仙居抽水蓄能電站機(jī)組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)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(jī)組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)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(jié)了浙江仙居抽水蓄能電站機(jī)組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)工藝，對(duì)機(jī)組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)工藝難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時(shí)對(duì)施工過程中的機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)、制作安裝工藝流程進(jìn)行了重點(diǎn)分解，可為同類型抽水蓄能電站機(jī)組底環(huán)設(shè)備安裝施工提供借鑒。

機(jī)組底環(huán)；支撐平臺(tái)；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(diǎn)建設(shè)工程，是我國已投產(chǎn)發(fā)電單機(jī)容量最大的抽水蓄能機(jī)組以及我國掌握大型抽水蓄能機(jī)組核心工作的開山之作，該電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量為375 MW的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 500 MW。

該電站在機(jī)組設(shè)備安裝施工過程中遇到了一系列抽水蓄能機(jī)組設(shè)備安裝施工技術(shù)難題，其最為突出的是機(jī)組底環(huán)安裝技術(shù)。該電站機(jī)組底環(huán)由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造，底環(huán)整體到貨安裝，外徑為6 524 mm。由于設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的機(jī)坑里襯上管口尺寸(φ5 100)比底環(huán)外徑尺寸小，導(dǎo)致土建混凝土澆筑至112.85 m高程時(shí)必須等待座環(huán)機(jī)加工合格后才能將機(jī)組底環(huán)吊入基坑就位，從而嚴(yán)重影響到機(jī)電設(shè)備、112.85 m以上高程混凝土澆筑及水機(jī)預(yù)埋件的安裝施工進(jìn)度。根據(jù)上述情況，如何解決機(jī)組底環(huán)提前吊入機(jī)坑懸置固定，在保證安全質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)機(jī)組座環(huán)機(jī)加工工作與112.85 m以上高程土建混凝土澆筑及水機(jī)預(yù)埋件安裝施工同步進(jìn)行是本課題研究的出發(fā)點(diǎn)和目的。

2 機(jī)組底環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)

在國內(nèi)常規(guī)水電站機(jī)電設(shè)備安裝工程中，機(jī)電設(shè)備安裝施工方案早已具有比較成熟的施工流程。其中機(jī)組底環(huán)安裝必須在機(jī)組座環(huán)機(jī)加工合格后才能吊入機(jī)坑安裝，但在浙江仙居抽水蓄能電站施工過程中，機(jī)坑里襯分為上、中、下三段現(xiàn)場組拼安裝，機(jī)坑里襯上管口設(shè)計(jì)尺寸比機(jī)組底環(huán)外徑設(shè)計(jì)尺寸小，待機(jī)組座環(huán)機(jī)加工合格(工期約30 d)后，再將機(jī)組底環(huán)吊入機(jī)坑安裝，如此實(shí)施將直接影響機(jī)坑里襯上段的水機(jī)管路預(yù)埋件安裝及土建混凝土澆筑施工，從而導(dǎo)致工程整體施工工期出現(xiàn)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(jī)坑里襯中段設(shè)計(jì)一個(gè)底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)，調(diào)整底環(huán)吊裝、座環(huán)機(jī)加工、機(jī)坑里襯漸變段之間的安裝技術(shù)，其難點(diǎn)主要體現(xiàn)在機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐的設(shè)計(jì)及受力分析以及如何安裝底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)。臨時(shí)支撐平臺(tái)的設(shè)計(jì)、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(jī)組座環(huán)機(jī)加工的并行作業(yè)。只有在施工過程中嚴(yán)格按照施工圖紙及作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行臨時(shí)支撐平臺(tái)的制造及安裝，方能確保后續(xù)各項(xiàng)施工工序安全順利地進(jìn)行，從而提高施工效率，節(jié)省人力物力，節(jié)約施工成本。

3 支撐平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方面

根據(jù)地下廠房機(jī)組底環(huán)及機(jī)坑里襯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)并結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，在機(jī)坑里襯圓周方向上設(shè)計(jì)了一個(gè)由8個(gè)單元斜支撐組成的底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)，并最終選擇I25b和I16b工字鋼作為臨時(shí)支撐平臺(tái)的制作材料；同時(shí)對(duì)斜支撐進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析并編制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案及安裝方案。

3.2 臨時(shí)支撐平臺(tái)受力分析

3.2.1 底環(huán)支撐平臺(tái)受力分析

(1)底環(huán)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(shè)備荷載：3 kN；

(4)動(dòng)荷載：2 kN；

(5)其它荷載：1 kN。

荷載組合：

自重：G1=800 kN，包括(1)項(xiàng)；

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

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

3.2.2 底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)穩(wěn)定性分析

根據(jù)對(duì)底環(huán)支撐平臺(tái)受力進(jìn)行分析得知：底環(huán)工字鋼支撐平臺(tái)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(shí)，為了提高臨時(shí)支撐平臺(tái)的安全系數(shù)，采用I16b工字鋼(熱軋普通工字鋼)作為平臺(tái)底部的斜支撐以增加其穩(wěn)定性，受力情況見圖1。

圖1 底環(huán)支撐平臺(tái)局部示意圖

對(duì)一個(gè)單元的I25b工字鋼進(jìn)行受力分析與計(jì)算。工字鋼材質(zhì)為Q235，單個(gè)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(shù)定為 1.2，對(duì)1個(gè)支撐單元進(jìn)行受力分析計(jì)算的過程如下：

I25b工字鋼外懸挑長度按1 m(此長度可調(diào)整)計(jì)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(fā)展系數(shù)γx=1.05;

整體穩(wěn)定系數(shù)φb=0.6。

由最大壁厚13 mm得：

①截面抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215 MPa；

②截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003第4.1.1、4.1.2和4.2.2節(jié)驗(yàn)算得：

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

抗彎強(qiáng)度應(yīng)力=Mx/(γx×Wx)=51.585/(1.05×0.422 4)=116.308 MPa

穩(wěn)定應(yīng)力=Mx/(φb×Wx)=51.585/(0.6×0.422 4)=203.539 MPa

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可以看出：僅采用I25b工字鋼制作機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)即可滿足穩(wěn)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(shí)支撐平臺(tái)的安全系數(shù)，即每個(gè)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(tái)，將其安全系數(shù)提高數(shù)倍，以確保安全順利地施工。

4 底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)的安裝

4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→現(xiàn)場制作及安裝臨時(shí)支撐平臺(tái)→機(jī)組底環(huán)吊入機(jī)坑懸置固定→機(jī)組座環(huán)機(jī)加工、水機(jī)預(yù)埋件施工及土建混凝土澆筑。

4.2 安裝實(shí)施步驟

(1)測量人員測放出機(jī)組X、Y基準(zhǔn)軸線，測放出機(jī)組機(jī)坑里襯中心點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)中心點(diǎn)坐標(biāo)測放出圖紙?jiān)O(shè)計(jì)安裝在機(jī)坑里襯圓周方向上的8個(gè)單元支撐平臺(tái)位置尺寸；

(2)根據(jù)測量尺寸，在機(jī)坑里襯下端管壁圓周方向開8個(gè)孔，并在現(xiàn)場進(jìn)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(jù)機(jī)組底環(huán)尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)，共計(jì)16根；I16b工字鋼下料長度為1.6 m，共計(jì)16根；

(3) 將2根I25b工字鋼并成箱型梁結(jié)構(gòu)，并將其安裝至機(jī)坑里襯上已開孔位置，內(nèi)壁預(yù)留長度為0.85 m(此預(yù)留長度可根據(jù)機(jī)組底環(huán)尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)，同時(shí)，在內(nèi)壁預(yù)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(nèi)部懸臂梁的安全系數(shù)。在安裝過程中，利用全站儀測量8個(gè)方位單元支撐平臺(tái)的水平度，將圓周上臨時(shí)支撐平臺(tái)的工作面水平度控制在±1 mm范圍內(nèi)；

(4) 在安裝過程中，機(jī)坑里襯外部預(yù)留部分的箱型梁工字鋼需澆筑到混凝土中。為了增加臨時(shí)支撐平臺(tái)的安全穩(wěn)定性，在機(jī)坑里襯外部混凝土澆筑前，需在箱型梁工字鋼上面鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，以提高機(jī)組底環(huán)支撐平臺(tái)的整體受力強(qiáng)度；

(5) 待機(jī)組底環(huán)支撐平臺(tái)現(xiàn)場制作完成后，測量人員需再次測量、檢查支撐平臺(tái)的整體水平度；

(6)機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)制作安裝驗(yàn)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(qiáng)合格后，將機(jī)組底環(huán)吊至機(jī)坑里襯懸置固定；

(7)待機(jī)組座環(huán)打磨合格后，即可進(jìn)行機(jī)組底環(huán)的正式安裝，同時(shí)割除機(jī)坑里襯內(nèi)壁的支撐平臺(tái)。

圖2 機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)安裝效果圖

5 結(jié) 語

根據(jù)機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)的設(shè)計(jì)圖紙，成功制作安裝并將此關(guān)鍵施工技術(shù)工藝投入到實(shí)際應(yīng)用中。浙江仙居抽水蓄能電站通過采用機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)調(diào)整底環(huán)吊裝、座環(huán)機(jī)加工、機(jī)坑里襯漸變段安裝技術(shù)工藝，將該關(guān)鍵技術(shù)工藝實(shí)際應(yīng)用于1#～4#機(jī)組底環(huán)設(shè)備安裝施工中成功地解決了機(jī)組底環(huán)提前吊入機(jī)坑懸置固定的難題，實(shí)現(xiàn)了112.85 m以上高程土建混凝土澆筑及水機(jī)預(yù)埋件安裝施工與機(jī)組座環(huán)機(jī)加工同步施工，提高了機(jī)組設(shè)備安裝施工的效率，節(jié)省了人力物力，提升了施工質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

針對(duì)該關(guān)鍵技術(shù)工藝研究，中國水電五局浙江仙居抽水蓄能電站機(jī)電安裝工程項(xiàng)目部組織技術(shù)人員編制了《機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)安裝方案》及《機(jī)組埋入部件安裝作業(yè)指導(dǎo)書》等技術(shù)文件，總結(jié)出一套完整的機(jī)組底環(huán)臨時(shí)支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用的理論和實(shí)踐安裝經(jīng)驗(yàn)，可為同類型電站機(jī)組設(shè)備安裝施工提供參考。

[1] GB/T8564-2003，水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB50661-2011，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7;TV52；TV743；TV547

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1001-2184(2017)03-0048-03

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