陰坪水電站導水機構預埋

陳 健

(四川華能涪江水電有限責任公司,四川成都 610041)

1 概 述

陰坪水電站為涪江支流火溪河流域開發的最后一級電站,裝設兩臺(套)最高水頭為 247.4m,單機容量為 50MW的水輪發電機組。水庫具有日調節能力,采用引水式地下廠房結構,氣墊式調壓室。

陰坪電站沒有采用常規地下廠房巖壁梁結構,首次在地下廠房發電機層采用全鋼結構廠房,根據施工方案,其吊車梁及廠房橋機需在發電機層混凝土澆筑完畢方具備安裝條件,故在機組預埋階段,因廠房內橋式起重機不能安裝就位而導致水輪機尾水肘管、導水機構等部件的安裝只能采取其它輔助手段安裝。在機電設備安裝標投標文件中,各承包人均提交了采用安裝間卸車,通過搭設棧橋的方式進行安裝的施工方案。施工階段,根據現場施工條件進行了優化,大大縮短了安裝工期,保證了施工安全和安裝質量。

2 電站基本參數

(1)水位。

正常蓄水位高程 1248.00m死 水 位高程 1238.00m正常尾水位高程 1001.36m最低尾水位高程 1000.89m

(2)水頭。

最大水頭 247.40m額定水頭 214.00m最小水頭 213.50m

(3)控制高程。

發電機層 1002.90m水輪機層 996.10m水輪機安裝(導葉中心線) 993.60m尾水肘管安裝 985.2m

(4)主設備型號參數。

水輪機型號:HL(F)-LJ-164額定功率:51.3MW。發電機型號:SF-J50-14/4680容量:58.82MVA額定電壓:10.5kV額定電流:3234A球閥型號:QF320-WY-160最高水頭:247.4m升壓水頭:320m設備制造單位:通用電氣亞洲水電設備有限公司。

3 尾水肘管的安裝

尾水管裝配分為尾水肘管和擴散段,均為埋設部件,由 16mm厚鋼板組焊而成,外壁設環肋,尾水肘管單件重 5050kg,尺寸為 4180mm×2932mm×4781mm;擴散段單件重 6990kg,尺寸為 2700mm×3374mm×5938mm,肘管最高件運輸高度達 5480mm。

尾水肘管安裝時,由于安裝間板深混凝土尚未澆筑,需待 40d后安裝間板深混凝土達到強度后方能提供工作面進行肘管擴散段的卸車轉運和安裝,而在安裝間采用 25t吊車吊裝雖可完成 1#機肘管安裝,但 2#機肘管仍需搭設棧橋,由人工轉運及安裝。若肘管安裝采用原方案施工,廠房內的混凝土施工將停滯,將直接影響廠房施工直線工期達 2個月以上。為保證工程順利開展,須另尋施工通道。經現場查勘,尾水施工支洞經處理后可作為尾水肘管運輸通道,其開挖斷面為 5.1m×5.65m(寬 ×高),但有效高度僅為 5.2m,不能滿足肘管運輸要求。若采用卷揚機牽引雖可進行設備轉運,但占用交通通道后影響尾水洞及安裝間的作業面。經過仔細測量和計算,優化了尾水肘管、擴散段的安裝方案:(1)制作專用平臺,將肘管平放,降低運輸高度至 5m;(2)對尾水施工支洞內各轉彎處進行適當擴挖;清理路面浮碴后,對運輸通道進行平整;(3)將原圖紙中尾水肘管混凝土支墩取消,改為在肘管安裝、調整完畢后制作鋼支墩替代。

尾水肘管及擴散段通過尾水施工支洞進行轉運,在尾調室利用汽車吊卸車。通過卷揚機及轉向滑輪牽引至尾水擴散段鋪設的軌道上,緩慢移動至尾水肘管安裝平臺,利用人字扒桿進行調整。因地制宜,及時調整安裝方案,使肘管、擴散段的安裝工作順利完成。每臺機僅用 10d時間即完成了肘管及擴散段的定位、調整、組焊、加固等工作。采用新方案施工,不僅工期提前了30d,而且節省了施工材料、設備租賃費用約 20余萬元,大大提高了安裝效率,為后續工程的順利開展及時提交了工作面。在無橋機吊裝的情況下,為陰坪電站機電設備預埋工作的開展打開了局面,保證了廠房混凝土澆筑等后續工程的施工。

4 蝸殼座環的安裝

蝸殼及座環材料為 16MnR,座環采用鋼板整體焊接結構,上下環板采用 16Mn-Z25抗撕裂鋼板,固定導葉材料采用 Q345B鋼板;蝸殼和座環在廠內預裝焊接,焊縫經無損探傷檢查、熱處理后再加工,兩臺(套)導水機構均在廠內進行4.83MPa水壓試驗,待試驗合格后按運輸寬度要求割開發運工地。蝸殼座環、導水機構及相關附件總重約 40t,蝸殼座環最大安裝總重(經出廠切割后)為 21.2t,切割部分重 4.5t。

圖 1 安裝間卸車示意圖

原施工方案在采用 50t吊車安裝間卸車后,在機組段搭設棧橋轉運,所需鋼材約為 20t。原方案不僅作業干擾較大,安全風險突出且不便于交叉作業。經施工單位現場測量、反復認證、提交了采用渡吊裝置進行施工的優化方案,該裝置由主地錨、輔助地錨、卷揚機、滑車組、卸扣、鋼絲繩等組成。導水機構的卸車、轉運、安裝均由該裝置完成。

廠房基礎數據:安裝間長 21.8m,主機間長31.5m,副廠房長 9.9m,總長 63.2m;通風洞錨板高程:1019.15m,副廠房錨點高程:1005m,安裝間高程 1002.9m,蝸殼安裝高程:993.6m。

根據現場實際情況,在通風洞 1019.15m高程和副廠房 1005m高程各設置兩組錨桿。對其受力進行了計算(受力分析見圖 1～4)。

圖 2 最大受力分析計算示意圖

蝸殼卸車時鋼絲繩最大作用力約為 31t,在跨越安裝間時,最大作用力為 63t,最大受力點均在通風洞地錨處,故在設置地錨時采用植入深度為 7m的 8組 φ28圓鋼,所有錨桿通過鋼板組焊為整體箱形梁結構,共同受力,每根錨桿采用砂漿灌注,為保證安全,為保證安全,在強度達到使用要求后對錨桿用拉力計進行 8t拉拔試驗,經檢驗合格后進行箱形鋼板焊接。渡吊系統組裝完成后吊裝 25t負荷,并進行負荷試驗檢查,待各部無異常情況后使用。

渡吊裝置主牽引地錨為鋼筋聯合地錨,安裝間側地錨設于通風洞內,埋設位置在廠 0+000.00,廠橫 0-28.00、高程 1019.15m處。地錨設計荷載為 60t,副廠房側地錨埋設高程為1005.00m,埋設位置為廠 0+000.00,廠橫 0+41.42,所有地錨均正對機組中心線位置,地錨設計荷載為 60t。

圖 3 2F蝸殼吊裝受力分析圖

圖 4 1F蝸殼吊裝受力分析圖

卷揚機及其牽引繩轉向地錨布置:安裝間布置兩臺卷揚機,均位于安裝間上游側邊墻處,其額定起重量為 8t。為保證卷揚機在使用過程不發生位移,在卷揚機安置處均設置卷揚機地錨,每臺卷揚機設三個地錨,地錨設計荷載為 3×3t。安裝間側卷揚機牽引繩轉向地錨設在安裝間左端底部,由鋼板制成,直接焊接在預埋鋼筋上,設計荷載為 15t;副廠房側卷揚機牽引繩轉向地錨設在高程 1003.00m,廠橫 0+00.00,廠 0-9.00處,設計荷載為 15t。

座環/蝸殼通過平板拖車運輸至安裝間,運輸車輛采用正入的方式,拖車在座環/蝸殼位于廠房縱軸線處停留,利用渡吊裝置將座環吊起移出,拖車退出安裝間后,再吊運至機坑安裝位置。導水機構的其它部件如底環、導葉、頂蓋及水壓試驗用的悶蓋、悶筒等均采用此方法完成。

采用渡吊裝置施工,每臺導水機構的安裝均在 20d內完成,與原方案相比共節省工期約 30 d;同時,施工單位減少了材料、機具、人工等的投入,提高了作業效率,保證了安裝質量,且較原方案大幅度減少了作業安全風險。

5 結 語

通過利用尾水施工支洞采用倒入法安裝水輪機尾水肘管,采用渡吊裝置安裝水輪機蝸殼,成功地解決了陰坪電站地下廠房在無橋機作業的情況下,水輪機大件安裝預埋階段的吊裝及安裝難點,為同類型水電站地下廠房機電設備安裝提供了有益的參考和借鑒。