Гидротехнический проект Свартисен

О проекте

Примерно 99 процентов всех электрических мощностей в Норвегии генерируют гидроэлектростанции, являющиеся ключевыми в инфраструктуре страны.  Впервые в Норвегии начали использовать гидроэнергетику в 1877 году, когда была построена первая гидроэлектростанция. К 1990 году Норвегия имела более 170 подземных гидроэлектростанций, включающих примерно 3500 км тоннелей по всей стране. Заказчик/Подрядчик Statkraft планирует, строит и эксплуатирует все гидроэлектростанции центрального правительства, которые производят 28% годовой выработки электроэнергии в стране. Проект Svartisen, расположенный сразу к северу от Полярного круга, состоит из 46 стволов, соединённых 40 км тоннелей диаметром от 3,5 до 5 м. Тоннели спроектированы для того чтобы принимать и передавать воду с покрытых ледниками гор Trollberget в озеро Storglomvatnet, которое служит водохранилищем. Отсюда вода идёт по 7-километровому подводящему тоннелю к расположенной на уровне моря электростанции в Kilvik, Holandsfjorden. Есть также два открытых канала, по которым добавочное количество воды подаётся из водных источников в предгорьях.

В 1988 году Statkraft заказал у Компании Роббинс пять машин, которыми планировалось пробурить 57 км тоннелей для нового гидротехнического проекта Свартисен, что составляет 62% от общей длины предусмотренных проектом тоннелей. Две из этих машин уже работали ранее на других проектах. Они пробурили соответственно 7,3 км тоннеля диаметром 8,5 м и 15,4 км тоннеля диаметром 3,5 м. В проекте использовались также три новых высокопроизводительных ТБМ (ВП ТБМ) Компании Роббинс, развивавшие усилие подачи на 19-дюймовую шарошку до 312 кН. Эти первые высокопроизводительные ТБМ внесли коренные изменения в мир тоннельных буровых машин. Они проложили путь к технологиям проходки по скальным породам, какие мы знаем сегодня.

Геология

Геологические условия района представлены слюдяными сланцами и слюдяными гнейсами (80 процентов); метапесчаниками (чистыми кварцитами), гранитами и гранитогнейсами (13 процентов), а также известняками и мраморами (7 процентов).
Известняковое основание изменяется по мощности от нескольких сантиметров до 100 м. На поверхность выходят полости и подземные дренажные каналы. Крепость на одноосное сжатие района Свартисен колеблется от 100 МРа и до более 300 МПа. Кроме того, неровная топография вызывала неоднородные напряжения в породном массиве, что ассоциировалось с экстремальными тектоническими и остаточными давлениями. Поскольку устойчивая скальная порода лежала на более 95 процентах общей протяжённости тоннелей, никакая обделка для них не требовалась.

Высокопроизводительные ТБМ

Все три ТБМ были оборудованы 19-дюймовыми шарошками, которые Компания Роббинс разработала специально для проекта Свартисен. Вдобавок к большим диаметрам шарошек, машины имели более мощные, чем у стандартных ТБМ, структурные компоненты, и имели трёхосные главные подшипники для противостояния высоким нагрузкам. Две машины диаметром 4,3 м весили по 262 метрические тонны и передавали мощность 2345 кВт на свои режущие головки, позволяя каждой машине достичь усилия главной подачи на забой в 9048 кН. Для одной из машин поставлялся комплект переоборудования её на диаметр 5 м вместо 4,3 м. При этом добавлялось шесть шарошек при общем весе машины 290 метрических тонн. Третья машина диаметром 3,5 м весила 180 метрических тонн и передавала на режущую головку мощность 1340 кВт, обеспечивая усилие главной подачи в 7800 кН. Режущая головка была оснащена двадцатью пятью 19-дюймовыми дисковыми шарошками.

Вдобавок к высоким скоростям бурения и проходки, новое поколение ТБМ давало возможность эффективно использовать бригаду. Защитовой комплекс каждой системы был оборудован дистанционным управлением и видеокамерами, поэтому требовалось только четыре человека в смену, чтобы работать на машине. Это были оператор ТБМ, он же загружал рельсовые вагонетки; машинист локомотива, электрик и слесарь для наращивания рельсовых путей, кабелей, вентиляции и шлангов.

Проходка тоннеля

Все три высокопроизводительные машины достигли весьма впечатляющих результатов. Первая из двух машин диаметром 4,3 м в период с сентября 1989 года и по октябрь 1990 года прошла на своём первом участке 6021 м тоннеля, в среднем по 3,8 м в час. Будучи модифицирована на диаметр 5 м, она проходила в среднем 2,74 м в час. Лучшая суточная проходка была 75,8 м, лучшая неделя – 312 м и лучший месяц – 1068 м, что является норвежскими рекордами скорости проходки.

Вторая машина диаметром 4,3 м в период с сентября 1989 года и по апрель 1991 года пробурила 11861 м тоннеля, в среднем по 3,5 м в час. На этой проходке машина поставила мировой рекорд в своём классе диаметров от 4 м до 5 м: лучшая смена – 61,2 м, лучшие сутки – 90,2 м, лучшая неделя – 360,5 м и наибольшая выдача породы за сутки: 1309 м3.

Третья машина начала бурение в июле 1990 года, примерно в 4 км от узла пересечения выработок. Пройдя к маю 1991 года около 4700 м тоннеля, машина вошла в слабые породы, сопровождавшиеся большим водопритоком, что замедлило проходку примерно на 4 месяца. Тем не менее, несмотря на сложную геологию, машина всё ещё поддерживала среднюю скорость 3,7 м в час, поставив при этом рекорд проходки за одну смену – 55,5 м.