拉丁美洲水电项目进展

［英国］ P.雷诺兹

1 秘鲁切夫斯水电站

1.1 项目概况

切夫斯(Cheves)水电站位于秘鲁首都利马北部，装机容量为168 MW，由挪威SN电力公司负责开发，计划于2013年年底投产。该公司授权切夫斯电力S.A公司实施此项目。该高水头电站预计年发电量可达835 GW·h。挪威顾问公司负责项目设计，德国最大的建筑公司豪赫蒂夫为首的一家合资公司是主要承包商及设备制造商。

此外，来自挪威、瑞士、法国的专家设备供应公司也参与了项目建设。

该项目主要通过国际金融公司(IFC)牵头融资，同时包括挪威银行(DnBNOR)和北欧(Nordea)联合银行，这两家银行以前都曾支持过SN电力的基建投资。同时也有来自西德意志州银行和兴业银行的资金。

该项目区距秘鲁首都利马约200 km，有公路通达。当地气候为典型的安第斯山脉沿海山谷气候，全年降雨较少(小于300 mm)，且集中在雨季。其他季节太阳辐射强烈，气温10～30℃。

由于受到地下基础设施的限制，切夫斯河径流式梯级水电站方案包括流域内2座高坝之间的一条输水隧洞、发电引水隧洞、厂房洞室、变压器洞室、尾水隧洞和大型交通洞。

除两座大坝之外，还有瓦乌拉(Huaura)坝(高10 m)取水口及引水建筑物，调节水库的切克瑞斯(Checras)坝(高25 m)，水流在引水洞进口前分别流入沉砂池;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的小型调节坝。

1.2 地下工程概况及进展

与洪水、泥沙淤积、抗震稳定一样，地质条件也是设计面临的首要挑战。

流域内地质状况复杂，包括火成岩、沉积岩、变质岩和一些火山岩地层的不同组合。项目区主要有奇穆和卡斯马两类地层，分别位于该项目的上、下游。奇穆地层岩性主要为石英岩、石英砂岩、沥青页岩和燃煤的混合物，局部还有火山角砾岩。卡斯马地层岩性主要为安山岩夹花岗闪长岩。

引水隧洞长9.7 km，埋深从135 m到1200 m以上。厂房洞室和主变洞室埋深约750 m。

该项目最长的地下建筑物为引水隧洞，可分为两部分，上长约700 m为涌浪段，后接陡坡段(14%)。与常规隧洞一样，该引水隧洞采用马蹄形横断面，上下游横断面宽度均保持为5.5 m不变，而横断面面积则从22.6 m2逐渐过渡到30.1 m2。

此外，上游瓦乌拉坝和切克瑞斯坝之间，布置长2.4 km、横断面面积15.9 m2的输水导流洞。

引水隧洞和厂房洞室连接，厂房洞室长60 m、宽15.5 m、高 32 m，紧临厂房为主变洞室(长27.5 m、宽11.2 m、高14 m)，尾水隧洞长度略大于3.3 km(横截面面积24.9 m2)。

整个工程岩石挖方量约50万m3，引水隧洞几乎占一半，为25.3万m3，尾水隧洞、导流洞和施工支洞开挖量分别为8.1万，4.1万，3.9万 m3。

除厂房洞室和主变洞室(开挖量分别为24850，4400 m3)之外，施工支洞横断面最大(41 m2)，高7.3 m，宽6 m。

1.3 施工进度

随着大坝基础开挖的完成和混凝土结构上升到河床一般高程以上，项目地面工程进展顺利。

地下工程进度超前，尤其是尾水隧洞，施工支洞几乎完成了1 km，厂房洞室顶部开挖已完成，下部台阶式开挖进展顺利。

引水隧洞关键区域的施工支洞已开挖完成，以便在多个工作面开始钻爆施工，并使涌浪隧洞段的开挖工作也可开工。

到2012年年中，应该完成厂房洞室和主变洞室开挖工作，使机电工程能快速进展，争取2台垂直轴水斗式水轮发电机安装到位。到2013年年初，预计厂房下游尾水隧洞完工，预计上游输水和引水隧洞2014年年中完工。

2 秘鲁奥尔莫斯隧洞工程(横穿安第斯山脉)

奥尔莫斯(Olmos)引水隧洞埋深达到2000 m，接近切夫斯电站引水洞最大埋深的2倍，除了年轻山脉中复杂的地质问题外，秘鲁境内的奥尔莫斯输水隧洞已成为隧洞开挖的主要挑战。

困难迎刃而解。2011年年底前，5.3 m直径的罗宾斯主梁TBM终于打通了隧洞，标志着巴西承包商奥迪布里切特公司完成了长12.5 km的隧洞掘进施工。

奥尔莫斯输水隧洞横穿安第斯山脉，总长度超过20 km。降雨集中在该山脉东侧的万卡班巴河流域，一个多世纪以来人们梦想从这里调出一部分水输送到太平洋一侧的干旱的西部用于灌溉，计划每年调水超过20亿m3。

对该方案未来的设想是将修建更多的引水隧洞，用于引水发电。

隧洞沿线地质由石英斑岩、安山岩、英安岩、凝灰岩、片岩和火山碎屑角砾岩组成，无侧限抗压强度结构(UCS)变化范围为60～225 MPa。有多条断层穿过隧洞，包括已知的两个至少宽50 m的断层。

隧洞覆盖层产生的高地应力使TBM施工存在挤压风险，早在20世纪50年代，就已尝试过钻爆法施工。此外，隧洞埋置深度大，还会出现高温问题，需采取有效的通风及冷却措施加以应对。

2004年，为了实施该计划，政府授予奥尔莫斯S.A公司为期20 a的建造和营运特许权。巴西奥迪布里切特公司承担了隧洞施工任务，并于2007年开始用罗宾斯公司生产的TBM进行开挖。

尽管到2008年下半年已完成6 km隧洞开挖，并希望2009年年中完成全部开挖，但在隧洞开挖过程中，岩爆问题使开挖面临的挑战变得更加艰难，预计将多耗费2.5 a的时间。最终，将会有超过16000次岩爆记录事件，约17%被列为严重事件。

隧洞施工面临挑战的严重程度不可预见，甚至导致TBM隧洞内改装。随着岩爆越来越严重，拆除了洞顶的盾构支架并采用密格钢质板条网锚固在洞顶岩体上，称为麦克纳利支护系统。麦克纳利支护系统适用于加固松动岩石和不稳定块体，并形成有效保护伞，盾构机工作人员可在保护伞下工作。

罗宾斯公司指出，其他变化还包括加固刀头、重新调整平台和操作室的位置。采用预先钻孔和随后连续钻孔可以有效应对岩爆。在TBM向前推进期间，工人必须离开刀头后面的区域，停留在工作面后面至少40 m距离，停留时间至少0.5 h，以允许岩石在此时间内释放应力和变形。

在较好的地层条件下，TBM前进速率可以达到35 m/h，而在最困难的开挖洞段，前进速率仅50 cm/h。

奥迪布里切特公司生产经理谈到，不管遇到什么困难和挑战，都会充满自信，因为公司拥有一支非凡的工作团队。他指出，最重要的是设计师、TBM制造商和承包商共同工作，以便对TBM做出必要的调整。

3 巴拿马奇里基梯级项目

该项目的3个水电工程构成巴拿马奇里基(Chiriqui)河流域开发的上游梯级，隧洞开挖工作正在火山泥流中推进。与预期的情况一样，已证明火山泥流岩性是变化的并具有挑战性。

2009年年末，电力投资公司以EPC合同形式，把潘多(Pando)和蒙特利里奥(Monte Lirro)地下工程承包给德国赛利公司。工程包括总长13.1 km的主隧洞，要求2013年年底完工。

不久，赛利公司又拿到了埃尔阿尔托(El Alto)项目的隧洞施工合同，项目紧邻狭窄封闭的上游河谷的下游，由越南的丐山(Caisan)水电和巴拿马电力联合体开发。该工程计划于2013年投入运行。

地形复杂是巴拿马奇里基梯级3个水电工程所面临的共同挑战，引水隧洞必须在火山泥流中开挖，火山泥流主要物质来源为火山岩浆和泥石流，岩石特性差别较大。

在奇里基河谷，隧洞开挖前，已确认有两类岩石，即基岩与碎屑岩两类。前者缺少细料因而级配不太好。虽然没有按照凝聚力分类的相关信息，但是岩石有相同的残余和峰值摩擦力。岩石渗透性较弱，不同性质的材料意味着可能有地下水风险。

3.1 蒙特利里奥工程

蒙特利里奥隧洞长约7.9 km，完工后的断面直径3.2 m。使用直径3.92 m的土压力平衡盾构机(EPBM)开挖隧洞，土压力平衡盾构机的刀盘上配备43 cm的盘刀和齿刀。

2011年初，隧洞开挖开始阶段较顺利，但是不久遇到难以施工的多水地层。土压力平衡机遇到疏松的火山泥流，并且有大量的水流入洞内，导致机器停工。在机器上安装一个短的应急救援刀头，以便轻动盾构，结果发现刀头被一块大的未胶结的卵石卡住。

停工4个月后，掘进工作到2011年年末才得以继续进行。截止2012年年初，土压力平衡盾构机(EPBM)已完成开挖1550 m，约占整个隧洞的1/5。

蒙特利里奥和潘多项目引水隧洞已经预制混凝土衬砌块，由长1.2 m的环片组成，洞内出渣主要用机车和矿车完成。

3.2 潘多工程

潘多项目采用直径3.72 m的EPBM进行施工。该TBM机正在挖掘一条长5.2 km、内径3.0 m的引水隧洞。

TBM施工于2011年年初启动，在火山泥流中施工较顺利，在胶结的母岩中，掘出也很顺利，截止到2011年10月，5个月内轻松完成了约1600 m隧洞开挖。但2011年年末，在完成隧洞开挖约1900 m(1/3多)时，遭遇了与蒙特利里奥工程同样的问题。通过固结工作面和排除地下水降低围压，才恢复施工。

3.3 埃尔阿尔托工程

埃尔阿尔托水电项目中，主要地下建筑有:长3.24 km的引水隧洞和调压井、高96 m的竖井和长约330 m的压力管道。

2011年第3季度，引水隧洞使用赛利公司提供的直径6.79 m的EPBM施工。开始阶段，机器3个月内前进了350 m，包括调试阶段和安装用于出渣的连续传送机皮带的时间。但不久就遇到了疏松火山泥流难题，发现了一种特殊的火山泥流，由未胶结的圆形黑渣金石组成，水压力相当大。

不过，除疏松火山泥流岩的挑战之外，未发现其他影响正常施工的问题。截止到2012年年初，已完成隧洞开挖970 m，接近整个引水隧洞长度的1/3。