水电工程TBM隧洞施工的最新进展

[英国]　P.雷诺兹

设计与施工

水电工程TBM隧洞施工的最新进展

[英国]P.雷诺兹

摘要：老挝谢片谢那姆诺水电站装机容量410 MW，已决定采用TBM进行引水隧洞的施工，前期工作已准备就绪；土耳其卡尔吉水电站引水隧洞在掘进中遭遇了相当复杂的地质条件，TBM克服了重重困难，隧洞掘进工作最终圆满完成；在挪威，地下工程再度兴起，罗斯滕水电站引水隧洞即将动工。

关键词：水力发电工程；TBM隧洞施工；谢片谢那姆诺水电站；罗斯滕水电站；卡尔吉水电站

1老挝谢片谢那姆诺水电站

谢片谢那姆诺(Xe-Pian Xe-Namnoy)水电站位于老挝南部，谢片谢那姆诺能源有限公司(PNPC)与老挝政府签署合同，获得该项目开发权和32 a经营特许。电站装机410 MW，计划于2018年建成，预计年发电量超过1 800 GW·h，大部分电力将出口到泰国，少量供应国内。

该水电站位于波罗芬(Bolaven)高原阿速坡(Attapeu)省和占巴塞(Champasak)省境内，接近泰国边境，西距湄公河巴色(Pakse)市约80 km，东南距阿速坡省35 km。

波罗芬高原上分别建有两座堆石坝，即谢片坝和谢那姆诺坝，另外还建有几座副坝和霍威吗参(Houaymakchan)坝，厂房布置在坝后，水头630 m，尾水排入谢昆(Xe Kong)河。

工程从谢那姆诺主水库取水，通过隧洞引水到高原边缘，调压井前为低压引水洞，过调压井后为竖直段，隧洞变为高压洞。压力管道将水引向地面厂房，厂房安装3台混流式水轮机和1台冲水式水轮机。电力经过变电站通过一条230 kV输电线输往泰国，一条115 kV输电线并入本地电网。

1.1项目开发

开发商PNPC是一家投资公司，由韩国SK工程建设公司、韩国西部电力公司(Kowepo)、泰国叻丕发电控股公司(PCL)、老挝国有控股公司(LHSE)等4家公司组成。PNPC的三国背景起源于老挝、泰国和韩国签署的能源合作协议，协议对该水电项目的开发作了详细说明。

水电站坝址的现场研究工作始于20世纪90年代中期，现在的设计理念和建筑物布置与当时的构想基本一致，只是增大了装机容量。

项目开始于大约10 a前，即2005年SK工程建设公司和韩国西部电力公司签署合作谅解备忘录后，谅解备忘录促进了与其他合作伙伴一系列合作协议的签署，后来两公司共同出资成立了投资公司。2008年，与老挝政府签订了项目开发协议(PDA)。

2010年和2012年，分别与泰国电力局(EGAT)和老挝电力公司(EDL)签署了关税谅解备忘录，2012年签订了特许经营权协议，2013年与EGAT签署了电力购买协议(PPA)。混流式水轮发电机组发电量大约占90%，并用于出口。

PNPC以70∶30的债转股率开发该项目。

工程的设计、采购、施工(EPC)主合同由SK工程建设公司负责实施，在特许经营期内韩国西部电力公司负责运行和维护，泰国叻丕公司负责监督。

1.2隧洞

上游低压引水洞长13.7 km，混凝土衬砌。隧洞沿线岩性为泥岩、粉砂岩和砂岩。550 m深的垂直洞同样用混凝土衬砌。EPC承包商SK工程建设公司与意大利专业承包商舍利公司(SELI)签订了分包协议，双方共同完成上游引水洞开挖，包括TBM机的制造。

舍利公司与德国泰拉泰克公司(Terratec)签订了TBM制造合同，澳大利亚和日本生产零部件，最后在中国组装。2014年12月初，总承包商、分包商和老挝政府代表参加了TBM的出厂验收。

硬岩双护盾TBM直径5.74 m，431.8 mm刀盘，刀头上设4个抓斗。主传动功率2 000 kW，刀盘最大转速7 r/min，扭矩8 000 kNm，主要考虑处理破碎带。

遇到地质问题时，TBM可以以单护盾模式推进，并配有高压应急推力装置。

目前正在拆解TBM，计划于2015年初通过陆路运到泰国港并进行现场组装。

2挪威罗斯滕水电站

挪威正在建设装机80 MW的罗斯滕(Rosten)水电站，承包商斯堪斯卡(Skanska)公司主要负责土建工程，包括总长5 km的地下洞室和发电厂房。罗斯滕水电站由挪威一家能源公司开发，预期年发电量超过190 GW·h。隧洞横断面面积20 m2到50 m2不等，2015年开工，2017年完工。电站将于2017年年底投入运行。

挪威隧洞数量有限，主要有下勒索加(Nedr eRøssåga)和吕瑟博腾Ⅱ(Lysebotn Ⅱ)，罗斯滕水电站引水隧洞为挪威新建隧洞项目。水电隧洞工程也许已经过了鼎盛期，但国家战略“绿色电池”项目将给地下工程带来新的发展前景，现在隧洞项目正不断涌现，一些备受关注的项目也在酝酿之中。

3土耳其卡尔吉水电站

2014年，土耳其102 MW卡尔吉(kargi)水电项目中，直径10 m的罗宾斯TBM成功完成了在恶劣地质条件下7.8 km隧洞的掘进。剩余洞段采用钻爆法施工。

卡尔吉项目位于乔鲁姆(Corum)省克孜勒厄尔马克(Kizilirmak)河上，由国家电力公司的一家全资子公司施工。项目总水头75 m，预计年发电量超过460 GW·h。

工程于2011年初开工，主要建筑物包括一座高13 m、长500 m的土坝、一条长11.8 km的引水隧洞，和一座地面发电厂房，电站尾水排入博亚巴德(Boyabat)水库。

最初计划2013年年底完成电站建设。引水隧洞前1/4，围岩中夹有软火山岩、石灰岩和粘土，但主要是坚硬的大理岩。

由于地质条件的差异，要求TBM设计早期要考虑分段衬砌，然后要考虑挂网、打锚杆和环梁，最终要考虑的是喷射混凝土。TBM也针对地质条件做了精心设计，考虑了连续传输系统。采用了罗宾斯现场初次装配(OFTA)系统。

2012年初，TBM开始掘进后不久发现，隧洞地质条件比预期的粘土、松散岩还要差，掘进到断裂带内时盾构机头被抱死。通过围岩加固和挖掘辅助支洞，TBM最终穿过了软弱带。

遇到重大地质问题，尽管困难重重，通过技术措施加以解决是非常有意义的。截止到2014年中，TBM克服了从一开始就遇到的复杂地质条件，圆满完成了隧洞掘进工作。这是罗宾斯现场小组在隧洞掘进史上遇到的最难克服的地质条件，他们精湛的技术令人印象深刻。

在最初2 km，每次遇险都要修建支洞帮助TBM解困，共挖掘了7条支洞。由于地质条件复杂多变，硬岩和流土交替出现，迫使挖掘工作多次停顿，通过断层带是另一个施工难题。

面对如此复杂的地质条件，项目业主、顾问、TBM设计者、罗宾斯现场小组和承包商对TBM进行了“重大”改进。为使TBM掘进尽快摆脱恶劣地质条件，创新的解决方案和更改必不可少。

超前钻得到了广泛应用。通过超前钻，承包商能及时发现掌子面前方的空洞、疏松裂缝和破碎岩体，可以有效填充掌子面前方30 m范围内的空洞。承包商和罗宾斯现场小组安装了超前支护安装系统，对洞顶提供额外的支撑。他们定制的伞钻和定位器可以超前将管棚安装到盾构前方10 m，钢管直径90 mm 。遇到软弱地层时，用灌浆和树脂的方法加固顶拱区。

随着一系列改进，TBM的工作效率得到显著提高，2014年初月掘进速度达到723 m，最快可掘进40 m/d。长4 km的钻爆隧洞，月掘进速度可达300 m。

除了卡尔吉水电站外，国家电力公司还正在土耳其开发其他水电站，包括博坦(Botan)河上的517 MW色金(Cetin)水电站。色金水电站由装机401 MW和116 MW的两座水电站组成。2009年，该电站与卡尔吉水电站、20 MW卡基特(Cakit)水电站同时被国家电力公司收购。卡基特水电站于2010年投入运营。

4土耳其亚曼立Ⅱ水电站

正当卡尔吉水电站施工遇到难题，紧锣密鼓地寻求解决之道时，土耳其另一座装机82 MW的 亚曼立(Yamanli)Ⅱ水电站也遇到了掘进挑战，尽管问题没有卡尔吉水电站那样严重。

在国家电力公司开发的另一座水电站中，直径4.3 m、长9.3 km的引水隧洞采用TBM掘进。隧洞围岩为石灰岩，裂隙中充填粘土，并遇到两条断层带。通过对掌子面前方岩体进行超前处理，加快了掘进速度。

亚曼立II和卡尔吉水电站的隧洞同时掘进，前者于2013年年底贯通，不久后卡尔吉水电站引水隧洞的施工也取得了令人满意的掘进速度。

孟照蔚马贵生译

(编辑：朱晓红)

收稿日期：2015-08-07

文章编号：1006-0081(2016)04-0024-02

中图法分类号：U455

文献标志码：A