国外三座水电站隧洞工程施工进展

[英国]　P.雷诺兹



国外三座水电站隧洞工程施工进展

[英国]P.雷诺兹

摘要：许多山区水电站涉及地质条件复杂的大规模隧洞工程。详细介绍了厄瓜多尔等国三座水电站工程不同阶段的施工情况，重点阐述了这些项目的背景、隧洞施工技术等方面的内容，尤其是隧洞掘进机(TBM)的施工技术和方法，可为类似隧洞工程借鉴。

关键词：水电站隧洞施工；施工状况；厄瓜多尔；奥地利；挪威

许多山区水电站通常都包括大型地下工程，如科卡科多辛克雷(Coca Codo Sinclair，CCS)水电站、GKI (Gemeinschaftskraftwerk Inn)水电站及吕瑟博滕(Lysebotn)2水电站就是典型的例子。

CCS水电站位于厄瓜多尔安第斯山山区，为引水式电站，装机1 500 MW，引水隧洞长24 km，位于河湾地段中部，通过裁弯取直，使电站获得巨大的水头差，工程采用隧洞掘进机(TBM)施工，目前已完工；GKI水电站位于奥地利阿尔卑斯山山区，隧洞采用美国罗宾斯双护盾硬岩TBM施工，目前2台TBM已组装完成，并投入使用；吕瑟博滕(Lysebotn)2水电站位于挪威，装机370 MW，隧洞采用钻爆法掘进，目前正在施工。

1厄瓜多尔CCS水电站

1.1工程概况

CCS水电站跨纳波和苏昆比奥斯两省，位于首都基多以东约150 km。该电站大部分为地下工程，大坝位于科卡(Coca)河上，两岸山体陡峭，通过长24 km的引水隧洞将河湾截弯取直，将水输送到调蓄水库，再通过压力管道竖井流入地下厂房，最后经尾水隧洞排到下游河道。电站利用总水头达620 m。

水电站开发商为该国CCS电力公司，该公司希望电站建成后年发电量能够达到8 600 GW·h。CCS水电站地下厂房计划安装8台单机187.5 MW的冲击式水轮机和8台发电机组(8×205 MVA，功率因数0.8)。水轮机的设计额定水头604.1 m，额定流量34.8 m3/s，额定转速300 r/min。

早在2009年，中国水利水电建设集团公司与CCS电力公司签署了CCS水电站工程总承包(EPC)合同。同年年初，意大利Electroconsult公司完成了该水电站的可行性研究报告。另据2010年与厄瓜多尔财政部签署的协议，中国进出口银行将为该工程提供16.8亿美元(约占工程投资的85%)的贷款，贷款将在工程建成后10 a内还清。厄瓜多尔政府负责提供剩余建设资金。由于CCS水电站提供的是清洁能源，因此还可出售相应的碳排放额度，由此获得的收益也可用于偿还部分建设资金。

1.2隧洞工程

CCS水电站的主要地下建筑物包括长引水隧洞、2条压力管道竖井、地下厂房和主变洞，此外还有1条相对较短的尾水隧洞和数条交通洞。从工程建设角度而言，其主要工作是隧洞工程。引水隧洞穿越的岩层主要为玄武岩、安山质火山岩、流纹岩、熔结凝灰岩、凝灰岩、砂岩、粉砂岩、板岩和火山岩。

2012年底，德国海瑞克(Herrenknecht)模具公司生产了2台直径9.04 m的TBM组装，采用预制内径为8.2 m的混凝土管片进行隧洞衬砌，在长为13.8 km和9.6 km的洞段分别进行开挖。另外约1.4 km的洞段通过钻爆法进行开挖。2015年2月用1台双护盾TBM完成了引水隧洞较长洞段的掘进。同年4月，另1台双护盾TBM完成了较短洞段的掘进，标志着TBM完成了全部引水隧洞的施工。同时，电站的其他地下工程也进展顺利。根据委托方的报告，EPC承包商已完成了合同中超过90%的工作量。

引水隧洞总长24.8 km，采用盾构法和钻爆法同时开挖，据CCS电力公司称，该引水隧洞为目前厄瓜多尔最长的隧洞。钻爆法施工主要用于地下洞室及相关的支洞，如压力管道、交通洞、母线洞和尾水隧洞。压力管道隧洞分为水平段和竖井段，每条压力管道长度均为1.9 km，母线洞的钻爆施工正在继续。到目前为止，水电站下游段最大的开挖工程为主厂房(长宽高为212 m×25 m×47 m)和主变洞。根据委托方的报告，已完成主厂房和主变洞的开挖，正在进行混凝土施工，为发电机组的安装做准备。

根据1981年完成的预可行性研究报告，除隧洞外，工程还包括1座混凝土面板堆石坝(坝高32 m，坝顶长143 m)、1座混凝土溢流坝(坝长267 m)和1座沉沙池(长120 m，分6仓)。引水隧洞进水闸的设计过流量约为250 m3/s。此外，还建有1座挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，坝高50 m，坝顶长135 m，溢洪道为开敞式。

2奥地利GKI水电站

总长约22 km的玛利亚斯泰因(Maria Stein)引水隧洞是奥地利GKI水电站的三大主体建筑之一。2014年年中，豪赫蒂夫(Hochtief)公司获得了总价达1.32亿欧元的建设合同，同年年末，该公司为采用2台罗宾斯硬岩隧洞掘进机开挖隧洞而进行了前期预开挖和交通隧洞的施工。

GKI水电站位于奥地利蒂罗尔(Tyrol)省，邻近瑞士边境。电站装机容量为89 MW，主要特点是水库位于欧维拉(Ovella)，而引水隧洞和厂房位于普鲁茨(Prutz)，计划安装2台混流式水轮机组。电站开发商为GKI公司，该公司由蒂罗尔(Tiroler)水力发电公司、韦尔班德(Verbund)公司等联合组建。

前期隧洞工程主要包括通向TBM组装洞室(长200 m)的交通洞(长650 m)。利用台车开始从交通洞钻爆施工，支护方式为钢拱架结合喷射钢纤维混凝土。目前交通洞已完工，并开始TBM安装洞室的开挖。根据合同，TBM安装洞室钻爆施工由慕尼黑的穆勒&赫斯(Muller & Hereth)公司负责。

引水隧洞主洞采用2台直径6.53 m的TBM施工，TBM从组装洞室分别向南、北两个相反的方向掘进，掘进长度分别约为12 km和10 km。这2台TBM由罗宾斯公司在意大利制造，配有长200 m的后配套车厢，其中1台安装有空气冷却器(当上覆岩体超过1 000 m后，隧洞内的温度会较高)。TBM还配备了二次灌浆甲板，用来对隧洞底板进行固结灌浆。在施工现场， TBM在进入交通洞前将进行部分组装，随后在组装洞室内完成整体组装。

据罗宾斯公司称，2台TBM的所有系统都设计成能够“双推进”，即实现在无需等待供料的情况下(如出现这种情况)安装2个管片圆环的目标，该设计可最大限度地加快施工进度，减少等待时间，特别是当TBM掘进深入山体时。

TBM将安装内径5.76 m的混凝土衬砌圆环，管片的详细设计由奥地利茵斯布鲁克(Innsbruck)市的维格尔(Vigl)咨询公司承担。每个长1.66 m的管片环都由仰拱、侧拱和顶拱几个部分组成。预制管片厚270 mm，整个衬砌圆环的外径为6.30 m。管片在现场制作，通过输送带输送。据豪赫蒂夫公司称，管片预制厂有12组共计48个模具，每天能够制作30个管片环。

根据该水电站的施工进度安排，目前正在进行TBM的掘进工作，开挖渣料堆放在现场，以减少交通运输工作量，并计划2017年年中完成全部TBM掘进工作。现场监理工作由贝利(Pöyry)公司承担。

3挪威吕瑟博滕2水电站

吕瑟博滕 2水电站正在进行高强度地下爆破开挖作业，包括数条隧洞和地下厂房的开挖施工。该项目业主计划将电站的装机容量由目前的210 MW提升至370 MW，但由于工程位于陡峭的峡湾和山区，冬季交通运输及一些施工活动受制于冰雪天气，预计该项工作将耗时较长且困难重重。

吕瑟博滕2水电站原址有上、下两个水库，计划将重新改建两个水库之间的连接隧洞，改建的隧洞总长度约11km，其中主要为引水隧洞和尾水隧洞(约7.8km)。引水隧洞断面将由目前的18m2增加至45m2。其他主要地下工程包括不同深度的竖井(最深达55m)和1条通向地下厂房的交通洞(长1.5km)。该电站未设调压室，但设计了上、下游两个调压隧洞。

据吕瑟博滕2水电站业主称，由于引水隧洞所在区域地形险峻，因此未采用TBM而改用钻爆法施工。该工程承包商瑞士最大公共工程公司Implenia已完成交通洞的开挖，主厂房、主变洞、引水隧洞及尾水隧洞同时施工。2015年底已完成地下洞室开挖。项目业主称，工程正按照进度计划稳步推进。

隧洞开挖料将用于港口的地基基础建设。该港口位于吕瑟(Lyse)峡湾岬，靠近工程所在地，主要用来停泊吕瑟博滕的小型船舶。据估计，整个工程将有57万m3的石渣料被倾倒至峡湾，用于港口建设。

预计新水电站将于2018年建成，计划安装2台单机185 MW的混流式水轮机组，机组由安德里茨公司制造，电站利用总水头为685 m。虽然困难重重，但从长远看，该电站的投资回报显著，每年可增加180 GW·h发电量，将使吕瑟博滕电网系统的年发电量增至1 500 GW·h。

杨家凯邹瑜译

(编辑：唐湘茜)

中图法分类号：U45

文献标志码：A

文章编号：1006-0081(2016)03-0028-02

收稿日期：2015-12-20