黑龍江荒溝抽水蓄能電站主變壓器運輸方案論證與研究

王樹生，李俊霖，欒宇東,王月蒞,宋德強

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林省長春市 130021；2.水利部寒區工程技術研究中心，吉林省長春市 130021；3.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龍江省牡丹江市 157000）

1 工程概況

黑龍江荒溝抽水蓄能電站，位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鎮，下水庫為已建的蓮花水電站水庫，上水庫為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地。站址距牡丹江市145km（公路里程），距哈爾濱市（直線距離）約235km，距蓮花壩址43km（公路里程）。

本電站為Ⅰ等大（1）型工程，工程以發電為主，總裝機容量為1200MW，單機容量為300MW，按一洞二機、共兩洞四機方案設計，主要建筑物為1級，次要建筑物為3級。樞紐建筑物有：上水庫、輸水系統、地下廠房系統、地面綜合樓、500kV地面開關站、下水庫（利用已建蓮花水庫）。地下廠房系統是一組空間立體交叉的地下洞室群系統，主要包括：交通洞、通風洞、主廠房洞、主變壓器洞、尾閘洞、母線洞、主變壓器搬運洞、進排風機室洞、電纜兼排風豎井、電纜出線平洞、豎井交通聯絡洞、交通電纜洞、尾閘交通電纜洞、尾閘通風洞、排風支洞、廠房外圍排水廊道洞等。電站建成后在黑龍江省電網擔任調峰、調頻和事故備用。

廠房洞室系統布置以主廠房洞、主變壓器洞、尾閘洞為核心，三大洞室從上游向下游依次平行布置，洞軸線方位均為NW311°。主廠房開挖尺寸143.7m×25.0m×53.8m（長×寬×高），主副廠房開挖尺寸19.5m×25.0m×45.6m，主廠房洞開挖全長163.2m。主變壓器洞縱軸線與廠房機組縱軸線間距59.1m，主變壓器洞開挖尺寸127.1m×21.2m×22.2m，主變壓器室與廠房洞室間巖體厚度38.20m。

廠房交通洞是通往地下洞室群的主要通道，洞口最高高程227.00m,長約1143.75m，城門洞型，斷面凈尺寸8.2m×7.5m（寬×高），平均縱坡約為6.4%。

2 地下廠房主要布置及現場施工情況

2.1 主廠房與主變壓器洞主要布置

主廠房洞內依次布置有安裝間及其副廠房、主機間、主副廠房；主變壓器洞與主廠房洞平行布置，其內依次布置主變壓器室及變副廠房；廠房交通洞采用正進廠方式進廠，在安裝間下游墻處與安裝間相連，廠房交通洞洞線在地下廠房三大洞室群區域與主廠房洞、主變壓器洞的洞軸線垂直；主變壓器洞右端部下游側設置主變壓器搬運洞與廠房交通洞相通，作為主變壓器洞內的設備運輸通道。主變壓器洞與主廠房布置見圖1。

2.2 現場施工情況

地下廠房洞室的開挖施工圖已經全部設計完成，并已下發至工地現場。廠房交通洞開及支護已完成，主變壓器搬運洞的開挖及支護已完成。

廠房交通洞開挖斷面為圓拱直墻型，開挖斷面為12.5m×9.6m；廠房交通洞與主變壓器搬運洞交叉口處擴大段，開挖跨度為16.0m，主變壓器搬運洞開挖斷面為6.3m×7.1m（凈尺寸5.3m×6m，其中拱腳高度4.5m）。

圖1 主變壓器洞與主廠房布置Figure 1 Main transformer hole and main plant layout

3 主變壓器運輸方案比選研究

主變壓器運輸方式一般分為埋設永久軌道的有軌道運輸方式和無永久軌道采用運輸汽車直接就位的無軌道運輸方式兩種[1]。

有軌道運輸方式是在主變壓器運輸通道的底板上埋設永久軌道，主變壓器通過運輸汽車首先進入安裝間內，利用橋式起重機將主變壓器卸貨至永久軌道上，利用軌道推至主變壓器室內就位[2]。無軌道運輸方式是主變壓器通過運輸汽車直接開至主變壓器室處，卸車并就位至主變壓器室內。

由于本工程廠房交通洞的進廠方式采用的是正進廠方式，采用無軌道運輸方式時，主變壓器運輸經過廠房交通洞、主變壓器搬運洞就位至主變壓器室的過程中，由于廠房交通洞與主變壓器搬運洞為垂直相交，主變壓器運輸車需垂直轉彎，則轉彎處為滿足汽車的轉彎要求，若采用汽車直接開至主變壓器室內須局部進行二次開挖處理。

3.1 主變壓器運輸廠家資料

各主變壓器廠家產品外形尺寸不同，造成運輸方式各不相同，針對荒溝工程的500kV電壓等級360MVA主變壓器特向行業內各大型主變壓器廠家及運輸廠商進行詢函，以下為主變壓器廠家提供的主變壓器運輸資料，見表1。

表1 500kV電壓等級360MVA三相一體變壓器運輸尺寸統計表Table 1 500kV voltage class 360MVA three-phase integrated transformer transport size statistics table

根據以上詢函資料，荒溝工程主變壓器進入交通洞導車后，車輛運輸長度尺寸均在20m以上，板車高度均在1m左右。典型模擬圖見圖2：9軸車尺寸如下，長度約21m，寬度約3.35m，最大半徑為13.1m，最小轉彎半徑為5.4m，自重約30t；在不拆除任何建筑物的情況下,轉彎道路寬至少需要9.3m以上。因此原有洞室寬度無法滿足車輛轉彎半徑要求，原有洞室高度也無法滿足運輸要求。

圖2 典型9軸板車轉彎動態模擬圖（mm）Figure 2 Dynamic simulation of a typical 9-axis plate turning

3.2 運輸方案

由于廠房交通洞已經形成，廠房交通洞的進廠方式不可改變，即廠房交通洞正進廠的前提下，共擬訂三個運輸方案：

方案一：軌道運輸方案（原設計方案）。

廠房交通洞正進廠，主變壓器洞與廠房交通洞之間設置主變壓器搬運洞作為主變壓器的運輸通道；主變壓器運輸通道的底板埋設軌道。此方案采用主廠房橋機卸主變壓器，運輸車運抵至安裝間，運輸車轉彎后，由主廠房橋機裝卸主變壓器并放置在主變壓器搬運軌道上，再通過壓力推進器進行搬運，搬運至交通洞擴大段后轉向，最后搬運至主變壓器基礎平臺，次方案節省人力物力，大大減少主變壓器搬運時間，同時主變壓器后期檢修維護亦通過軌道搬運至安裝間，搬運簡單便捷，避免采用大件運輸單位進行搬運[3]。

方案二：耳洞擴挖無軌道運輸方案。

以方案一的布置為基礎，在廠房交通洞局部擴大段，對應主變壓器搬運洞位置的另一側，增設一耳洞，將軌道取消。運輸車輛行駛至耳洞外，先需倒車進入耳洞，在調整車頭，正向行駛至主變壓器基礎平臺，由于板車高度均在1m左右，原主變壓器搬運洞高度不夠，根據廠家資料主變壓器搬運洞高度需在原有基礎上增加0.5m才能滿足運輸車通行高度[4]。

方案三：臨時軌道運輸方案。

廠房交通洞正進廠，在廠房交通洞擴大段采用千斤頂卸車，運輸車駛離主變壓器附件，用千斤頂起頂變壓器，將變壓器與鋼軌中間放置導向板（角度調節器）調好鋼軌角度落下千斤頂，按照變壓器正確轉向位置（正時針或逆時針），兩端互相推動變壓器，推進距離不超過10公分，反復操作達到旋轉90°目標[5]。擺正后，在主變壓器搬運到敷設臨時鋼軌，采用液壓推力器緩慢頂推平移，直至將變壓器就位在基礎平臺上[6]。

方案一屬于埋設永久軌道的有軌道運輸方式， 方案二均為采用運輸汽車直接就位的無軌道運輸方式，方案三為臨時軌道運輸方式。

3.3 各方案經濟性比較

各方案工程量估算表見表2。

表2 工程量估算對比表Table 2 Comparison of engineering quantity estimates

經濟比較主要考慮土建工程的直接工程投資初步估算。各方案工程量投資估算表見表3。

表3 工程量投資估算對比表Table 3 Comparison of engineering quantity investment estimates

從投資比較來看，方案一投資較小，方案二投資較大，方案三投資最小。

3.4 方案研究論證

（1）方案一的布置是在底板埋設運輸軌道，不對已經完成開挖支護的廠房交通洞、主變壓器搬運洞進行二次擴挖改動，施工難度小，預埋安裝精度要求較高；主變壓器通過運輸汽車首先進入安裝間內，利用橋式起重機將主變壓器卸貨至永久軌道上，利用軌道推至主變壓器室內，方案一與方案三相比，方案一主變壓器搬運需通過交通洞搬運至主變壓器搬運道，多搬運距離約52m，耗時約10小時，影響交通洞正常過車，干擾正常施工作業。

（2）方案二的布置，在廠房交通洞局部擴大段二次開挖一個耳洞，同時將主變壓器搬運洞的高度二次擴挖0.5m，由于廠房交通洞及主變壓器搬運洞均已開挖并錨噴支護完成，因此二次擴挖的難度很大；由于該處增加耳洞后，交叉口為十字交叉，該處廠房交通洞局部擴大，各岔口斷面均較大，以及二次擴挖的影響，對交叉口處已完成的圍巖存在二次擾動，對交叉口處圍巖結構穩定不利，需要進行加強支護措施。由于交叉口結構復雜，開挖完成后，根據圍巖的穩定情況存在二次加強支護的可能，存在較大安全風險，且荒溝地下廠房巖石巖爆較為頻繁，二次開挖風險不可控，因此不建議采用該方案。

（3）方案三在交通洞擴大段利用千斤頂配合枕木卸車，利用液壓推力器和臨時鋼軌推進，此方案無預埋鋼軌，未進行二次開挖，僅在主變壓器搬運洞內進行施工，無交叉施工作業干擾，無不安全影響因素，不影響交通洞整體通行。

4 結論分析

通過方案對比分析，荒溝主變壓器運輸采用方案三，在不進行二次擴挖的基礎上，將主變壓器在交通洞擴大段內卸車，利用臨時鋼軌將主變壓器就位到基礎臺上，不影響交通洞正常通行，無交叉作業干擾，大大降低安全風險，同時優化取消軌道，節約成本。