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電力公司負責開發，計劃于2013年年底投產。該公司授權切夫斯電力S.A公司實施此項目。該高水頭電站預計年發電量可達835 GW·h。挪威顧問公司負責項目設計，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備制造商。

此外，來自挪威、瑞士、法國的專家設備供應公司也參與了項目建設。

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銀行的資金。

該項目區距秘魯首都利馬約200 km，有公路通達。當地氣候為典型的安第斯山脈沿海山谷氣候，全年降雨較少(小于300 mm)，且集中在雨季。其他季節太陽輻射強烈，氣溫10～30℃。

由于受到地下基礎設施的限制，切夫斯河徑流式梯級水電站方案包括流域內2座高壩之間的一條輸水隧洞、發電引水隧洞、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，調節水庫的切克瑞斯(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的小型調節壩。

1.2 地下工程概況及進展

與洪水、泥沙淤積、抗震穩定一樣，地質條件也是設計面臨的首要挑戰。

流域內地質狀況復雜，包括火成巖、沉積巖、變質巖和一些火山巖地層的不同組合。項目區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。卡斯馬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

隨著大壩基礎開挖的完成和混凝土結構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。

引水隧洞關鍵區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電機安裝到位。到2013年年初，預計廠房下游尾水隧洞完工，預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，除了年輕山脈中復雜的地質問題外，秘魯境內的奧爾莫斯輸水隧洞已成為隧洞開挖的主要挑戰。

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的萬卡班巴河流域，一個多世紀以來人們夢想從這里調出一部分水輸送到太平洋一側的干旱的西部用于灌溉，計劃每年調水超過20億m3。

對該方案未來的設想是將修建更多的引水隧洞，用于引水發電。

隧洞沿線地質由石英斑巖、安山巖、英安巖、凝灰巖、片巖和火山碎屑角礫巖組成，無側限抗壓強度結構(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。

隧洞覆蓋層產生的高地應力使TBM施工存在擠壓風險，早在20世紀50年代，就已嘗試過鉆爆法施工。此外，隧洞埋置深度大，還會出現高溫問題，需采取有效的通風及冷卻措施加以應對。

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。巴西奧迪布里切特公司承擔了隧洞施工任務，并于2007年開始用羅賓斯公司生產的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變得更加艱難，預計將多耗費2.5 a的時間。最終，將會有超過16000次巖爆記錄事件，約17%被列為嚴重事件。

隧洞施工面臨挑戰的嚴重程度不可預見，甚至導致TBM隧洞內改裝。隨著巖爆越來越嚴重，拆除了洞頂的盾構支架并采用密格鋼質板條網錨固在洞頂巖體上，稱為麥克納利支護系統。麥克納利支護系統適用于加固松動巖石和不穩定塊體，并形成有效保護傘，盾構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、重新調整平臺和操作室的位置。采用預先鉆孔和隨后連續鉆孔可以有效應對巖爆。在TBM向前推進期間，工人必須離開刀頭后面的區域，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釋放應力和變形。

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經理談到，不管遇到什么困難和挑戰，都會充滿自信，因為公司擁有一支非凡的工作團隊。他指出，最重要的是設計師、TBM制造商和承包商共同工作，以便對TBM做出必要的調整。

3 巴拿馬奇里基梯級項目

該項目的3個水電工程構成巴拿馬奇里基(Chiriqui)河流域開發的上游梯級，隧洞開挖工作正在火山泥流中推進。與預期的情況一樣，已證明火山泥流巖性是變化的并具有挑戰性。

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合體開發。該工程計劃于2013年投入運行。

地形復雜是巴拿馬奇里基梯級3個水電工程所面臨的共同挑戰，引水隧洞必須在火山泥流中開挖，火山泥流主要物質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，不同性質的材料意味著可能有地下水風險。

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的土壓力平衡盾構機(EPBM)開挖隧洞，土壓力平衡盾構機的刀盤上配備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，導致機器停工。在機器上安裝一個短的應急救援刀頭，以便輕動盾構，結果發現刀頭被一塊大的未膠結的卵石卡住。

停工4個月后，掘進工作到2011年年末才得以繼續進行。截止2012年年初，土壓力平衡盾構機(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預制混凝土襯砌塊，由長1.2 m的環片組成，洞內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，在膠結的母巖中，掘出也很順利，截止到2011年10月，5個月內輕松完成了約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。通過固結工作面和排除地下水降低圍壓，才恢復施工。

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個月內前進了350 m，包括調試階段和安裝用于出渣的連續傳送機皮帶的時間。但不久就遇到了疏松火山泥流難題，發現了一種特殊的火山泥流，由未膠結的圓形黑渣金石組成，水壓力相當大。

不過，除疏松火山泥流巖的挑戰之外，未發現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。