N.D.德朗斯抽水蓄能電站建設(shè)概況

［瑞士］T.本茨

N.D.德朗斯抽水蓄能電站坐落于瑞士西部的阿爾卑斯山，它利用了現(xiàn)有的兩座水庫(kù):海拔為1 920 m、庫(kù)容為2.2億m3的埃莫松水庫(kù)和海拔為2 205 m、庫(kù)容為1 200 萬(wàn)m3的老埃莫松水庫(kù)。4 臺(tái)裝機(jī)150 MW 的水泵－水輪機(jī)以240 m3/s 的流量在兩座水庫(kù)之間泵水。

聯(lián)邦環(huán)境、能源、交通運(yùn)輸部于2008 年8 月為該抽水蓄能電站擴(kuò)建工程發(fā)放了施工許可證。隨即開(kāi)始了進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)籌備工作。同年11 月7 日，瑞士電力公司(控股54%)、瑞士聯(lián)邦鐵路SBB(控股36%)、區(qū)域電網(wǎng)公司(控股10%)共同出資成立了N.D.德朗斯公司。

1 環(huán)境影響

由于最初決定將整個(gè)復(fù)雜的主體工程設(shè)置于地下，因此該工程對(duì)環(huán)境的影響大為減少，而地面僅用來(lái)堆放地下施工所開(kāi)挖石料。工程施工時(shí)開(kāi)挖的石料用作混凝土骨料，從而大大減少了開(kāi)挖料堆放區(qū)的面積，也節(jié)省了工程成本。

2 設(shè)計(jì)理念

該工程設(shè)計(jì)包含兩條平行且完全獨(dú)立的輸水管，每一條輸水管都將裝備2 臺(tái)150 MW 混流式水泵－水輪機(jī)。

2.1 關(guān)鍵組成部分

主體建筑物的主要特征概括如下。

(1)1 座老埃莫松上庫(kù)引水結(jié)構(gòu)物。

(2)1 條混凝土襯砌廊道，長(zhǎng)230 m，直徑6.6 m。

(3)靠近豎井頂部的上閥室。由于進(jìn)水口和豎井之間的距離較短，因此不用另設(shè)調(diào)壓室。

(4)1 座混凝土襯砌豎井，長(zhǎng)441 m，直徑6 m;頂部和底部的彎頭采用鋼筋襯砌。

(5)1 條鋼襯排水廊道，長(zhǎng)50 m，直徑4.25 m。

(6)上游閥室。

(7)2 條上游分叉鋼襯廊道，長(zhǎng)40 m，直徑3.2 m。

(8)安裝4 臺(tái)水泵－水輪機(jī)的主洞室，長(zhǎng)138 m，寬32 m，高52 m。

(9)2 條下游分叉鋼襯廊道，各長(zhǎng)40 m，直徑3.7 m。

(10)1 條下游鋼襯廊道，長(zhǎng)126 m，直徑4.5 m。

(11)1 條下游混凝土襯砌廊道，長(zhǎng)758 m，直徑6.6 m。

(12)下游閥室。

(13)1 條下游混凝土襯砌廊道，長(zhǎng)369 m，直徑6.6 m。

(14)1 座埃莫松下庫(kù)泄水結(jié)構(gòu)物。

2.2 交通洞

(1)1 條主交通洞，長(zhǎng)5 500 m，直徑9.4 m。TBM 機(jī)從海拔1 118 m 高程(隧洞入口全年可通行)、坡度12%，向上掘進(jìn)至海拔1 709 m 高程。

(2)長(zhǎng)1 745 m 的進(jìn)場(chǎng)通道(45 m2，坡度12%)，從海拔1 952 m 的入口(冬季無(wú)法到達(dá))通往海拔2 138 m 的豎井頂部。另有一條長(zhǎng)370 m 的延長(zhǎng)通道通向上庫(kù)。

(3)1 條施工交通洞，長(zhǎng)2 280 m(45 m2，坡度12%上)，從海拔1 952 m 的入口通往海拔1 697 m的豎井底部，進(jìn)而通到主洞室。另有1 條通向交通洞的連接通道。

3 施工狀況

3.1 主交通洞

2009 年8～12 月，在裝配TBM 機(jī)之前，主交通洞前120 m 采用傳統(tǒng)的方式開(kāi)挖，以便為TBM 機(jī)形成一個(gè)起始作業(yè)面。2010 年1 月開(kāi)始使用TBM機(jī)。到2010 年12 月中旬，掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)1 530 m。但施工進(jìn)度卻因TBM 機(jī)安裝備用系統(tǒng)、為TBM 機(jī)后面的傳輸帶安裝增壓裝置以及出現(xiàn)的一些微小地質(zhì)問(wèn)題而受阻。

2010 年9 月中旬，因出現(xiàn)地質(zhì)問(wèn)題，TBM 機(jī)掘進(jìn)施工被迫中止。當(dāng)時(shí)在水壓增至30 bar 時(shí)，有裂隙巖層產(chǎn)生的水流流速達(dá)到了60 L/s。雖然這種流速或水壓不會(huì)妨礙TBM 機(jī)施工，但是抽排如此大量的水會(huì)導(dǎo)致離隧洞掘進(jìn)面1km 遠(yuǎn)的埃莫松混凝土雙曲拱壩出現(xiàn)巨大的沉降。為此，在TBM 機(jī)頭部周圍裝了幾個(gè)灌漿環(huán)，以防滲水流向TBM 機(jī)。

為獲取未來(lái)可能出現(xiàn)任何地質(zhì)問(wèn)題的相關(guān)資料，鉆探了多個(gè)鉆孔。從其中獲得的數(shù)據(jù)資料可以看出，即使壓力仍然很大，水流卻在持續(xù)減小。此外，其中一個(gè)相對(duì)干燥的鉆孔揭示，存在一個(gè)寬3 m的粘性細(xì)料區(qū)(底下巖層)。這將導(dǎo)致巖層不穩(wěn)定。而這種現(xiàn)象很難通過(guò)灌漿達(dá)到穩(wěn)固，因此進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)來(lái)確定增強(qiáng)其穩(wěn)定性的最佳方法。

3.2 交通洞及其他結(jié)構(gòu)物

通向豎井頂部和底部的兩條交通洞截面積均為45 m2。采用傳統(tǒng)的鉆爆法開(kāi)挖，液壓式隧洞鉆車鉆孔，漿狀炸藥引爆，并用帶自卸車的挖掘機(jī)出碴。使用裝備有水力碎石機(jī)的挖掘機(jī)清除石料，以巖石錨桿和噴混凝土作支護(hù)。

隧洞口位于海拔1 952 m，冬季無(wú)法施工。因此，2010 年4 月開(kāi)工，11 月下旬即被迫停工。僅整個(gè)夏季，通向豎井頂部的隧洞掘進(jìn)進(jìn)尺為1 465 m，通向底部的為1 211 m。

為減少施工作業(yè)對(duì)引水結(jié)構(gòu)物的影響及考慮到種種限制，決定將整個(gè)引水結(jié)構(gòu)物預(yù)制好，然后再浮運(yùn)至預(yù)定位置。每個(gè)預(yù)制塊需要混凝土800 m3。

4 施工進(jìn)展

目前，只用了3 臺(tái)TBM 機(jī)來(lái)開(kāi)鑿?fù)ㄍ娬局饕┕?chǎng)地的進(jìn)場(chǎng)道路。

主洞室和輸水管的土建工程在2011 年底開(kāi)工，機(jī)電工程和電氣工程將于2014 年開(kāi)工。

工程預(yù)期目標(biāo)是在2016 年實(shí)現(xiàn)首批2 臺(tái)機(jī)組投運(yùn)發(fā)電;剩余的2 臺(tái)機(jī)組在2017 年并網(wǎng)發(fā)電。

2009 年秋成立了項(xiàng)目組，開(kāi)展工程前期規(guī)劃和必要的施工準(zhǔn)備工作;2010 年著手工程的增容工作，即從600 MW 增容至900 MW。

4.1 增加裝機(jī)容量

為實(shí)現(xiàn)裝機(jī)容量增加50%:①將150 MW 的機(jī)組數(shù)量由4 臺(tái)增加到6 臺(tái);②兩條獨(dú)立的輸水管長(zhǎng)度保持不變，但管道直徑增加25%左右，或?qū)⒔孛娣e增大50%。

裝機(jī)容量增加至900 MW 將面臨巨大的挑戰(zhàn):確保工程的技術(shù)可行性;避免因設(shè)計(jì)方案更改而使支出增加。900 MW 工程的地下施工工期比600 MW 的長(zhǎng)1 a 左右，導(dǎo)致首批2 臺(tái)機(jī)組(1 號(hào)和2 號(hào)機(jī)組)將延至2017 年投入運(yùn)行，剩余的2 臺(tái)機(jī)組(5號(hào)和6 號(hào)機(jī)組)將延至2019 年投運(yùn)。

4.2 增加上庫(kù)庫(kù)容

隨著裝機(jī)容量從600 MW 增至900 MW，兩座水庫(kù)之間的輸水流速也從240 m3/s 增加到360 m3/s。由于現(xiàn)有的老埃莫松水庫(kù)庫(kù)容為1 200 萬(wàn)m3，流速只有240 m3/s，因此，需將庫(kù)容擴(kuò)大到2 400 萬(wàn)m3，以使水庫(kù)最高蓄水位抬高20 m。

建于1952～1955 年的老埃莫松大壩高45 m，是一座重力拱壩，混凝土方量為62 000 m3。由于壩頂僅寬4 m，無(wú)法將大壩本身的高度加高20 m，因此，只好鏟除壩頂上15 000 m3的混凝土，將保留下來(lái)的部分作為雙曲拱壩的基礎(chǔ)。建成的新壩高77 m，共用97 000 m3混凝土。施工工期預(yù)計(jì)為2012～2015 年的4～10 月。