Kopswerk II headrace tunnel - geomechanical and construction design / Triebwasserstollen Kopswerk II - geomechanische und bautechnische Planung

The Kopswerk II power plant of the Vorarlberger Illwerke AG with a capacity of 510 MW was constructed between 2004 and 2008 as a pumped storage scheme parallel to the existing Kopswerk I (247 MW) constructed in 1969. The design of the headrace was confronted with borderline conditions concerning both construction and operation. The construction concept had to take into consideration the external constraints and ensure continuous construction in winter in the high mountains. On account of the formation water situation, the intention was to relieve formation water pressure during the construction period.
In operation, the components of the headrace system including pressure tunnel are subject to enormous internal pressure fluctuations within a very short time on account of the pumped storage peak flow operation of Kopswerk II. In addition, the external formation water pressure can reach a head of 450 m, which could scarcely be resisted with an economic lining alone. This resulted in a basic design concept to integrate the surrounding rock mass into the structural system as far as possible, both with regard to rock pressure and formation water pressure. Such a concept has to include systematic and differentiated grouting of the rock mass, which is not always simple to achieve under high formation water pressure.
Das Kopswerk II der Vorarlberger Illwerke AG mit einer Leistung von 510 MW wurde in den Jahren 2004 bis 2008 parallel zum seit 1969 bestehenden Kopswerk I (247 MW) als Pumpspeicherwerk neu errichtet. Die Planung der Oberwasserführung war sowohl im Hinblick auf die Errichtung wie auch auf den Betrieb mit grenzwertigen Bedingungen konfrontiert. Das Baukonzept musste hinsichtlich der äußeren Bedingungen einen Durchlaufbetrieb im Winter und im Hochgebirge ermöglichen. Hinsichtlich der Bergwassersituation war eine Entlastung des Bergwasserdrucks während der Bauarbeiten anzustreben.
Im Betrieb unterliegen die Komponenten der Oberwasserführung einschließlich Druckstollen wegen des Pumpspeicher- Spitzenstrom-Einsatzes des Kopswerks II enormen Innendruckschwankungen innerhalb kürzester Zeitspannen. Zudem steht von außen ein Bergwasser-Druckpotenzial von bis zu 450 m Wassersäule an, das durch eine wirtschaftliche Auskleidung allein kaum zu beherrschen wäre. Somit musste ein planerisches Grundkonzept verfolgt werden, welches das umgebende Gebirge möglichst weitgehend in das Tragkonzept mit einbezieht und zwar sowohl hinsichtlich Gebirgslast wie auch hinsichtlich Bergwasserdruck. Ein solches Konzept schließt eine systematische und differenzierte Gebirgsbehandlung mittels Injektionen konsequent ein, was unter Bergwasserandrang nicht immer leicht umsetzbar ist.