斯瓦蒂森水电站项目

项目概况

挪威大约99%的电力是通过水力发电项目获得的，这使得大型水电计划项目成为该国基础设施的关键组成部分。挪威使用水力发电的历史可以追溯到1877年，当时该国的第一个水利工程正式竣工。到1990年，挪威有超过170个地下水利设施，包括着遍及全国约3500公里(2175英里)的隧道。 项目业主兼承包商，挪威国家电力公司规划、建造和运营着所有中央政府的水电站，提供挪威全年水力发电总量的28%的电力供应。 斯瓦蒂森水电站项目位于北极圈以北，由46个竖井连接到长40公里(25英里)，直径3.5米(11.5英尺)至5米(合164英尺)的隧道。这些隧道用于收集和运输从由冰川覆盖的特罗伯尔山脉（Trollberget Mountains）到该项目的斯多哥摩瓦特（Storglomvatnet）水库的水。从那里，水通过一条7公里(4.4英里)的引水隧道流入位于荷兰托尔顿克维克（Kilvik, Holandsfjorden）的一座海平面发电厂。水电站还有两个排水沟隧道，获取山坡入口的补给水。

1988年，挪威国家电力公司与罗宾斯公司签约，让罗宾斯公司提供机器为新斯瓦蒂森水电站项目挖掘长57公里(35英里)的隧道，即为该项目打通所需的62%的隧道。其中两台机器分别是直径8.5米(27.9英尺)和3.5米(11.5英尺) “征战多年”的隧道掘进机，分别打通了长7.3公里(4.4英里)和15.4公里(9.6英里)的隧道。此外，该项目还使用了三台新的罗宾斯高性能(HP)隧道掘进机，每个直径19英寸（483毫米）的刀具的推力负荷可高达312千牛。这些首批高性能隧道掘进机是具有革命性意义的机器，为我们今天所了解的硬岩隧道挖掘铺平了道路。

地质状况

该地区的地质主要包括云母片岩和云母片麻岩(80%)； 变质砂岩(纯石英岩)、花岗岩和花岗片麻岩(13%);还有石灰石和大理石(7%)。石灰岩床的厚度从几厘米到超过100米(328英尺)不等。洞穴和地下排水的特点也能从表面上得到了明显的体现。斯瓦蒂森地区地质岩群组的无侧限抗压强度从100兆帕到300多兆帕(4,3500磅/平方英寸)不等。同时，陡峭的、不均匀的地形给岩石群带来了不规则的应力，且受极端的地质构造和残余压力的影响。由于稳定坚硬的岩石地质在95%以上的隧道中都是存在的，所以不需要做任何衬砌。

高性能隧道掘进机

全部三台高性能隧道掘进机都配备了直径19英寸(483毫米)的盘形滚刀，这是罗宾斯公司为斯瓦蒂森项目专门开发的。除了较大的刀具外，这些掘进机比标准的隧道掘进机更坚固，配有三轴式主轴承，可以承受更高的负载。其中两台直径4.3米(14.1英尺)的高性能隧道掘进机重达262公吨(美制289吨)，可以为刀盘提供了2345千瓦(3143马力)的动力，每台机器可以对断面产生高达9048 千牛(203,4071磅) 的推力。其中一台掘进机提供了一个转换套件，可以让机器已直径5米(16.4英尺)，而不是4.3米(14.1英尺)来进行挖掘，同时还增加了6个刀具，使机器的总重量达到290公吨(美制319吨)。第三台高性能隧道掘进机重180公吨(美制198吨)，直径3.5米(11.5英尺)， 可为刀盘提供1,340千瓦(1796马力)的动力，使推力达到7800千牛(175,3509磅)。该掘进机刀盘配有直径为25-19英寸(483毫米)的盘形滚刀。

除了获得更高的掘进速度和前进速度，新一代的隧道掘进机还可以有效地利用机组人员。每台掘进机都与后配备系统协同合作，每个后配备系统配备有遥控器和电视摄像机,并且每轮班只需四名机组人员—–一个操作机器和装卸轨车, 一名车头操作员，一名电气技师和一名机械师负责轨车伸缩、电缆、通风和气管。

隧道掘进

全部三台高性能隧道掘进机在整个项目中都取得了令人瞩目的成绩。在1989年9月至1990年10月间，前两台直径4.3米(14.1英尺)的掘进机中，第一台掘进机打通了6021米(19,754英尺) 的隧道，在第一次掘进中平均每小时掘进3.8米(12.5英尺)。在刀盘直径为5米(16.4英尺)的模式下，该掘进机平均每小时掘进2.74米(9英尺)。这台机器的最佳日掘进为75.8米(248.7英尺)，最佳周掘进为312米(1024英尺)，最佳月掘进为1068米(3,504英尺)，这些都成为了挪威的记录。

在1989年9月至1991年4月间，第二台直径4.3米的掘进机打通了11,861米(38,914英尺)的隧道，平均每小时3.5米(11.5英尺)。这施工期间，隧道掘进机在性能上创造了多项世界记录，包括直径在4至5米尺寸级别之间的掘进机最佳性能；单次轮班掘进61.2米（200.8英尺）、日掘进90.2米（296英尺）、周掘进360.5米（1182.7英尺）以及24小时内挖掘出最多的材料，达1309立方米（1700立方码）。

1990年7月，第三台隧道掘进机从一个隧道交汇处约4公里(2.5英里)处开始挖掘。在1991年5月，大约掘进了4 700米(15420英尺)时，机器遇到了糟糕的地质条件和涌水，这延缓了约4个月的挖掘工作。但是，尽管条件恶劣，这台掘进机的掘进速度仍能达到平均每小时3.7米(12.1英尺)，同时取得了单次轮班掘进55.5米(182.1英尺 )的单个最好记录。