[英國(guó)]　P.雷諾茲

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國(guó)外三座水電站隧洞工程施工進(jìn)展

[英國(guó)]P.雷諾茲

摘要：許多山區(qū)水電站涉及地質(zhì)條件復(fù)雜的大規(guī)模隧洞工程。詳細(xì)介紹了厄瓜多爾等國(guó)三座水電站工程不同階段的施工情況，重點(diǎn)闡述了這些項(xiàng)目的背景、隧洞施工技術(shù)等方面的內(nèi)容，尤其是隧洞掘進(jìn)機(jī)(TBM)的施工技術(shù)和方法，可為類似隧洞工程借鑒。

關(guān)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(jī)1 500 MW，引水隧洞長(zhǎng)24 km，位于河灣地段中部，通過(guò)裁彎取直，使電站獲得巨大的水頭差，工程采用隧洞掘進(jìn)機(jī)(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(guó)羅賓斯雙護(hù)盾硬巖TBM施工，目前2臺(tái)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(jī)370 MW，隧洞采用鉆爆法掘進(jìn)，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(guò)長(zhǎng)24 km的引水隧洞將河灣截彎取直，將水輸送到調(diào)蓄水庫(kù)，再通過(guò)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(dá)620 m。

水電站開(kāi)發(fā)商為該國(guó)CCS電力公司，該公司希望電站建成后年發(fā)電量能夠達(dá)到8 600 GW·h。CCS水電站地下廠房計(jì)劃安裝8臺(tái)單機(jī)187.5 MW的沖擊式水輪機(jī)和8臺(tái)發(fā)電機(jī)組(8×205 MVA，功率因數(shù)0.8)。水輪機(jī)的設(shè)計(jì)額定水頭604.1 m，額定流量34.8 m3/s，額定轉(zhuǎn)速300 r/min。

早在2009年，中國(guó)水利水電建設(shè)集團(tuán)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(bào)告。另?yè)?jù)2010年與厄瓜多爾財(cái)政部簽署的協(xié)議，中國(guó)進(jìn)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(nèi)還清。厄瓜多爾政府負(fù)責(zé)提供剩余建設(shè)資金。由于CCS水電站提供的是清潔能源，因此還可出售相應(yīng)的碳排放額度，由此獲得的收益也可用于償還部分建設(shè)資金。

1.2隧洞工程

CCS水電站的主要地下建筑物包括長(zhǎng)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(duì)較短的尾水隧洞和數(shù)條交通洞。從工程建設(shè)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(zhì)火山巖、流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、板巖和火山巖。

2012年底，德國(guó)海瑞克(Herrenknecht)模具公司生產(chǎn)了2臺(tái)直徑9.04 m的TBM組裝，采用預(yù)制內(nèi)徑為8.2 m的混凝土管片進(jìn)行隧洞襯砌，在長(zhǎng)為13.8 km和9.6 km的洞段分別進(jìn)行開(kāi)挖。另外約1.4 km的洞段通過(guò)鉆爆法進(jìn)行開(kāi)挖。2015年2月用1臺(tái)雙護(hù)盾TBM完成了引水隧洞較長(zhǎng)洞段的掘進(jìn)。同年4月，另1臺(tái)雙護(hù)盾TBM完成了較短洞段的掘進(jìn)，標(biāo)志著TBM完成了全部引水隧洞的施工。同時(shí)，電站的其他地下工程也進(jìn)展順利。根據(jù)委托方的報(bào)告，EPC承包商已完成了合同中超過(guò)90%的工作量。

引水隧洞總長(zhǎng)24.8 km，采用盾構(gòu)法和鉆爆法同時(shí)開(kāi)挖，據(jù)CCS電力公司稱，該引水隧洞為目前厄瓜多爾最長(zhǎng)的隧洞。鉆爆法施工主要用于地下洞室及相關(guān)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(zhǎng)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(kāi)挖工程為主廠房(長(zhǎng)寬高為212 m×25 m×47 m)和主變洞。根據(jù)委托方的報(bào)告，已完成主廠房和主變洞的開(kāi)挖，正在進(jìn)行混凝土施工，為發(fā)電機(jī)組的安裝做準(zhǔn)備。

根據(jù)1981年完成的預(yù)可行性研究報(bào)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(zhǎng)143 m)、1座混凝土溢流壩(壩長(zhǎng)267 m)和1座沉沙池(長(zhǎng)120 m，分6倉(cāng))。引水隧洞進(jìn)水閘的設(shè)計(jì)過(guò)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(zhǎng)135 m，溢洪道為開(kāi)敞式。

2奧地利GKI水電站

總長(zhǎng)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(jià)達(dá)1.32億歐元的建設(shè)合同，同年年末，該公司為采用2臺(tái)羅賓斯硬巖隧洞掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖隧洞而進(jìn)行了前期預(yù)開(kāi)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(jī)容量為89 MW，主要特點(diǎn)是水庫(kù)位于歐維拉(Ovella)，而引水隧洞和廠房位于普魯茨(Prutz)，計(jì)劃安裝2臺(tái)混流式水輪機(jī)組。電站開(kāi)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(zhǎng)200 m)的交通洞(長(zhǎng)650 m)。利用臺(tái)車(chē)開(kāi)始從交通洞鉆爆施工，支護(hù)方式為鋼拱架結(jié)合噴射鋼纖維混凝土。目前交通洞已完工，并開(kāi)始TBM安裝洞室的開(kāi)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(fù)責(zé)。

引水隧洞主洞采用2臺(tái)直徑6.53 m的TBM施工，TBM從組裝洞室分別向南、北兩個(gè)相反的方向掘進(jìn)，掘進(jìn)長(zhǎng)度分別約為12 km和10 km。這2臺(tái)TBM由羅賓斯公司在意大利制造，配有長(zhǎng)200 m的后配套車(chē)廂，其中1臺(tái)安裝有空氣冷卻器(當(dāng)上覆巖體超過(guò)1 000 m后，隧洞內(nèi)的溫度會(huì)較高)。TBM還配備了二次灌漿甲板，用來(lái)對(duì)隧洞底板進(jìn)行固結(jié)灌漿。在施工現(xiàn)場(chǎng)， TBM在進(jìn)入交通洞前將進(jìn)行部分組裝，隨后在組裝洞室內(nèi)完成整體組裝。

據(jù)羅賓斯公司稱，2臺(tái)TBM的所有系統(tǒng)都設(shè)計(jì)成能夠“雙推進(jìn)”，即實(shí)現(xiàn)在無(wú)需等待供料的情況下(如出現(xiàn)這種情況)安裝2個(gè)管片圓環(huán)的目標(biāo)，該設(shè)計(jì)可最大限度地加快施工進(jìn)度，減少等待時(shí)間，特別是當(dāng)TBM掘進(jìn)深入山體時(shí)。

TBM將安裝內(nèi)徑5.76 m的混凝土襯砌圓環(huán)，管片的詳細(xì)設(shè)計(jì)由奧地利茵斯布魯克(Innsbruck)市的維格爾(Vigl)咨詢公司承擔(dān)。每個(gè)長(zhǎng)1.66 m的管片環(huán)都由仰拱、側(cè)拱和頂拱幾個(gè)部分組成。預(yù)制管片厚270 mm，整個(gè)襯砌圓環(huán)的外徑為6.30 m。管片在現(xiàn)場(chǎng)制作，通過(guò)輸送帶輸送。據(jù)豪赫蒂夫公司稱，管片預(yù)制廠有12組共計(jì)48個(gè)模具，每天能夠制作30個(gè)管片環(huán)。

根據(jù)該水電站的施工進(jìn)度安排，目前正在進(jìn)行TBM的掘進(jìn)工作，開(kāi)挖渣料堆放在現(xiàn)場(chǎng)，以減少交通運(yùn)輸工作量，并計(jì)劃2017年年中完成全部TBM掘進(jìn)工作?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工作由貝利(P?yry)公司承擔(dān)。

3挪威呂瑟博滕2水電站

呂瑟博滕 2水電站正在進(jìn)行高強(qiáng)度地下爆破開(kāi)挖作業(yè)，包括數(shù)條隧洞和地下廠房的開(kāi)挖施工。該項(xiàng)目業(yè)主計(jì)劃將電站的裝機(jī)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(yùn)輸及一些施工活動(dòng)受制于冰雪天氣，預(yù)計(jì)該項(xiàng)工作將耗時(shí)較長(zhǎng)且困難重重。

呂瑟博滕2水電站原址有上、下兩個(gè)水庫(kù)，計(jì)劃將重新改建兩個(gè)水庫(kù)之間的連接隧洞，改建的隧洞總長(zhǎng)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(dá)55m)和1條通向地下廠房的交通洞(長(zhǎng)1.5km)。該電站未設(shè)調(diào)壓室，但設(shè)計(jì)了上、下游兩個(gè)調(diào)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(xiǎn)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(kāi)挖，主廠房、主變洞、引水隧洞及尾水隧洞同時(shí)施工。2015年底已完成地下洞室開(kāi)挖。項(xiàng)目業(yè)主稱，工程正按照進(jìn)度計(jì)劃穩(wěn)步推進(jìn)。

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

預(yù)計(jì)新水電站將于2018年建成，計(jì)劃安裝2臺(tái)單機(jī)185 MW的混流式水輪機(jī)組，機(jī)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(zhǎng)遠(yuǎn)看，該電站的投資回報(bào)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(hào)：U45

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-0081(2016)03-0028-02

收稿日期：2015-12-20