仙居抽水蓄能電站機組底環安裝關鍵技術探討

姜 如 洋

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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仙居抽水蓄能電站機組底環安裝關鍵技術探討

姜 如 洋

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

總結了浙江仙居抽水蓄能電站機組底環安裝關鍵技術工藝，對機組底環安裝關鍵技術工藝難點進行了詳細分析，同時對施工過程中的機組底環臨時支撐平臺設計、制作安裝工藝流程進行了重點分解，可為同類型抽水蓄能電站機組底環設備安裝施工提供借鑒。

機組底環；支撐平臺；受力分析；仙居抽水蓄能電站

1 概 述

浙江仙居抽水蓄能電站是國家“十一五”重點建設工程，是我國已投產發電單機容量最大的抽水蓄能機組以及我國掌握大型抽水蓄能機組核心工作的開山之作，該電站安裝4臺單機容量為375 MW的混流可逆式水輪發電機組，總裝機容量為1 500 MW。

該電站在機組設備安裝施工過程中遇到了一系列抽水蓄能機組設備安裝施工技術難題，其最為突出的是機組底環安裝技術。該電站機組底環由哈爾濱電機廠有限責任公司制造，底環整體到貨安裝，外徑為6 524 mm。由于設計單位設計的機坑里襯上管口尺寸(φ5 100)比底環外徑尺寸小，導致土建混凝土澆筑至112.85 m高程時必須等待座環機加工合格后才能將機組底環吊入基坑就位，從而嚴重影響到機電設備、112.85 m以上高程混凝土澆筑及水機預埋件的安裝施工進度。根據上述情況，如何解決機組底環提前吊入機坑懸置固定，在保證安全質量的前提下實現機組座環機加工工作與112.85 m以上高程土建混凝土澆筑及水機預埋件安裝施工同步進行是本課題研究的出發點和目的。

2 機組底環安裝關鍵技術

在國內常規水電站機電設備安裝工程中，機電設備安裝施工方案早已具有比較成熟的施工流程。其中機組底環安裝必須在機組座環機加工合格后才能吊入機坑安裝，但在浙江仙居抽水蓄能電站施工過程中，機坑里襯分為上、中、下三段現場組拼安裝，機坑里襯上管口設計尺寸比機組底環外徑設計尺寸小，待機組座環機加工合格(工期約30 d)后，再將機組底環吊入機坑安裝，如此實施將直接影響機坑里襯上段的水機管路預埋件安裝及土建混凝土澆筑施工，從而導致工程整體施工工期出現滯后及施工成本增加。

本課題研究的方向是在已安裝合格的機坑里襯中段設計一個底環臨時支撐平臺，調整底環吊裝、座環機加工、機坑里襯漸變段之間的安裝技術，其難點主要體現在機組底環臨時支撐的設計及受力分析以及如何安裝底環臨時支撐平臺。臨時支撐平臺的設計、制作、安裝直接影響到112.85 m高程以上土建混凝土施工與機組座環機加工的并行作業。只有在施工過程中嚴格按照施工圖紙及作業指導書進行臨時支撐平臺的制造及安裝，方能確保后續各項施工工序安全順利地進行，從而提高施工效率，節省人力物力，節約施工成本。

3 支撐平臺的設計

3.1 設計方面

根據地下廠房機組底環及機坑里襯的結構設計特點并結合施工現場的實際情況，在機坑里襯圓周方向上設計了一個由8個單元斜支撐組成的底環臨時支撐平臺，并最終選擇I25b和I16b工字鋼作為臨時支撐平臺的制作材料；同時對斜支撐進行了詳細的受力分析并編制了相應的設計方案及安裝方案。

3.2 臨時支撐平臺受力分析

3.2.1 底環支撐平臺受力分析

(1)底環自重總荷載：80 t(800 kN)；

(2)施工人員荷載：5人，5×75 kg×10=

3.75(kN)；

(3)施工設備荷載：3 kN；

(4)動荷載：2 kN；

(5)其它荷載：1 kN。

荷載組合：

自重：G1=800 kN，包括(1)項；

施工荷載：G2包括(2)、(3)、(4)、(5)項。考慮到不均勻系數取1.3，動力荷載系數取2，因此，G2=(3.75+3+2+1)×1.3×2=25.35(kN)。

因此，底環工字鋼支撐平臺總受力G=800+25.35=825.35(kN)。

3.2.2 底環臨時支撐平臺穩定性分析

根據對底環支撐平臺受力進行分析得知：底環工字鋼支撐平臺總受力為825.35 kN，均分至8根I25b工字鋼(熱軋普通工字鋼)上，即：q均=103.17 kN；同時，為了提高臨時支撐平臺的安全系數，采用I16b工字鋼(熱軋普通工字鋼)作為平臺底部的斜支撐以增加其穩定性，受力情況見圖1。

圖1 底環支撐平臺局部示意圖

對一個單元的I25b工字鋼進行受力分析與計算。工字鋼材質為Q235，單個支撐單元承受的荷載為 103.17 kN/m； 考慮自重，將自重放大系數定為 1.2，對1個支撐單元進行受力分析計算的過程如下：

I25b工字鋼外懸挑長度按1 m(此長度可調整)計算，工字鋼特性值如下：

慣性矩Ix=5.28×107(mm4);

抵抗矩Wx=422 400 mm3;

面積矩Sx=244 499 mm3;

腹板厚度Tw=10 mm;

塑性發展系數γx=1.05;

整體穩定系數φb=0.6。

由最大壁厚13 mm得：

①截面抗拉抗壓抗彎強度設計值f=215 MPa；

②截面抗剪強度設計值fv=125 MPa;

③剪力值Vmax=qL=103.17×1=103.17 kN;

④變矩值Mx=(q/2)×L2=103.17/2×1=51.585 kN·m；

⑤最大撓度為1.191 46 mm(撓跨比為1/839)。

按《鋼結構設計規范》GB50017-2003第4.1.1、4.1.2和4.2.2節驗算得：

最大剪應力=(Vmax×Sx)/(Ix×Tw)=(103.17×0.244 499)/(0.052 8×10)=47.774 5 MPa

抗彎強度應力=Mx/(γx×Wx)=51.585/(1.05×0.422 4)=116.308 MPa

穩定應力=Mx/(φb×Wx)=51.585/(0.6×0.422 4)=203.539 MPa

根據上述計算結果可以看出：僅采用I25b工字鋼制作機組底環臨時支撐平臺即可滿足穩定性要求。但是，考慮到施工空間的局限性及施工的安全性，增加了臨時支撐平臺的安全系數，即每個支撐單元均采用2根I25b工字鋼和2根I16b工字鋼制作成箱型梁支撐平臺，將其安全系數提高數倍，以確保安全順利地施工。

4 底環臨時支撐平臺的安裝

4.1 施工工藝流程

施工準備→現場制作及安裝臨時支撐平臺→機組底環吊入機坑懸置固定→機組座環機加工、水機預埋件施工及土建混凝土澆筑。

4.2 安裝實施步驟

(1)測量人員測放出機組X、Y基準軸線，測放出機組機坑里襯中心點坐標，根據中心點坐標測放出圖紙設計安裝在機坑里襯圓周方向上的8個單元支撐平臺位置尺寸；

(2)根據測量尺寸，在機坑里襯下端管壁圓周方向開8個孔，并在現場進行工字鋼型材下料，I25b工字鋼下料長度為2.85 m(此長度可根據機組底環尺寸進行適當調整)，共計16根；I16b工字鋼下料長度為1.6 m，共計16根；

(3) 將2根I25b工字鋼并成箱型梁結構，并將其安裝至機坑里襯上已開孔位置，內壁預留長度為0.85 m(此預留長度可根據機組底環尺寸進行適當調整)，同時，在內壁預留工字鋼懸挑梁底部安裝焊接I16b工字鋼箱型梁斜角支撐，以提高內部懸臂梁的安全系數。在安裝過程中，利用全站儀測量8個方位單元支撐平臺的水平度，將圓周上臨時支撐平臺的工作面水平度控制在±1 mm范圍內；

(4) 在安裝過程中，機坑里襯外部預留部分的箱型梁工字鋼需澆筑到混凝土中。為了增加臨時支撐平臺的安全穩定性，在機坑里襯外部混凝土澆筑前，需在箱型梁工字鋼上面鋪設一層鋼筋網，以提高機組底環支撐平臺的整體受力強度；

(5) 待機組底環支撐平臺現場制作完成后，測量人員需再次測量、檢查支撐平臺的整體水平度；

(6)機組底環臨時支撐平臺制作安裝驗收合格后，即可開始施工倉位的混凝土澆筑施工，待混凝土等強合格后，將機組底環吊至機坑里襯懸置固定；

(7)待機組座環打磨合格后，即可進行機組底環的正式安裝，同時割除機坑里襯內壁的支撐平臺。

圖2 機組底環臨時支撐平臺安裝效果圖

5 結 語

根據機組底環臨時支撐平臺的設計圖紙，成功制作安裝并將此關鍵施工技術工藝投入到實際應用中。浙江仙居抽水蓄能電站通過采用機組底環臨時支撐平臺調整底環吊裝、座環機加工、機坑里襯漸變段安裝技術工藝，將該關鍵技術工藝實際應用于1#～4#機組底環設備安裝施工中成功地解決了機組底環提前吊入機坑懸置固定的難題，實現了112.85 m以上高程土建混凝土澆筑及水機預埋件安裝施工與機組座環機加工同步施工，提高了機組設備安裝施工的效率，節省了人力物力，提升了施工質量，經濟效益顯著。

針對該關鍵技術工藝研究，中國水電五局浙江仙居抽水蓄能電站機電安裝工程項目部組織技術人員編制了《機組底環臨時支撐平臺設計安裝方案》及《機組埋入部件安裝作業指導書》等技術文件，總結出一套完整的機組底環臨時支撐平臺設計、制造、應用的理論和實踐安裝經驗，可為同類型電站機組設備安裝施工提供參考。

[1] GB/T8564-2003，水輪發電機組安裝技術規范[S].

[2] GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[3] GB50661-2011，鋼結構焊接規范[S].

(責任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7;TV52；TV743；TV547

B

1001-2184(2017)03-0048-03

姜如洋(1985-)，男，江蘇東海人，助理工程師，從事機電設備安裝技術與管理工作.