淺談塔貝拉工程深水攔污柵采用的多節(jié)安裝工藝

蔣 承 鋒

(中國水利水電夾江水工機械有限公司，四川 夾江 614100)

1 概 述

巴基斯坦塔貝拉(Tarbela)水電站4期擴建項目是將原用于灌溉泄洪的4號隧洞擴建為集發(fā)電、泄洪和灌溉為一體的發(fā)電引水隧洞，需在4號洞的原低位取水口(高水位時水下約120 m深)的攔污柵槽內安裝攔污柵(一套8節(jié)，九套共72節(jié))，以便后期發(fā)電工作的開展。

原低位取水口是在約60 a前在大壩修建初期完成的混凝土結構。因4號隧洞之前一直用于泄洪、沖沙和灌溉用，原低位取水口并未安裝攔污柵，只有攔污柵槽。因年代久遠，當時的竣工圖有部分缺失且柵槽是否有鋼制導向、混凝土結構是否存在破損而影響柵葉下降，需要由潛水員進行水下探摸，柵槽尺寸是否完全符合竣工圖紙，需要由潛水員進行水下測量，最終還需要使用與單節(jié)柵葉外形尺寸相同的框架結構進行全部高程的下降和提升工作，以測試所有柵槽是否存在可能的卡阻。

潛水員下水通過觸摸、鋼刷清理以及磁鐵粘附等方法，發(fā)現(xiàn)全部9孔攔污柵槽內均不存在鋼制導向工作面，而只有粗糙的混凝土工作面，其存在會增加攔污柵葉安裝下滑時的摩擦阻力，如存在混凝土破損或凸起，將會將攔污柵體卡阻在柵槽中而導致安裝任務失敗。

為測量柵槽導向內的尺寸，制作了一個小模塊。該模塊被潛水員水平放置進入攔污柵槽內，由上至下滑動進行測量：柵槽的寬度通過模塊上的調節(jié)螺栓固定住模塊，在模塊與混凝土柵槽之間填塞標準厚度的插板，按照潛水表所示深度以及表面水位高程測量出具體高程處柵槽的寬度；在模塊上標記出標準間距的刻度，柵槽的深度通過潛水員向內推擠模塊至最深處，然后視頻記錄下混凝土結構外表面在模板上所處的刻度計算深度。通過潛水員測量發(fā)現(xiàn)，柵槽導向結構內的寬度方向由頂端的211 mm逐漸減小至底部的199 mm，深度方向上由頂 部 的 110.05 mm減 小 至86.5 mm。

為測量柵槽兩側之間的間距，特別制作了一個中型模塊，在其長度方向可以由潛水員手動進行調節(jié)，其調節(jié)方式是通過大管套在小管上伸出或回縮，而小管上具有標準刻度，視頻記錄潛水深度和刻度信息以記錄下不同高程柵槽之間的長度。通過潛水員和中型模塊全高程測量，其長度方向由頂端的4 333.5 mm逐漸減小至4 262 mm。

為最終試驗柵葉是否能夠順利安裝和移除，一個具有單節(jié)柵葉全尺寸(長4 240 mm、寬3 800 mm以及導向厚度190 mm)的鋼制框架被全程下放至底部后再提出柵槽以驗證單節(jié)柵葉的通過性。通過全程模擬單節(jié)柵葉的安裝和移除，驗證了單節(jié)柵葉安裝的可能性。

2 設計優(yōu)化

按照原竣工圖及潛水員水下探摸報告和試槽架試驗結果，設計人員將總高度為34 590 mm的單套攔污柵分為8節(jié)、共4種柵葉尺寸型號，單節(jié)重量控制在4.5 t左右，柵葉之間可通過螺栓和連接支座進行連接。該柵葉通過機械自動脫掛鉤抓梁安裝，柵葉中裝有到位檢測桿，可機械式觸發(fā)抓梁的脫鉤裝置，將安裝到位的柵葉放置到水下，將抓梁再次提出水面、抓取其它各節(jié)柵葉進行連續(xù)安裝。

抓梁體的自重約1.5 t，但其設計吊重能力能夠達到35 t，起吊單節(jié)重量為4.5 t的柵葉，可整體吊起7節(jié)攔污柵葉，頂部第8節(jié)柵葉將待潛水員進入柵槽查驗其它七節(jié)后再吊入柵槽。

攔污柵葉和抓梁體的設計在潛水員探摸之前已經展開，至潛水員完成探摸并出具試槽報告時制造工作已經在中國的工廠中開始并完成了將近50%的制造量。

3 水下作業(yè)的影響

該攔污柵的安裝程序是：首先分批次將72節(jié)攔污柵葉和1套抓梁從存儲場地轉運至水上浮箱平臺的4輛移動小車上，每輛移動小車上可豎直安放5節(jié)攔污柵葉，一批最多可轉運20節(jié)攔污柵葉，然后通過浮箱平臺上的45 t門機連接抓梁抓取攔污柵葉；移動水上的浮箱平臺，定位到對應的柵槽孔上方，下放攔污柵葉至柵槽頂部；潛水員入水下降至柵槽頂部指揮水上浮箱平臺的移動或旋轉，待柵葉正好處于柵槽入口上方時，通知水上浮箱平臺上的門機下降，將柵葉安放進入柵槽內。水上浮箱平臺的門機操作員根據(jù)水位情況、下放高程以及載荷變化判斷該節(jié)攔污柵葉是否安裝到相應的高程處。

“三嚴”和“三實”不是獨立的關系，它是相輔相成、有機整體的統(tǒng)一。“三嚴”是基礎，是為人為官為政的根基和基礎。有了修身做人的基礎，“三實”才有可靠的支撐和保障。如果沒有這個基礎，“三實”可能就是水中月、鏡中花，就是無源之水、無本之木。

由于該安裝作業(yè)為運轉電站的擴建項目，4號隧洞低位取水口緊鄰3號隧洞取水口，而3號隧洞已經發(fā)電。潛水員下水到4號隧洞柵槽頂部進行引導入槽以及后期安裝后的檢查錄像等工作時，由于3號隧洞大吸力進水，潛水員存在被吸入的風險。因此，在4號隧洞低位攔污柵安裝期間，3號隧洞必須關停，不能進水發(fā)電，對塔貝拉電站的運營、巴基斯坦電力緊缺狀況存在負面影響。

面臨水上作業(yè)和水下安裝的不確定性，經過與業(yè)主方多輪溝通協(xié)調，最終商定3號隧洞的關停期限為2.5月，共75 d，每天關停時間為早上8∶00至下午16∶00?？紤]到中間轉運、風浪、天氣以及潛水員身體狀況，72節(jié)攔污柵葉若每天完成1節(jié)的安裝，至少需要72 d，且還需要完成安裝后的檢查、考慮安裝過程中可能出現(xiàn)的卡阻情況，故工期十分緊張。

4 多節(jié)柵葉安裝的方案

該低位攔污柵的安裝對能否按計劃提前發(fā)電非常重要。從沒有攔污柵的取水口取水，機組調試和發(fā)電均存在較大風險，上游吸入的較大異物將損壞水輪發(fā)電機組而造成不可估量的影響。

為更快、更好地加快安裝進度，為后期的檢查和調整預留充裕的時間，應抓緊在天氣狀況良好的情況下施工，防止后期天氣狀況的惡化，項目部開始力推一次2節(jié)攔污柵葉的安裝：

2節(jié)攔污柵葉之間采用螺栓連接，為防止柵槽內可能產生的卡阻，連接螺栓并未完全擰緊，存在一定的柔性，以便更好地適應9孔柵槽可能產生的卡阻。

為防止攔污柵葉在水下產生旋轉和偏移，在抓梁體的四周采用4組牽引繩，嚴格控制下降和上升過程中的同步放繩和收繩。

為降低轉運和存儲的難度，2節(jié)攔污柵葉將在水上浮箱平臺上先使用橫穿的工字鋼鎖定下節(jié)，再吊裝上節(jié)并進行螺栓列的連接。

如果一次2節(jié)柵葉安裝的方案得以順利實施，將縮短一半的工期，由原計劃的72 d縮短至36 d，能為后期的檢查、惡劣天氣預留充裕的時間。

2017年10月17日，一次2節(jié)低位攔污柵的安裝測試開始正式進行：水上浮箱平臺初步定位到柵槽上方，兩節(jié)柵葉連接完成，抓梁抓取兩節(jié)柵葉并將其下放至柵槽入口處，潛水員入水至柵槽頂部，引導浮箱平臺進行精確定位并指揮門機實施下放入槽，門機上的高度顯示柵葉已到柵槽底部位置且載荷顯示降低至抓梁重量，繼續(xù)下放抓梁實現(xiàn)自動脫鉤，然后將抓梁提出柵槽、返回水面。一次2節(jié)低位攔污柵葉在水下約100 m的深處安裝嘗試成功。

盡管在安裝過程中多次遭遇停工并受到發(fā)電進水、惡劣天氣、較高風浪等影響，一次2節(jié)的安裝方案始終在貫徹執(zhí)行，從而為后期作業(yè)預留了充裕的時間。

5 安裝質量的檢查

在一套8節(jié)低位攔污柵葉安裝完成之后，應對攔污柵的安裝質量進行檢查，檢查其底部是否安放到底檻上、各節(jié)間是否存在間隙、頂部是否與混凝土結構存在間隙以及攔污柵左右側是否固定在柵槽中。在水下100 m深處，所有這些檢查都只能通過潛水員實施并進行視頻記錄才能得以展現(xiàn)。

由于頂節(jié)攔污柵葉安裝后柵槽內不再具備通行的空間，潛水員必須從上游外側進行探查。底部、節(jié)間和頂部與混凝土結構之間是否存在空隙可以通過視頻錄像發(fā)現(xiàn)；但柵葉進入左右兩側柵槽內的尺寸由于攝像頭不能進入柵槽而無法測量出其實際的入槽深度。為此，項目部在每節(jié)柵葉的上下游兩側的4個角落處都進行了標準刻度的標記，通過錄像中記錄到的外露剩余刻度，即可計算出進入柵槽的深度。

經檢查發(fā)現(xiàn)，所有柵葉之間、柵葉與混凝土結構的底部和頂部均不存在空隙，柵葉左右兩側的入槽深度至少達到15 mm，一套8節(jié)柵葉總重約為40 t，安裝時各兩節(jié)已由螺栓聯(lián)為一個整體，各節(jié)之間很難因水流震動而產生相對位移。而且該攔污柵葉的過流框架尺寸較大，為400 mm×400 mm一格，因此，既使強水流也很難對其整體產生震動。

6 結 語

在面對工期緊張、水下情況不明、水上作業(yè)風險大的情況下，項目部通過大膽設想、詳細推理、嚴格實施合理的工藝，對低位攔污柵的安裝進行了實踐性的嘗試，將原計劃75 d的工期縮短為30 d，一次性安裝到位、沒有重復安裝，縮短了電站關停3號隧洞發(fā)電的時間，安全高效地完成了高難度的安裝任務，其取得的相關成果和思路值得后續(xù)其他項目借鑒和參考。