盤上配備43 cm的盤刀和齒刀。

2011年初，隧洞開挖開始階段較順利，但是不久遇到難以施工的多水地層。土壓力平衡機(jī)遇到疏松的火山泥流，并且有大量的水流入洞內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)器停工。在機(jī)器上安裝一個(gè)短的應(yīng)急救援刀頭，以便輕動(dòng)盾構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)刀頭被一塊大的未膠結(jié)的卵石卡住。

停工4個(gè)月后，掘進(jìn)工作到2011年年末才得以繼續(xù)進(jìn)行。截止2012年年初，土壓力平衡盾構(gòu)機(jī)(EPBM)已完成開挖1550 m，約占整個(gè)隧洞的1/5。

蒙特利里奧和潘多項(xiàng)目引水隧洞已經(jīng)預(yù)制混凝土襯砌塊，由長1.2 m的環(huán)片組成，洞內(nèi)出渣主要用機(jī)車和礦車完成。

3.2 潘多工程

潘多項(xiàng)目采用直徑3.72 m的EPBM進(jìn)行施工。該TBM機(jī)正在挖掘一條長5.2 km、內(nèi)徑3.0 m的引水隧洞。

TBM施工于2011年年初啟動(dòng)，在火山泥流中施工較順利，在膠結(jié)的母巖中，掘出也很順利，截止到2011年10月，5個(gè)月內(nèi)輕松完成了約1600 m隧洞開挖。但2011年年末，在完成隧洞開挖約1900 m(1/3多)時(shí)，遭遇了與蒙特利里奧工程同樣的問題。通過固結(jié)工作面和排除地下水降低圍壓，才恢復(fù)施工。

3.3 埃爾阿爾托工程

埃爾阿爾托水電項(xiàng)目中，主要地下建筑有:長3.24 km的引水隧洞和調(diào)壓井、高96 m的豎井和長約330 m的壓力管道。

2011年第3季度，引水隧洞使用賽利公司提供的直徑6.79 m的EPBM施工。開始階段，機(jī)器3個(gè)月內(nèi)前進(jìn)了350 m，包括調(diào)試階段和安裝用于出渣的連續(xù)傳送機(jī)皮帶的時(shí)間。但不久就遇到了疏松火山泥流難題，發(fā)現(xiàn)了一種特殊的火山泥流，由未膠結(jié)的圓形黑渣金石組成，水壓力相當(dāng)大。

不過，除疏松火山泥流巖的挑戰(zhàn)之外，未發(fā)現(xiàn)其他影響正常施工的問題。截止到2012年年初，已完成隧洞開挖970 m，接近整個(gè)引水隧洞長度的1/3。