拉丁美洲水電項目進展

［英國］ P.雷諾茲

1 秘魯切夫斯水電站

1.1 項目概況

切夫斯(Cheves)水電站位于秘魯首都利馬北部，裝機容量為168 MW，由挪威SN電力公司負責(zé)開發(fā)，計劃于2013年年底投產(chǎn)。該公司授權(quán)切夫斯電力S.A公司實施此項目。該高水頭電站預(yù)計年發(fā)電量可達835 GW·h。挪威顧問公司負責(zé)項目設(shè)計，德國最大的建筑公司豪赫蒂夫為首的一家合資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)公司也參與了項目建設(shè)。

該項目主要通過國際金融公司(IFC)牽頭融資，同時包括挪威銀行(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。同時也有來自西德意志州銀行和興業(yè)銀行的資金。

該項目區(qū)距秘魯首都利馬約200 km，有公路通達。當(dāng)?shù)貧夂驗榈湫偷陌驳谒股矫}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。項目區(qū)主要有奇穆和卡斯馬兩類地層，分別位于該項目的上、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，項目地面工程進展順利。

地下工程進度超前，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，下部臺階式開挖進展順利。

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，使機電工程能快速進展，爭取2臺垂直軸水斗式水輪發(fā)電機安裝到位。到2013年年初，預(yù)計廠房下游尾水隧洞完工，預(yù)計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，一個多世紀(jì)以來人們夢想從這里調(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，計劃每年調(diào)水超過20億m3。

對該方案未來的設(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，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。

2004年，為了實施該計劃，政府授予奧爾莫斯S.A公司為期20 a的建造和營運特許權(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)計將多耗費2.5 a的時間。最終，將會有超過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，稱為麥克納利支護系統(tǒng)。麥克納利支護系統(tǒng)適用于加固松動巖石和不穩(wěn)定塊體，并形成有效保護傘，盾構(gòu)機工作人員可在保護傘下工作。

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)對巖爆。在TBM向前推進期間，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，停留時間至少0.5 h，以允許巖石在此時間內(nèi)釋放應(yīng)力和變形。

在較好的地層條件下，TBM前進速率可以達到35 m/h，而在最困難的開挖洞段，前進速率僅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)，都會充滿自信，因為公司擁有一支非凡的工作團隊。他指出，最重要的是設(shè)計師、TBM制造商和承包商共同工作，以便對TBM做出必要的調(diào)整。

3 巴拿馬奇里基梯級項目

該項目的3個水電工程構(gòu)成巴拿馬奇里基(Chiriqui)河流域開發(fā)的上游梯級，隧洞開挖工作正在火山泥流中推進。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)項目的隧洞施工合同，項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)。該工程計劃于2013年投入運行。

地形復(fù)雜是巴拿馬奇里基梯級3個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。前者缺少細料因而級配不太好。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。

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(EPBM)開挖隧洞，土壓力平衡盾構(gòu)機的刀盤上配備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)致機器停工。在機器上安裝一個短的應(yīng)急救援刀頭，以便輕動盾構(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個月后，掘進工作到2011年年末才得以繼續(xù)進行。截止2012年年初，土壓力平衡盾構(gòu)機(EPBM)已完成開挖1550 m，約占整個隧洞的1/5。

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

3.2 潘多工程

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

TBM施工于2011年年初啟動，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，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，機器3個月內(nèi)前進了350 m，包括調(diào)試階段和安裝用于出渣的連續(xù)傳送機皮帶的時間。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，接近整個引水隧洞長度的1/3。