巴西薩爾圖皮朗工程的主要技術特點

[巴西]C.休姆斯 等

張惠明 譯自英刊《水電與大壩》2009年第 3期

1 概 述

伊塔雅伊阿蘇河流經巴西南部圣卡塔琳娜州的阿皮烏納、伊比拉馬和隆特拉斯等城市,目前,在該河上正在修建薩爾圖皮朗水電站,裝機容量為182.3 MW。修建該電站的主要目的是為高壓輸電網供電。

這項工程由薩爾圖皮朗商業聯盟(CESAP)負責,CESAP將實施該工程的 EPC交鑰匙合同授予了薩爾圖皮朗供應商聯盟(UNESAP)。UNESAP由以下公司組成:卡馬戈科雷亞 SA(Camargo Corrêa SA)建筑和貿易集團公司承擔土建工程,伏伊特西門子水電設備有限公司承擔設備采購與安裝,卡馬戈科雷亞 SA集團旗下的獨立工程和建設子公司(CNEC Engenharia SA)承擔工程的方案性設計與施工詳圖設計。

2 工程水力系統

工程的水力系統包括將水引到地下廠房洞室的引水系統和把水排入河流下游的尾水系統,如圖1所示。引水系統和尾水系統都配有調壓井,用于在發電機組流量變化過程中,特別是在發電機組啟動或者停機時,對出現的水流不穩定狀態進行調節。

目前,地下工程開挖總長度已達到10.8 km。從進水口到壓力隧洞,巖體一般都是花崗巖。廠房洞室及下游部分是在變沉積巖體中開挖。在水力系統沿線經常會遇到輝綠巖脈。

圖1 水力系統布置示意

3 主要技術特點

3.1 進水口工程

進水口工程包括如下部分。

(1)一座混凝土重力堰,高 3m,長210m,主要是起自由溢流道的作用,并把河水引入進水口。在堰的右側,布置有一座底孔泄水閘和一個下泄生態流量的泄水孔,目前正在施工中。

(2)在伊塔雅伊阿蘇河右岸巖石中開挖了一條引水明渠,渠壁和底部采用混凝土襯砌。在明渠入口處,建有一座帶攔污柵的鋼筋混凝土建筑物。

(3)在引水明渠下游端布置有一個帶閘門槽的進水口,在進行檢查或維修時,該門槽可用于疊梁的操作。

3.2 地下工程

地下工程包括如下部分。

(1)在巖石中開挖了一條長 6637 m的低水頭隧洞,其斷面為拱 -矩形 (寬 ×高 =7.70m×7.85m)。開挖工程已經完成,整條隧洞的底面采用碾壓混凝土襯砌。在開挖過程中,隧洞的性狀非常好。在穿過一條長 300m的溪谷時,要求開挖作業特別小心,因為預測該區域的巖石覆蓋層小于 8 m,而且鉆孔推測表明,巖體狀況很差。但是在開挖時并沒有遇到大的困難,開挖進展順利,且獲得成功。

(2)引水隧洞下游的交通隧洞為拱 -矩形斷面(9m×7m),該隧洞可提供一條通往壓力隧洞閘門的工作平臺的路線。隧洞的下段用作調壓井。該設計方案免除了開挖一座上游豎井的需要,而在可行性研究中該豎井曾計劃用作調壓井。

(3)為便于操作主控閘門,開挖了一座豎井(斷面面積為100m2)。其上部洞室是一個與進水口相似的鋼筋混凝土結構,設計了2個帶閘門槽的開口,用來操作疊梁或應急閘門。

(4)閘門豎井的底部是2條壓力隧洞水平延伸的起點,沿著2條發散的軸線分岔為2條隧洞,延伸到與2臺發電機組軸線交匯處,然后在此以一個60°的拐彎豎向傾斜,平行下降至略高于水輪機蝸殼中心平面的位置,在該點處,壓力隧洞又有一個近似水平方向的拐彎,直到與蝸殼的進水口對接。這2條隧洞用提升式巷道掘進機挖掘,直徑為 3.55m。下部拐彎處的上游直線段采用混凝土襯砌,從下部拐彎處開始采用鋼板襯砌。

(5)地下廠房洞室寬17.0m,長 64.2m,最大高度40.0m。目前,正在安裝2臺混流式水輪機。根據廣泛的結構和地質研究,以及模擬廠房洞室和相鄰隧洞開挖的三維數值模型來確定巖石支護的型式與范圍。廠房洞室與相鄰隧洞的布置見圖2。

(6)在廠房洞室的右側開挖了一條長 377m的設備進出隧洞,尺寸為7.0m×6.5m,用于施工和運行期間設備的運輸。在廠房洞室開始開挖時,從設備進出隧洞挖了一條交通隧洞通往廠房洞室的頂部,另外還開挖了一條隧洞通往壓力隧洞的水平段。

圖2 廠房洞室和相鄰洞室布置示意

(7)在廠房洞室的左側開挖了一條長 300m的隧洞,尺寸為7.0m×7.6 m,主要用于通風和連接廠房洞室與露天開關站。電力母線經過該隧洞和一座豎井到達地面的開關站。

3.3 尾水工程

尾水工程包括如下部分。

(1)2條泄水隧洞的斷面成拱 -矩形,底板用混凝土襯砌,邊墻與拱頂采用錨和噴混凝土加固。

(2)1座下游調壓井開挖成豎井形式,其斷面幾乎成橢圓形,斷面面積為183 m2。在豎井的上游側將建1座帶閘門槽的混凝土結構,以便從下游方向用疊梁關閉各條泄水隧洞。疊梁的操作在豎井頂部洞室里進行。

(3)1條低水頭泄水隧洞,全長 333 m,位于伊塔雅伊阿蘇河的右岸,后接一條短泄水渠。泄水渠離進水口12 km。泄水隧洞將開挖成拱 -矩形斷面(6.8m×6.8m),底面用混凝土襯砌,用錨和纖維增強噴混凝土進行巖石支護。

4 結 語

薩爾圖皮朗水電站的主要特點之一是采用了地下布置方式。在巴西,這是一種非同一般的設計方法,可以減少對自然坡地的環境影響。此外,把用于引水隧洞施工的交通隧洞作為調壓井也是一種經濟的、創新的解決辦法。