超大型水電站機組座環及基礎環組裝技術

祁美蓮

(中國水利水電第七工程局有限公司, 四川成都 610213)

1 工程概況

白鶴灘水電站是目前世界上單機容量最大的水電站，機組座環、基礎環是水電站核心部件之一，其安裝質量直接決定電站安全運行。因此對機組座環、基礎環安裝工位、工期、工藝等關鍵技術進行系統研究，確定合理的施工方案是十分重要。應根據項目地區特點，采取科學的布置與施工，做好各個工序的銜接，提高工程施工質量。

2 白鶴灘水電站左岸機組工程概況

2.1 工程簡介與范圍

白鶴灘水電站地下廠房采用一字型布置，開挖尺寸為438 m×34 m×88.7 m(長×寬×高)，從南到北依次布置副廠房、輔助安裝場、機組段和安裝場。左右岸地下廠房各布置8臺單機容量1 000 MW的水輪發電機組，總裝機容量16 000 MW。其中機組段長304.00 m，機組間距38.00 m，安裝場長79.50 m。尾水管底板底高程535.90 m，水輪機層高程575.90 m，發電機層高程590.40 m，巖壁吊車梁橋機軌頂高程605.90 m，拱頂高程624.60 m。

左岸基礎環外形尺寸為φ11.57 m×1.797 m，總重89.34 t，共分2瓣，單瓣最大尺寸φ11.57 m×5.785 m×1.797 m，最大單瓣重量44.67 t。

左岸座環外形尺寸為φ14.16 m×3.724 m，總重467.1 t，共分4瓣，單瓣最大尺寸7.7 m×9.899 m×3.724 m，最大單瓣重量136.3 t。

2.2 工程內容

白鶴灘水電站左岸地下廠房8臺套基礎環、座環及附件安裝、焊接施工。

2.3 工程安裝條件

2.3.1 基礎環與座環

尾水錐管層混凝土澆筑至蝸殼、座環底板，具備預埋基礎板、預留盒高程。

2.3.2 錐管湊合節

錐管層混凝土澆筑完成，錐管第二節管口尺寸復測完成，座環支墩澆筑完成，錐管湊合節分瓣吊入機坑座環支墩內臨時存放，座環、基礎環安裝驗收完成，基礎環與座環環縫焊接驗收完成后開始錐管湊合節配割安裝。

2.3.3 基礎環

錐管層混凝土澆筑完成，錐管湊合節分瓣吊入機坑，座環支墩澆筑完成，基礎環臨時吊入機坑存放，座環就位驗收完成，座環支撐加固焊接驗收完成，開始基礎環安裝。

2.3.4 座環

座環支墩混凝土澆筑完成，強度滿足要求，安裝工作面已移交，錐管湊合節、基礎環已吊入機坑臨時存放，高程低于座環安裝高程，座環安裝用錨鉤、鋼支墩預埋、安裝完畢并符合要求，座環拉緊器已放入座環鋼支墩，且露出鋼支墩平面尺寸不影響座環吊裝就位，座環支撐千斤頂安裝擺放就位，高程及水平滿足座環吊裝就位要求，廠房1 300 t橋機安裝、驗收完成，橋機軌道、橋機滑線、橋機電源及供電系統具備座環整體吊裝條件。

2.4 基礎環與座環基準數據

2.4.1 錐管湊結節

錐管進口安裝高程(配割后)：EL567.09 m，安裝基礎高程：EL566.29 m， 進口圓直徑(內徑)：φ7 147.6 mm，錐管湊合節立面總高程(配割后)：0.8 m，錐管湊合節板厚：30 mm，錐管湊合節材質：06Cr19Ni10。

2.4.2 基礎環

基礎環底板安裝高程：EL567.09 m，副底環安裝面高程：EL568.5125 m， 底環安裝面高程(控制高程)：EL568.627 m，基礎環下口直徑：φ7 236 mm，基礎環筒壁直徑：φ8 890 mm，基礎環上口內直徑：φ8 870 mm，基礎環上口外直徑：φ11 570 mm，基礎環總高程(含外法蘭)：1.797 m，基礎環板厚：100/120/80/85 mm。

2.4.3 座環

基準高程(固定導葉中心線)：EL570.0 m，上環板安裝高程(加工前)：EL570.969 m，下環板安裝高程：EL569.266 m， 底環板法蘭面高程(底部)：EL568.627 m，上環板圓度(加工前)：φ11 115 mm，下環板圓度(加工前)：φ11 095 mm。

3 工程進度計劃

3.1 進度計劃

根據(BHT/DXGC-JHPE-79-2017)《關于左岸引水發電系統土建及金屬結構安裝工程2018年度施工進度計劃的批復》《白鶴灘水電站左右岸地下電站總進度計劃及相關專項措施研究專題會議紀要》(2018年第97期)，計劃于2018年10月01日開始首臺機座環進場組圓焊接，2018年12月01日開始首臺機座環安裝，至2020年3月01日完成全部基礎環、座環安裝。

3.2 進度保障措施

從組織措施上確保高質量、高速度安全完成白鶴灘水電站左岸地下廠房基礎環、座環的安裝任務。組織性能優良、質量可靠的安裝、焊接設備，及時采購各種消耗性材料[1]。在安裝設備、材料上保證基礎環、座環項目能夠及時進行、按時完成。在安裝工作中開展多工作面交叉、平行作業的方法，縮短關鍵線路，盡量在保證質量、確保設備安全的前提下減少直線工期，加快工程進度，確?；A環、座環按期或提前完成。通過宣傳教育、經濟政策等手段，充分發揮員工的主觀能動性[2]。認真做好進度計劃的編制、實施工作。積極參加業主、監理和設計召開的有關會議，及時落實會議決定。積極跟土建單位溝通，及時了解土建施工進度，根據安裝的需要及時對生產進度進行調整，并報監理人批準。做好環境保護、治安保衛、防洪度汛等工作，避免各種意外情況對生產的不利影響。建立嚴密的質量安全管理體系[3]。

4 工程布置

4.1 施工規劃

根據(H27J-5D6-2-1-1～7)《左岸廠房布置圖 A版》，左岸地下廠房安裝場布置有3個轉子工位，可以用作座環組圓焊接工位。

左岸地下廠房布置有1臺160 t/160 t橋機，且根據相關會議要求，在2018年11月前安裝投運1臺1 300 t+160 t橋機，可以滿足座環整體吊裝需要。

為縮短座環機坑組圓、焊接的時間，盡可能減少機坑施工直線工期，規劃所有8臺機組座環在安裝場轉子工位進行組圓、焊接工作，整體吊入機坑安裝。

基礎環在安裝場其他工位進行組圓焊接，整體吊入機坑安裝[4]。

4.2 場地布置

在白鶴灘水電站左岸地下廠房主安裝場，在已有的3個轉子工位位置，根據機坑施工進度和座環安裝時間，考慮布置1～2個座環組圓、焊接工位(原尾水管工位布置中2#、3#工位)，安裝場其他工位仍然用于尾水管大組、焊接施工。每個座環工位以轉子工位預埋的基礎板為基礎，擺放12個座環鋼支墩，用于座環組圓調整和焊接工位。

4.3 供電供水

安裝場供電從21#變電所(2000KVA/10/0.4KV、進廠交通洞)取，在安裝場北側端部下游邊墻位置布置二級配電柜。沿安裝場端墻上游墻敷設電纜，在安裝場2#、3#轉子工位間布置三級配電柜，用于座環安裝場組圓、焊接時的電焊機、焊條烘干箱、加溫設備等施工用電。

取水方面根據左岸地下廠房主供水管網，就近取水。

5 基礎環與座環安裝

5.1 作業流程

焊接組圓基礎環和座環、預埋基礎環與座環、錐管關口封閉平臺搭設、錐管湊合節分瓣臨時吊裝、基礎環臨時吊裝、座環吊裝、座環就位調整加固與驗收、基礎環安裝和座環環縫焊接、錐管湊合節配割縱縫與環縫焊接。

5.2 運輸

左岸基礎環外形尺寸為φ11.57 m×1.797 m，總重89.34 t，共分2瓣，單瓣最大尺寸φ11.57 m×5.785 m×1.797 m，最大單瓣重量44.67 t。擬計劃用60 t拖車運輸。左岸錐管湊合節外形尺寸為φ7.226 m/φ7.373 m×0.8 m，總重4.71 t，共分4瓣。采用18 t載重汽車運輸。

5.3 預埋施工

在澆筑至EL564.4 m高程之前，預埋基礎環φ56 mm拉錨，圓周均布24件，分布圓φ9 300 mm，在澆筑至EL564.4 m高程后，在座環混凝土支墩內，預埋地腳盒、套管。套管預埋時需加固可靠，需測量放點控制安裝位置，且保證套管垂直度。地腳螺栓套管分布圓φ12 180 mm，在澆筑EL564.4～EL566.4 m高程時，預埋基礎環φ36 mm拉錨，圓周均布12件，斜向布置，分布圓φ12 000 mm，在澆筑EL564.4～EL566.4 m高程時，預埋座環φ56 mm拉錨，圓周均布12件，垂直布置，分布圓φ11 966 mm，在澆筑EL564.4～EL566.4 m高程時，預埋座環基礎板，圓周均布12件，基礎板中心套管孔分布圓φ12 180 mm，在EL566.4 m層(座環混凝土支墩)澆筑完成后，擺放座環鋼支墩，圓周均布12件，需對正套管孔，需調整支墩分布圓位置、支墩水平等數據，且支墩與基礎板焊接時，支墩水平不發生變化。上述預埋件均需測量放點控制安裝精度，安裝、焊接、澆筑中不能發生方位尺寸、高程、水平等數據變化。

5.4 施工

先把基礎環運到現場，然后基礎環分瓣清洗并焊縫打磨，然后擺放組裝支墩，做好一切準備，組圓基礎環，對基礎環水平與圓度進行調整，驗收組圓，如果不合格則重復上一個步驟繼續調整，如果合格則焊接分瓣組合縫，驗收焊接質量，臨時存放吊入機坑，基礎環與座環組裝，安裝把合螺栓，然后驗收基礎環安裝情況，之后焊接座環與基礎環的焊縫，完成基礎環驗收。

5.5 組裝基礎環和座環

將座環和基礎環清理干凈，將座環、基礎環組合螺柱、螺母清理干凈并進行試裝配合格。當座環吊入機坑調整加固、驗收完成后，用千斤頂頂起基礎環，調整基礎環環板頂面到座環固定導葉中心平面的距離與設計值偏差在-3～0 mm以內，同時基礎環的水平度小于0.40 mm。測量并調整基礎環與座環同心，當調整到相應的組合螺栓能裝入座環螺孔內時，至少在對稱的4個方向裝入組合螺栓以起導向作用。隨后繼續頂起基礎環到一定高度時，旋上相應的組合螺母，通過旋轉組合螺母將基礎環提起把合在座環上。將基礎環和座環把合螺柱初步預緊。采用吊鉛錘鋼琴線的方法調整基礎環與座環的X、Y標記線重合，偏差應不超過±5 mm，平均值的偏差應不超過±3 mm。仔細調整、檢查基礎環與座環配合止口的徑向間隙，使該徑向間隙四周基本一致，并由此徑向間隙計算、分析座環與基礎環的同軸度。將基礎環與座環間的組合螺栓把緊，螺栓把緊后用塞尺測量座環和基礎環把合法蘭間隙，間隙應為0，局部不大于0.1 mm，長度不超過總長20%。測量并調整基礎環高程、水平、圓度及與座環同軸度、與座環法蘭間距。調整合格后，將基礎環與座環把合螺柱按圖紙的扭矩要求進行預緊，扭矩值為15.8 kN·m。預緊合格后，復測座環/基礎環的方位、高程、水平、圓度及同軸度。

5.6 組焊

將基礎環、座環組合縫焊接坡口及其附近清理干凈。檢查基礎環與座環環縫的間隙，對于間隙大于4 mm部位先進行長焊處理，直至間隙小于4 mm。座環與基礎環的環縫焊接：安排8名焊工，彼此間應相隔45°，采用分段退焊法施焊，四周對稱方向平衡施焊，焊接行進速度應保持一致。施焊期間監控焊接變形，用鉛垂線檢查同心度和圓度的移動情況，蓋面焊要保證無咬邊或其它表面缺陷。按廠家提供的焊接工藝文件和圖紙要求進行基礎環與座環組合縫的焊接。焊接前應按要求用加熱板將焊縫預熱至要求的溫度，焊接過程中焊縫的溫度應不低于預熱溫度，若有焊后熱處理要求，則應按要求進行必要的焊后熱處理(注意：若不連續將焊縫焊完，則焊接中斷時必須進行焊后熱處理)。打底焊接時必須采用小電流焊接。焊接時，為減少變形，應采用對稱分段退步焊、窄道焊工藝。檢查焊接后基礎環出口的圓度以及與座環上鏜口的同軸度應滿足設計要求?；A環與座環的組合縫焊接合格后，將焊縫打磨光滑，進行PT或MT探傷檢查。重新進行基礎環與座環把合螺栓的預緊。

6 結束語

做好了座環、基礎環組工作，才能保障水電機組的正常運行，希望本文的經驗，能夠為類似的工程項目提供支持和參考。