蘇格蘭格倫多水電站隧道工程最新進(jìn)展

P.雷諾茲

裝機(jī)100 MW 的格倫多電站位于莫納利亞山的西端、因弗內(nèi)斯郡奧古斯城堡以東，隧道最終的修復(fù)范圍遠(yuǎn)比對上游引水隧洞堵塞調(diào)查開始時預(yù)期得大。

修復(fù)中，繞過地質(zhì)條件較差的崩塌堆積體和斷層帶區(qū)域，在長6.2 km的引水洞堵塞洞段上半部中，修建一條支洞。繞過發(fā)電廠房洞室修建另一條支洞，沿著洞室延長大于0.5 km，以便從下游側(cè)清理大量碎石巖屑堆積物。對約一半的引水洞洞段進(jìn)行了錨噴內(nèi)襯，后期修補階段，對尾水洞進(jìn)行了額外襯砌。項目重啟預(yù)期內(nèi)，南方能源(SSE)公司將開始上游水庫再蓄水，而下游尾水將排入尼斯湖。

1 實施方案

格倫多電站擁有匯水面積約75 km2，安德里茨公司提供6 股射流的垂直沖擊式水輪機(jī)，設(shè)計年發(fā)電量約為180 GW·h。作用在水輪機(jī)上的總水頭為608 m，流量為18.6 m3/s，電站可實現(xiàn)1 min 內(nèi)從0～100 MW 的快速加載，4 min 內(nèi)從停止到滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，且在珀斯市可全部遠(yuǎn)程控制該電站運行。

格倫多電站大壩為高35 m 的混凝土面板堆石壩，壩頂長920 m，擁有總長約16 km 的隧洞網(wǎng)絡(luò)，其中規(guī)模最大的為引水隧洞和寬3.4 m的渡槽隧洞，總長7 km。此外還有廠房洞室。

該電站工程承包商為豪赫蒂夫公司為主導(dǎo)的豪赫蒂夫格倫多合資公司，其中貝利公司為設(shè)計單位，該合資公司于2005 年被授予設(shè)計及施工合同，雅各布斯被聘用為客戶顧問。

直徑5 m 的引水隧洞巖石為單軸抗壓強(qiáng)度30～130 MPa 的石英云母片巖和石英巖，并發(fā)育一些斷層，采用隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)和鉆爆法相結(jié)合的開挖工藝。施工中，采用四種支護(hù)方式，一般采用錨噴厚50 mm 的噴射混凝土，必要時采用全斷面鋼筋網(wǎng)加厚200 mm 的噴射混凝土支護(hù)。

施工過程中，SSE 意識到，存在一定程度的管理風(fēng)險，因而派地質(zhì)工程師常駐工地和承包商一起協(xié)同工作，同時SSE 也參與決策。

招標(biāo)過程分為兩個階段:①四家參加投標(biāo)的公司根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計工作;②根據(jù)承包商做出的設(shè)計進(jìn)行2 次招標(biāo)。最終豪赫蒂夫格倫多合資公司中標(biāo)，并對自己的設(shè)計方案進(jìn)行細(xì)化和負(fù)責(zé)隧洞施工。

引水隧洞大部分采用TBM 沿上坡方向開挖，隧洞頂部采用鉆爆法開挖，在尾水隧洞開挖中也運用了TBM，廠房洞室和渡槽隧洞開挖采用鉆爆法。

電站隧洞施工按計劃于2006 年開始，同年稍后進(jìn)行尾水渠施工，2007 年初開始引水洞施工。到2008 年初，完成主要隧洞開挖工作，不足1 a 之后該電站交付使用并開始運行。但到2009 年8 月，引水洞出現(xiàn)部分堵塞。

2 修復(fù)工作

引水隧洞部分堵塞后，將水庫排空，并于2009 年底進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果顯示，垮塌發(fā)生在斷層帶洞段，進(jìn)水口正好超過2 km。斷層帶寬度約100 m，而嚴(yán)重巖崩產(chǎn)生的碎石巖屑沿隧洞向下游延伸約有600 m。

3 開挖工作

修復(fù)計劃要求開挖工作從引水隧洞的下端和上端進(jìn)行。

(1)從引水隧洞下端進(jìn)行開挖。從繞過廠房洞的現(xiàn)有交通隧洞進(jìn)入，采用鉆爆法開挖了一條長550 m 的馬蹄形隧洞，目的是打通到最上游引水隧洞的通道，修復(fù)工程的承包商納托爾(BAM Nuttall)公司利用此通道清理了約一半的巖屑維積物地。該部分上游堵塞段至斷層帶的洞段都保持原狀，并在保留堵塞段的邊緣設(shè)置一個長14 m 的巨大混凝土塞。

(2)從上端進(jìn)行開挖。承包商從引水隧洞上端進(jìn)入開挖了一條長約900 m 貫穿斷層帶并繞過堵塞段的支洞，新支洞在穿過斷層帶以前，從該斷層帶上游附近的引水洞分支，然后在清理過的巖屑堆積洞段重返主洞。在靠近支洞分叉管的斷層帶前面保留巖屑堆積的上游端，置第二個長14 m 的混凝土塞。通過繞行，破壞的引水洞洞段被隔離開，并被永久封閉。繞過坍塌區(qū)的支洞完成后，SSE 指出，按期實現(xiàn)這個重要里程碑，意味著下一步的工作重點是對隧洞部分中其余缺陷進(jìn)行修復(fù)。

4 襯 砌

SSE 在2011～2012 年年年度財務(wù)報告中進(jìn)一步指明:對隧洞修復(fù)項目的設(shè)計已進(jìn)行不斷審查和改進(jìn)，以確保該設(shè)計技術(shù)規(guī)范最佳，終于使重大的襯砌工程納入到修復(fù)計劃中。

除了采用錨桿支護(hù)外，全隧道長度(上游引水洞、支洞、下游引水洞和尾水洞)的一半還采用了厚100 mm 的掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)襯砌。在確認(rèn)巖石結(jié)構(gòu)需要附加支護(hù)措施的地方都采用這種做法。對于斷層帶附近的上游支洞，采用了厚500 mm 的噴射混凝土防水襯砌。在尾水洞則運用厚100 mm 的掛網(wǎng)噴射混凝土襯砌支護(hù)，以增加其耐用性和防止水流沖蝕。ESS 指出，在歷時較長的襯砌工作中，共用去約6 萬t 噴射混凝土。

經(jīng)過大量的修復(fù)工作后，仍然要確定客戶和參建各方之間有關(guān)引水隧洞崩坍和工作修復(fù)的法律和財務(wù)責(zé)任。