Headrace tunnel and tailrace tunnel of the Beles MPP in Ethiopia / Druckstollen und Unterwasserstollen des Wasserkraftwerks Beles in Äthiopien

The Beles Multipurpose Project, with a total installed capacity of 460 MW, is located in the Lake Tana region in the northwest of Ethiopia. The headrace system consists of the low pressure headrace tunnel and a 270 m deep vertical shaft with a power cavern at its lower end. A tailrace tunnel transports the turbine water to the Beles river where it is used again for agricultural purposes.
The entire tunnel length of the tailrace tunnel and most of the length of the headrace tunnel encountered various types of volcanic rock at an overburden between 50 and 370 m. This volcanic section of 17.5 km length was excavated by a hard rock double shield TBM and lined with an “open” segmental lining. Control of water loss and water ingress had to be achieved through the permeability characteristics of the surrounding rock, the hydrogeological conditions and by means of grouting where required.
The intake area is characterised by Quaternary lacustrine deposits over a length of about 1,600 m at an overburden up to a maximum of 120 m. For this lacustrine section, the DS-TBM was modified to run in a semi-EPB mode and the requirements to withstand pressurized backfilling were to be achieved by a gasket-sealed segmental lining.
Das Wasserkraftwerk Beles, mit einer Leistung von 460 MW, befindet sich im Nordwesten Äthiopiens in der Region des Tana Sees am Ursprung des Blauen Nils. Die oberwasserseitige Triebwasserführung umfasst den Druckstollen, einen 270 m tiefen vertikalen Druckschacht und ein Kavernenkrafthaus. Daran schließt der Unterwasserstollen an, der das Triebwasser zum Fluss Beles ausleitet, wo dieses zusätzlich für landwirtschaftliche Zwecke genutzt wird.
Mit dem gesamten Unterwasserstollen sowie mit dem Großteil des Druckstollens wurden auf einer Länge von etwa 17,5 km vulkanische Gesteine durchörtert, bei Überlagerungshöhen zwischen etwa 50 und 370 m. Die vulkanischen Gesteine wurden mit Hartgesteins-Tunnelbohrmaschinen aufgefahren und mit einer “offenen”, nicht gedichteten Fertigteilauskleidung ausgekleidet. Für die Begrenzung der Wasserzutritte und der Wasserverluste wurden soweit wie möglich die vorhandenen Gebirgseigenschaften betreffend Bergwasserdruck und Gebirgsdurchlässigkeit genutzt. Wo erforderlich wurden Gebirgsinjektionen eingesetzt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Ein kurzer oberwasserseitiger Tunnelabschnitt im Anschluss an den Tana See durchörterte auf einer Länge von ca. 1.600 m lakustrine Sedimente bei Überlagerungshöhen bis zu 120 m. Für diesen Abschnitt wurde die Doppelschild-TBM auf einen Semi-Erddruckmodus umgerüstet, und es wurden gedichtete Fertigteile mit einer unter Druck eingebrachter Ringspaltverfüllung eingesetzt.