西藏DG水電站2號機座環、蝸殼整體水平調整分析

熊自強，黃 宏，嘎 瑪

(1. 華電西藏能源有限公司大古水電分公司，西藏 山南 856000； 2. 中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

DG水電站單機容量165 MW，總裝機660 MW，是西藏目前單機最大和總裝機最大的電源項目，西藏首個運用BIM(數字化建模)設計及施工管理的水電工程。

DG水電站2號機座環現場組裝后總重量94 t。蝸殼總共28管節，其中24節為環節，4節為直管段，蝸殼總重241 t。2號機座環、蝸殼全部安裝焊接完成，蝸殼焊縫包括與壓力鋼管連接焊縫全部焊接完成，蝸殼排水管已焊接完成，座環與尾水錐管已點焊完畢。

1 2號機座環水平變化情況

1)2號座環于2019-11-02日調整完成并驗收，驗收時座環水平偏差0.27 mm，滿足規范要求≤0.40 mm[1]。

2)2020-05-30日2號蝸殼安裝焊接全部完成后，復測2號座環水平偏差1.62 mm。

3)2020-07-01日再次對2號機座環進行復測(共計3次)，水平偏差2.79 mm。+X偏+Y15°方向最高，-X偏-Y15°方向最低。座環水平測點見圖1。

2 原因分析

2.1 蝸殼重量分布不平衡

蝸殼管徑從大到小，在座環上重量分布不均衡，座環受力不均衡，長時間擱置未澆筑混凝土，導致座環水平變化。

2.2 座環混凝土支墩預埋鋼板透空因素

座環基礎地腳螺栓的一期混凝土尺寸為

圖1 座環水平測點圖(單位：mm)

400 mm×400 mm，高度為1 450 mm，支墩底部還有一個250 mm×400 mm的二期孔，混凝土支墩預埋鋼板之間透空，承重受力后發生下沉(檢查發現有一個混凝土支墩已出現裂紋，大部分支墩和鋼板之間透空現象)。基礎地腳螺栓未完全受力，導致座環水平變化。座環基礎地腳螺栓安裝圖見圖2。

圖2 座環基礎地腳螺栓安裝圖

2.3 部分蝸殼支墩未調整到位，受力不均

蝸殼分三圈支墩，檢查發現，在座環蝸殼調整到位以后，部分支墩安裝未受力、中心不正，受力不均衡，致使蝸殼部分重量由座環承受，座環長時間不均勻受力，導致座環水平變化。蝸殼支墩安裝見圖3。

圖3 蝸殼支墩安裝圖

3 蝸殼、座環調整用支撐件及拉錨計算

3.1 蝸殼、座環、支撐件及拉錨參數

蝸殼、座環、支撐件及拉錨參數見表1。

3.2 蝸殼支撐千斤頂壓應力計算

假設蝸殼、座環重量全部由蝸殼底部千斤頂承受，其承受的總重為：241.5+23+94=358.5 ton。

每組千斤頂受力為：358.5÷47=7.63 ton。

千斤頂螺桿所受壓應力為：7.63÷(3.14×0.021 2)×1 000×9.8=54 MPa。

螺桿材料為45號，屈服強度不小于355 MPa。

千斤頂螺桿壓應力54 MPa≤355×0.6=213 MPa。

3.3 座環支撐楔子板壓應力計算

假設蝸殼重量也由座環底部楔子板承受，那么楔子板受座環基礎螺栓預緊力(每只147.5 t)、座環重力、蝸殼機支撐重力之和：

15×147.5+358.5×9.8=2 563.8 ton

表1 蝸殼、座環、支撐件及拉錨參數

楔子板所受壓應力為

2 563.8×1 000÷(30×0.024)=35.6×106Pa=30 MPa

楔子板材料為Q235B，屈服強度不小于225 MPa。

楔子板壓應力35.6 MPa≤225×0.6=135 MPa。

3.4 混凝土澆筑過程中

根據GB/T8564要求，蝸殼安裝、焊接及澆筑混凝土時，應有防止座環變形的措施，混凝土澆筑時，混凝土上升速度不應超過300 mm/h，每層澆高不大于2.0 m。在澆筑過程中應監測座環變形，并按實際情況隨時調整混凝土澆筑順序。

蝸殼向下投影面積約為265 m2，假定液態混凝土的壓強全部作用在蝸殼向下投影面上，蝸殼、座環所受浮力為

265 m2×0.6 m×2 400 kg/m3=381 600 kg=381.6 ton

蝸殼拉錨、座環地腳螺栓所受拉力為浮力與蝸殼、座環重力之差：

381.6-358.5=23.1 ton

3.5 蝸殼拉錨拉應力計算

假定混凝土澆筑過程中，向上的拉力全部由蝸殼拉錨承受，每根拉錨所受拉力為

23.1÷36=0.64 ton

拉錨所受拉應力為：0.64÷(3.14×0.015 2)×1 000×9.8=8.9 MPa。

拉錨材料為HRB335，屈服強度不小于335 MPa。

拉錨應力8.9 MPa≤335 MPa×0.6=201 MPa。

3.6 座環地腳螺栓拉應力

每根座環地腳螺栓在擰緊時已加載147.5 ton的預緊力，假設混凝土澆筑過程中，向上的拉力全部由地腳螺栓承受，拉力只占地腳螺栓預緊力的1.02%，對地腳螺栓的影響可以忽略不計。

3.7 結 論

從以上計算結果得出結論：蝸殼、座環調整支撐件及拉錨在安裝過程中所受應力均在許用值之下，滿足安裝要求。

4 整體水平調整

參考國內外有關經驗，經研究對2號機座環、蝸殼整體水平的調整采用以下方法及工藝[2-3]。

4.1 調整方法

調整前的準備：

1)測量座環水平真實數據，對數據進行分析，根據數據推算千斤頂擺放位置；

2)根據千斤頂位置制作鋼支墩，將制作好的鋼支墩、千斤頂擺放到位，將千斤頂帶勁承重，千斤頂統一使用50 t螺旋千斤頂；

3)將準備好的百分表分別架設在千斤頂旁。將表對“0”；

4)使用碳弧刨將座環調整楔子、蝸殼千斤頂(埋件)、拉伸器、錐管與座環點焊處進行處理，松開原有所有固定部位，使座環處于可調整狀態；

5)將所有千斤頂再次帶勁承重，使用大錘、開口扳手將千斤頂(埋件)全部往上升，將低點升至合格范圍；

6)檢查百分表變化，進行記錄，使用液壓拉伸器把座環地腳螺栓全部松開(+X至+Y、-X夾角順時針旋轉區域)；

7)將所有千斤頂再次帶勁承重，使用大錘、開口扳手將千斤頂(埋件)全部往上升，(不停重復，觀察百分表變化，直至座環水平滿足要求)。

2號機組座環和蝸殼水平調整千斤頂及鋼支墩布置如圖4所示，根據現場情況可進行適當增加調整。

4.2 測量方法

1)架上表分別進行檢測，百分表在拆除過程中已架好。在頂起時觀察百分表變化，如百分表轉上1圈后。再次對座環水平進行測量。

2)在蝸殼外圍架設全站儀進行測量，在調整過程中使用全站儀進行觀察。

圖4 座環和蝸殼水平調整千斤頂布置圖

4.3 調整過程中可能會發生的風險及應對方案

1)在調整過程中按步驟將螺栓、支撐、拉伸器依次松開，松開過程中由于蝸殼已焊接完成、尾水管與基礎環已點焊死、直管段與壓力鋼管已連接，座環和蝸殼在焊接后有應力。在拆除過程中座環中心、高程、水平存在發生變化風險，也有可能在松開某一點時，座環和蝸殼整體發生瞬間位移情況，會增加調整難度。如變化大會不會影響調整結果，或者無法調整等風險。

應對方案：在加固件拆除過程中，派專人嚴密監測百分表變化情況，如發現有變化，立即停止拆除，或根據變化趨勢，改變拆除點，來滿足穩定變化要求。

2)在使用千斤頂調整過程中，可能會導致蝸殼變形凹陷情況發生。

應對方案：在千斤頂和蝸殼受力點處采用帶一定弧度鋼板來保障受力點的受力面積， 在千斤頂頂起蝸殼時，嚴密監視受力情況，發現鋼板受力面積不均勻時，立即進行調整。在頂起時，嚴密監測蝸殼有無變形趨勢，適當調整受力位置。

按以上調整方法，總共分四次調整，數據如圖5。

圖5 受力調整分析圖(單位：mm)

5 結 語

對座環、蝸殼整體水平調整后，復查2號機座環水平最大偏差0.32 mm，優于國標最大允許偏差0.40 mm，座環水平達到規范要求。通過此次調整，證明座環安裝完成蝸殼掛裝以后，座環水平不合格是可以通過整體調整達到規范要求的，為水電站同類型機組安裝過程中座環、蝸殼水平整體調整提供借鑒方案，在整個水電安裝過程中提供參考價值。