埃塞俄比亞GIBE3水電站壓力管道豎井檢修通道設計

楊 興 義

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

埃塞俄比亞GIBE3水電站壓力管道豎井檢修通道設計

楊 興 義

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

結合埃塞俄比亞GIBE3水電站壓力管道施工支洞布置的特點，進行了壓力管道豎井檢修通道的布置設計。該工程已于2015年9月充水發電，壓力鋼管豎井檢修平臺及起吊裝置運行良好。該工程可為類似工程的豎井檢修設計提供有益參考。

GIBE3水電站;壓力管道;檢修;豎井;埃塞俄比亞

1 工程概況

GIBE3水電站是埃塞俄比亞OMO河梯級開發中的第三級水電站，電站總裝機1 870 MW，是埃塞俄比亞已建規模最大的水電站。該工程規模大、等級高，設計、施工及檢修標準要求較高。電站左岸布置兩條發電引水隧洞，調壓井之后的壓力管道由上平段、豎井段、下平段及岔支管段組成。壓力管道主管直徑7.7 m，采用鋼板襯砌，豎井高度117 m。

2 豎井檢修通道布置

2.1 總體布置

壓力管道斜井或豎井檢修一直是水電工程建設中的難點，至今尚未有成熟的解決方法。目前已建成的溪洛渡、錦屏、瀑布溝、大崗山、西龍池等水電站，均布置有豎井或斜井，但都沒有設置專門針對斜井或豎井的檢修通道。天生橋二級水電站豎井(直徑5.7 m)上彎段上游設置了檢修進人孔，配備了卷揚機，由于檢查難度大，配套設備布置不協調等原因，建成至今并未進行檢查或檢修。

壓力管道豎井如果考慮后期檢修，應在設計時布置檢修交通洞、檢修進人孔、檢修平臺，檢修起吊裝置，電源及控制設備等，才能保證檢修人員安全進入豎井進行檢修。

GIBE3水電站鋼管豎井檢修通道利用已有施工支洞作為交通洞，進入上彎段檢修室內，采用起吊設備，將檢修平臺垂直起吊，通過鋼管上彎段的進人孔進入豎井，檢修平臺上的設備可以控制平臺的升降，人員及設備可到達豎井的各部位，打開檢修平臺對壓力管道內壁進行檢修。壓力管道豎井檢修布置如圖1所示。

2.2 進人孔及岔管設計

根據GIBE3檢修通道的布置情況，在豎井中心線與高壓鋼管上彎段相交部位開孔，通過岔管的支管(D=1.6 m)進入豎井，支管頂部設有法蘭連接悶頭。彎管處開孔后，水流流態較差，設置導流板以平順水流，導流板通過支撐結構與悶頭連接。進入豎井前，需將悶頭、導流板及支撐吊出后，才能吊入檢修平臺。

進人孔頂部的悶頭直徑1.86 m，壓力1.4 MPa，采用平板悶頭型式，通過法蘭與支管連接。悶頭鋼材為Q345R，根據計算厚度為74 mm，法蘭厚度也為74 mm，支管厚度36 mm，螺栓32個，直徑32 mm。

彎段處岔管主管直徑7.7 m，支管直徑1.6 m，內水壓力1.4 MPa，根據主支管直徑比，采用了制造相對簡單的貼邊岔管結構型式。彎段上的分岔管設計，是本工程檢修通道設計的重點和難點。彎段分岔管在銳角區應力集中非常明顯，采用三維有限元分析方法對岔管結構進行計算分析，岔管鋼材為高強鋼(抗拉強度610 MPa)，主支管壁厚為40 mm、主支管外層貼邊厚80 mm(兩層：40 mm+40 mm)時，結構應力滿足規范要求(見圖2)。

2.3 檢修平臺設計

檢修平臺是壓力管道豎井檢修的重要部件，必須保證檢修平臺的安全性及可操作性。由于上部進人孔直徑為1.6 m，下部豎井直徑為7.7 m，因此檢修平臺設計為可伸縮式平臺，在通過進人孔及支管時平臺收縮合攏，到達下部豎井后平臺伸展打開，人員及設備可到達壓力管道內壁進行檢修。

圖1 GIBE3電站壓力管道豎井檢修通道布置示意

圖2 彎段處貼邊岔管貼邊處合成應力(MPa)

檢修平臺設計時應盡可能減小重量，輕便的結構利于吊裝。GIBE3電站檢修平臺總重量約2.8 t，采用輕型鋼結構，平臺合攏時成直徑約1.5 m的圓柱形，高度約6 m；平臺打開后成一字形檢修通道，長度約7.65 m，寬度0.5 m，通道兩側設置有欄桿，人員可以在通道上來回走動，主要檢修設備放置在平臺中央。當檢修人員從中央往管壁方向一側行進時，另一側采用配重方式維持平臺的平衡。當需要檢修整個豎井壁圓周時，通過平臺上的控制器，控制平臺旋轉至相應的位置。

2.4 起吊裝置及控制設備

起吊裝置是為檢修平臺、起吊悶頭、導流支撐結構提供起吊動力的設備，GIBE3水電站采用電動葫蘆對檢修平臺進行起吊。電動葫蘆最大起吊重量5 t，最大提升高度110 m，豎向起升速度8 m/min，400 V、50 Hz交流電源供電。

控制設備主要布置在頂部的控制室內，通過控制設備，可以控制起吊裝置、檢修平臺。檢修平臺上也設置有控制設備，人員在豎井內也可以控制平臺伸縮、旋轉和提升。為確保人員安全，還設置了預警按鈕，緊急情況下控制室能控制平臺的起升速度和鎖定平臺。起吊裝置與檢修平臺之間設置有檢修人員安全繩，保證下井檢修人員人身安全。

3 結 語

本文結合埃塞俄比亞GIBE3水電站壓力管道施工支洞布置的特點，較為巧妙地進行了壓力管道豎井檢修通道的布置設計。該工程壓力鋼管已于2015年9月充水發電，運行情況顯示壓力鋼管上彎段進人孔悶頭及岔管結構安全。2015年11月，檢修機組時放空了壓力管道，對檢修平臺及起吊裝置進行調試，可順利完成豎井內壁檢查。該工程壓力管道豎井檢修通道布置可為類似工程的豎井檢修設計提供有益參考。

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[4] 黃希元，唐怡省. 小型水電站機電設計手冊(金屬結構)[M]. 北京：水利電力出版社，1991.

2016-03-25

楊興義 (1980-),男，貴州三都人，高級工程師，碩士研究生，從事水工建筑物設計工作。

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1003-9805(2017)04-0011-02