Подземные структуры гидроаккумулирующих электростанций. Часть 2

Два напорных туннеля, связывающие верхний резервуар с полостью машинного зала, бурились туннельной машиной открытого типа Herrenknecht Gripper через твердые породы под углом наклона примерно 400, длиной по 1054 м, диаметром в проходке 5,2 м. Туннели проходились снизу вверх из подземной полости турбонасосов к камере обслуживания на берегу озера Мутт (рис. 15).

Окончание. Начало см. в № 11 2021 г. «Науки и Техники»

3. НАКЛОННЫЕ НАПОРНЫЕ ТУННЕЛИ

На машине (рис. 16) были установлены гидродомкраты, распирающие ее между стенками туннеля, с двойной блокировкой обратного хода (показаны желтым на рис. 17). Большой угол наклона туннелей потребовал удерживать машину от сползания во время бурения. С этой целью компания — изготовитель Herrenknecht на домкратах этой машины весом 800 т установила сдвоенные механические противореверсные замки. Такая система обеспечила безопасное и надежное прижимание домкрата к стене туннеля автоматическим механическим заклиниванием. Это означало, что даже в случаях сбоев в энергоснабжении или гидравлической системе сохранялся необходимый распор машины, создаваемый при всех рабочих состояниях (движении вперед, остановке или втягивании домкратов).

Машина была оборудована насосами для нанесения набрызг-бетонной крепи, а также двумя буровыми станками для установки анкерной крепи в неблагоприятных геологических условиях.

Как уже говорилось, учитывая сложные геологические и технологические (наклон туннеля) условия строительства, к конструкции машины и безопасности персонала были предъявлены особые требования. Перед отправкой в Швейцарию машина была полностью собрана и испытана. Еще одной проблемой была доставка машины от места прибытия в Швецарии на высоту 800 м над уровнем моря к пункту начала строительства на высоте 1700 м. Поэтому компоненты машины были разработаны заводом-изготовителем с весом до 37 т, имея в виду грузоподъемность доставочной подвесной канатной системы 40 т. Машина была собрана в горизонтальном положении и доставлялась к месту запуска по рампе с углом наклона примерно 250. Необходимый угол наклона туннеля 400 был достигнут вертикальным поворотом его трассы на участке длиной 150 м с радиусом 50 м.

Буровая туннельная машина пересекала породы известняка Квинтнер с крепостью до 150 МПа. Угол наклона туннелей был особым вызовом для технологии машинной проходки, для профессиональной подготовки рабочих и команды проектировщиков. В обоих туннелях забой должен был пройти через нарушенную зону Mörtalbruch, в которой устанавливалась дополнительная крепь из стальных кассет и железобетонных сегментов. Усиленная крепь и стабилизация пород замедлили скорость проходческих работ. Во время проходки напряжения в массиве приводили к разрыву породных блоков, расширению трещиноватых систем, раскрытию карстовых пустот в степени, не предсказанной при разработке проекта. Преодоление этих проблем осложнялось тем, что туннели были наклонными, и в них возникали проблемы, уже решенные ранее для горизонтальных выработок.

На половине длины наклонных туннелей были встречены так называемые карстовые проводники — пустоты растворения известняка, включая увеличенные трещины и трубчатые естественные туннели, заполненные водой. Они создают для проходческих работ опасности наплыва осадков, вывалы пород, ослабление распора гидравлических домкратов, закупорку режущей головки машины. По результатам разведочного бурения и последующего математического моделирования была разработана технология пересечения туннелями карстовых пустот под защитой «зонта» из скважин вокруг сечения туннеля, позволяющего предотвратить оседание его режущей головки и нарушения направления . Схема такого решения показана на рис. 18. Стабильность туннелей и безопасность рабочих были улучшены применением стальных колец крепи и плит в обратном своде сечения (рис. 19, 20). Тем не менее для этих тяжелых условий была подтверждена целесообразность применения буровой туннельной машины вместо буровзрывных работ.

4. ГЛАВНЫЙ НАКЛОННЫЙ ТУННЕЛЬ ДОСТУПА

С целью всепогодного доступа к полостям машинного и трансформаторного залов в состав гидроэлектрического комплекса включен туннель, оборудованный наземной канатной дорогой для транспортировки людей и тяжелого оборудования от Терфеда к полостям электростанции.

Туннель доступа состоит из следующего:

• портальной структуры, которая строится открытым способом, длиной 18 м,
• прохода от портала к нижней станции длиной 219 м, сечением 50 м²,
• полости нижней станции длиной 35 м со стандартным сечением 260 м², в расширенной части — 360 м²,
• наклонного туннеля с общей длиной 3,8 км, пройденного в основном буровой туннельной машиной (с промежуточной станцией на половине пути), с градиентом 24 % (13,5°) и диаметром туннеля в проходке 8,03 м,
• в обеих стенах туннеля с интервалом 550 м устроены 17 ниш для укрытия людей, размещения противопожарного и электрического оборудования.

Туннель полностью пройден по известняку формации Квинтнер (Quintner) (рис. 21), что определило в основном благоприятные условия строительства. Встречались, однако, пересекаемые туннелем участки множественных слоистых (так называемых кливажных) плоскостей, которые приводили к нестабильности периферии сечения и выпадению породных блоков. Как и в напорных туннелях, попадались карстовые явления, для предотвращения которых применялись опережающее бурение разведочных скважин и сейсмические методы.

Первые несколько метров туннеля доступа проходились неполным сечением с поочередной отбойкой породы в пилотном (опережающем) туннеле, нижнем или боковых уступах забоя, обратном своде (рис. 22) и с применением опережающей крепи. Такое решение определилось малой мощностью и риском обрушения пород, перекрывающих туннель при его входе в склон горы. Затем стало возможным проводить буровзрывные работы на полное сечение забоя. Туннель крепился анкерными болтами длиной 3–4 м, металлической сеткой и набрызг-бетоном. Полость нижней станции туннеля также проходилась неполным сечением с применением буровзрывных работ.

Первоначально планируемое сечение портальной структуры 50 м² позднее было увеличено до 70 м². Буровая туннельная машина собиралась перед порталом до ее входа на стартовую позицию бурения.

После рассмотрения геологических и технологических проблем, а также проведения тендера на производство работ было принято решение о применении для проходки туннеля доступа буровой туннельной машины так называемого открытого типа с двойными распорными домкратами. Опережающее разведочное бурение скважинами длиной 100 м, диаметром 100 мм, установка анкерных крепежных болтов, нанесение слоя набрызг-бетона выполняется станками, установленными на машине сразу позади режущей головки. Диаметр туннеля доступа в проходке — 8,03 м, общая установленная мощность электрооборудования — 3500 кВ. Сначала предполагалось, что отбитая порода от режущей головки через дозатор будет попадать в желоб в обратном своде туннеля, смешиваться с подаваемой водой и транспортироваться пульпой по желобу к промежуточной емкости в естественной полости (пещере). Здесь пульпа должна была дробиться, осаждаться и дренироваться, а затем вагоном наземного канатного пути выдаваться на поверхность. Позднее была предложена транспортировка отбитой породы после ее выхода из буровой туннельной машины ленточной конвейерной линией, состоящей из индивидуальных участков максимальной длиной по 275 м, устанавливаемых по мере подвигания забоя наклонного туннеля.

При проходке туннеля было решено по соображениям безопасности отказаться от доставки в забой по наклонному пути материалов, оборудования и людей автомобилями на шинах. Туннель оборудован наземной канатной дорогой (cable railway) (рис. 23, 24), которая от привычного фуникулера отличается способом крепления вагонов к тяговым канатам: в фуникулере вагоны присоединены к канату постоянно, в системе, принятой в туннеле, вагоны могут прикрепляться к канатам и открепляться от них в начале и в конце пути.

К буровой туннельной машине на время ее работы с помощью сцепных устройств были присоединены восемь резервных вагонов, удерживаемых устройствами, предотвращающими скольжение по наклонному туннелю в случае аварии с крепью или при подвигании машины. В двух передних вагонах располагалось оборудование для обслуживания буровой машины и пульт управления. В третьем вагоне находилось оборудование установки крепи туннеля. В следующих вагонах размещалось такое оборудование, как трансформаторы, вентиляционная система, насосы для набрызг-бетона и охлаждающей системы машины. Общая длина буровой туннельной машины и вспомогательного комплекса составила около 165 м.

Подъемная установка включает канат длиной 3,8 км с диаметром 44 мм. Она имеет общую грузоподъемность 110 т, два двигателя мощностью по 870 кВ и установлена на массивной стальной конструкции. Скорость движения состава достигает 4 м/с, вагоны оборудованы аварийными тормозами, устройствами, ограничивающими скорость наматывания каната и его провисание.

Поезд вагонов постоянного обслуживания канатной дороги состоит из четырех платформ, гибко приспосабливаемых к различным потребностям и оборудованных для выполнения специфических операций, например транспортировки 20 человек персонала; железобетонных сегментов обратного свода туннеля; крана для их установки или конструкций турбонасоса; других специализированных грузов (рис. 26).

Продолжение статьи читайте в декабрьском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год.  Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.

В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.