淺談國外EPC水電站建設過程中地質工作的要點

朱望初 董健 王照竹

(中國水電顧問集團中南勘測設計研究院,湖南長沙 410014)

淺談國外EPC水電站建設過程中地質工作的要點

朱望初 董健 王照竹

(中國水電顧問集團中南勘測設計研究院,湖南長沙 410014)

通過對具體的工程項目總結歸納,剖析國外EPC水電站設計與國內水電站設計的一些主要區別,主要從地質工作方面提出在國外EPC水電站設計過程中需要注重的工作要點,供相關人員借鑒。

EPC 設計理念 標準

隨著近三十年來我國水電站建設的不斷發展,我國的水電站建設技術水平得到不斷提高,培養了大批設計和施工等方面的人才。但是同時,隨著我國可開發利用的水力資源不斷減少,要保持我國水電建設隊伍的發展,必須積極開展國際業務,在水電站設計與建設尚不發達的東南亞和非洲等尋找資源。通過近些年的發展,已取得了不小的成績,但也吸取了不少教訓。

本人作為地質負責人參與了埃塞俄比亞FAN(Finchaa-Amerti-Neshe)水電站和GD-3(Genela-Dawa-3)水電站的設計工作。FAN水電站裝機規模97MW,采用均質土壩,高38m,引水線路長約4.5km(包括填埋管、隧洞、明鋼管)和地面式廠房等。GD-3水電站裝機規模254MW,混凝土面板堆石壩,壩高120m,輸水洞線全長約15km,地下廠房。

當前國外水電站的建設大多采用EPC(Engineer,Procure,Construct) 模式,其設計標準大多采用歐美標準,通常聘請歐美咨詢公司作為業主代表,負責對設計文件、施工方案等的審批,并對施工過程和質量等進行控制。國外咨詢公司在設計理念等方面與我國存在較大的差異。下面通過在參與這兩個水電站的設計過程中,從地質工作方面淺談在國外EPC水電站建設中需要注重的工作要點。

1 充分研究招、投標技術文件

FAN水電站和GD-3水電站均是由國外公司進行過前期勘探和設計工作,形成了可行性研究報告,在可行性報告地質部分提出了工程開工建設前需要進一步查明的問題。當承包商在進行施工前,需要完成基本設計和施工詳圖設計。基本設計一般與臨建工程平行開展,設計的周期很短,尤其是沒有足夠的地質勘探工作時間,往往在進行詳細設計前無法完成招、投標文件中提出需要補充的工作。在FAN水電站的招標文件中就曾提出：在高壓隧洞需要布置深孔并進行地應力測試,以確定豎井采用鋼襯或混凝土襯砌形式。由于埃塞俄比亞的深孔鉆探水平有限,同時埃塞俄比亞沒有能夠進行地應力測試的科研單位。從國內組織隊伍和設備去現場完成鉆孔和試驗,時間上無法滿足下一階段設計、施工和材料采購的需要,最終無法進行比較,而只能根據業主代表要求采用了相對保守,成本更高的鋼襯形式。

2 過程控制

我們國內水電站工程地質報告的編制一般都有比較固定的格式,注重的是對勘探成果的分析,建議參數取值,工程地質評價等,勘探和試驗的過程在報告里往往被忽視。

國外咨詢工程師在審批工程地質報告時,要求在工程地質報告里詳細反映這些內容。因此,為滿足業主要求,我們在編制地質報告時,應在報告中(或作為報告的附件)反映以下內容：勘探和試驗進行的時間和完成的單位;勘探和試驗所選用的設備;詳細的勘探和試驗過程;試驗方法和試驗所采用的標準等。

國內水電站的設計,很多都是根據相關手冊和規范,同時類比相關工程的經驗進行設計,只是重要的部位或構件才提交相應的計算書。國外EPC項目,業主代表幾乎所有的設計文件都會要求提交相關的算稿,或者試驗成果進行論證。在FAN和GD-3水電站的設計過程中,很多圖紙和報告由于沒有計算書得不到及時批復需要重新提交,部分甚至影響到了施工進度。因此,在國外EPC水電站的設計過程中,需要我們充分掌握國際標準和國外咨詢工程師的設計理念,同時,通過設計聯絡會或函件等形式與審查設計文件的工程師溝通,提前明確需要提交的設計文件,加快設計文件的審批進程。

3 設計與施工模式

國外EPC項目往往沒有足夠的設計周期。FAN水電站的工期為38.5個月,GD-3水電站工期為48.5個月。承包商拿到業主的預付款開始計算工期,進行施工準備工作,同時開始現場勘探和試驗工作。由于勘探和試驗都需要一定的周期,按國內的設計習慣,等勘探和試驗全部完成再提交地質報告和圖紙以及試驗參數等,顯然不能滿足設計和施工要求。因此在進行勘探布置時,盡量綜合考慮工程的關鍵工期和勘探難度,有針對性的進行優先布置,充分收集各種資料,及時提出成果,供設計和施工使用,同時結合勘探和施工中揭露的地質條件,不斷調整設計和施工方案。

在FAN水電站的勘探過程中,由于大壩為關鍵線路,因此FAN水電站的地質報告和圖紙分為壩址區和輸水發電系統兩部分分別于2008年3月份和2008年9月份提交業主代表。在FAN水電站的施工過程中,根據施工揭露的地質情況,壩址區加深了強透水性的玄武巖區帷幕灌漿深度,同時減少了弱透水性的泥質粉砂巖區帷幕灌漿深度;鎮墩基礎的開挖深度和處理方式也根據實際揭露的地質條件進行了調整。

GD-3水電站地下廠房區十分偏僻,在早期無法進行重型的勘探工作。在完成跨河橋梁后,再布置勘探平洞和鉆孔等顯然已經來不及,因此,GD-3地下廠房的勘探工作首先是通過詳細的平面地質調查,通過分析,初選地下廠房位置和軸線方向。布置施工支洞和交通洞等,同時從地表進行鉆探驗證。再在進行施工詳圖階段利用施工支洞和交通洞等作為勘探平洞收集相關地質資料供設計參考。對前期初擬的地下廠房位置和軸線方向等進行調整和論證,提交業主工程師審查。

在進行國外EPC水電站的建設過程中,當存在來不及查明就需要開工建設的問題時,可以在報告中指出：在進行施工過程中再補充相應的工作報業主和業主代表審查。

4 參數的選擇

國外咨詢機構對各種設計的系數(比方說邊坡穩定性系數)取值往往要求很高,看似要求比國內嚴,其實這是一種設計理念的區別。在國內工程進行設計時,往往是試驗機構根據試驗成果,打折以后提交給地質專業,然后地質專業通常會提出一個范圍值提交給設計專業,設計人員在進行計算時,一般取小值進行計算,因此得到的計算結果會比較小。而國外的計算過程中往往是盡量直接根據試驗成果進行取值計算。我們在FAN水電站蝶閥室出口邊坡的穩定性計算過程中,就曾經在這個問題和業主代表進行過多次溝通。我們國內設計邊坡穩定性系數一般要求大于1.2,而咨詢工程師要求穩定性系數必須大于1.5。根據我們國內對參數的習慣取值法,怎么都不會大于1.3。通過和業主工程師面對面的溝通,提出在進行計算時,采用試驗平均值進行計算。最后用同樣的方法,采用試驗平均值進行計算得出的穩定性系數為1.62。

在國內進行計算時,我們的參數取值大多根據試驗參數,然后再參考相關經驗,標準和規范提出。歐美規范和標準往往并不給出參數的取值范圍,而只提各種參數的試驗方法。在進行國外EPC項目的設計時,參數都需要通過試驗進行驗證。國外咨詢工程師往往相信試驗參數和他自己的經驗。

5 竣工成果整理

國內水電站竣工成果的整理一般都有比較詳細而具體的要求。而在國外EPC模式的水電站竣工成果整理沒有固定的模式,主要是根據合同的要求,盡量滿足合同文件所需提交的竣工成果,同時和項目所選擇的業主代表的要求有關。

6 結語

作者通過自身參與的FAN水電站和GD-3水電站兩個EPC項目的建設,主要從5個方面總結在國外水電站建設過程中地質工作需要注意的要點。希望通過總結,能夠對國內設計人員從事國外EPC水電站的設計工作(尤其是地質工作)具有一定的借鑒作用,以便更好的適應當前不斷發展的國際水電建設市場的需要。

[1]朱望初.FAN水電站工程地質報告.2008.

[2]朱望初.GD-3水電站工程地質報告.2012.