熊自強(qiáng)，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(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

DG水電站單機(jī)容量165 MW，總裝機(jī)660 MW，是西藏目前單機(jī)最大和總裝機(jī)最大的電源項(xiàng)目，西藏首個(gè)運(yùn)用BIM(數(shù)字化建模)設(shè)計(jì)及施工管理的水電工程。

DG水電站2號(hào)機(jī)座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)組裝后總重量94 t。蝸殼總共28管節(jié)，其中24節(jié)為環(huán)節(jié)，4節(jié)為直管段，蝸殼總重241 t。2號(hào)機(jī)座環(huán)、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(huán)與尾水錐管已點(diǎn)焊完畢。

1 2號(hào)機(jī)座環(huán)水平變化情況

1)2號(hào)座環(huán)于2019-11-02日調(diào)整完成并驗(yàn)收，驗(yàn)收時(shí)座環(huán)水平偏差0.27 mm，滿足規(guī)范要求≤0.40 mm[1]。

2)2020-05-30日2號(hào)蝸殼安裝焊接全部完成后，復(fù)測(cè)2號(hào)座環(huán)水平偏差1.62 mm。

3)2020-07-01日再次對(duì)2號(hào)機(jī)座環(huán)進(jìn)行復(fù)測(cè)(共計(jì)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(huán)水平測(cè)點(diǎn)見(jiàn)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(huán)上重量分布不均衡，座環(huán)受力不均衡，長(zhǎng)時(shí)間擱置未澆筑混凝土，導(dǎo)致座環(huán)水平變化。

2.2 座環(huán)混凝土支墩預(yù)埋鋼板透空因素

座環(huán)基礎(chǔ)地腳螺栓的一期混凝土尺寸為

圖1 座環(huán)水平測(cè)點(diǎn)圖(單位：mm)

400 mm×400 mm，高度為1 450 mm，支墩底部還有一個(gè)250 mm×400 mm的二期孔，混凝土支墩預(yù)埋鋼板之間透空，承重受力后發(fā)生下沉(檢查發(fā)現(xiàn)有一個(gè)混凝土支墩已出現(xiàn)裂紋，大部分支墩和鋼板之間透空現(xiàn)象)?；A(chǔ)地腳螺栓未完全受力，導(dǎo)致座環(huán)水平變化。座環(huán)基礎(chǔ)地腳螺栓安裝圖見(jiàn)圖2。

圖2 座環(huán)基礎(chǔ)地腳螺栓安裝圖

2.3 部分蝸殼支墩未調(diào)整到位，受力不均

蝸殼分三圈支墩，檢查發(fā)現(xiàn)，在座環(huán)蝸殼調(diào)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(huán)承受，座環(huán)長(zhǎng)時(shí)間不均勻受力，導(dǎo)致座環(huán)水平變化。蝸殼支墩安裝見(jiàn)圖3。

圖3 蝸殼支墩安裝圖

3 蝸殼、座環(huán)調(diào)整用支撐件及拉錨計(jì)算

3.1 蝸殼、座環(huán)、支撐件及拉錨參數(shù)

蝸殼、座環(huán)、支撐件及拉錨參數(shù)見(jiàn)表1。

3.2 蝸殼支撐千斤頂壓應(yīng)力計(jì)算

假設(shè)蝸殼、座環(huán)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(yīng)力為：7.63÷(3.14×0.021 2)×1 000×9.8=54 MPa。

螺桿材料為45號(hào)，屈服強(qiáng)度不小于355 MPa。

千斤頂螺桿壓應(yīng)力54 MPa≤355×0.6=213 MPa。

3.3 座環(huán)支撐楔子板壓應(yīng)力計(jì)算

假設(shè)蝸殼重量也由座環(huán)底部楔子板承受，那么楔子板受座環(huán)基礎(chǔ)螺栓預(yù)緊力(每只147.5 t)、座環(huán)重力、蝸殼機(jī)支撐重力之和：

15×147.5+358.5×9.8=2 563.8 ton

表1 蝸殼、座環(huán)、支撐件及拉錨參數(shù)

楔子板所受壓應(yīng)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(qiáng)度不小于225 MPa。

楔子板壓應(yīng)力35.6 MPa≤225×0.6=135 MPa。

3.4 混凝土澆筑過(guò)程中

根據(jù)GB/T8564要求，蝸殼安裝、焊接及澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)有防止座環(huán)變形的措施，混凝土澆筑時(shí)，混凝土上升速度不應(yīng)超過(guò)300 mm/h，每層澆高不大于2.0 m。在澆筑過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)座環(huán)變形，并按實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整混凝土澆筑順序。

蝸殼向下投影面積約為265 m2，假定液態(tài)混凝土的壓強(qiáng)全部作用在蝸殼向下投影面上，蝸殼、座環(huán)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(huán)地腳螺栓所受拉力為浮力與蝸殼、座環(huán)重力之差：

381.6-358.5=23.1 ton

3.5 蝸殼拉錨拉應(yīng)力計(jì)算

假定混凝土澆筑過(guò)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(yīng)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(qiáng)度不小于335 MPa。

拉錨應(yīng)力8.9 MPa≤335 MPa×0.6=201 MPa。

3.6 座環(huán)地腳螺栓拉應(yīng)力

每根座環(huán)地腳螺栓在擰緊時(shí)已加載147.5 ton的預(yù)緊力，假設(shè)混凝土澆筑過(guò)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(yù)緊力的1.02%，對(duì)地腳螺栓的影響可以忽略不計(jì)。

3.7 結(jié) 論

從以上計(jì)算結(jié)果得出結(jié)論：蝸殼、座環(huán)調(diào)整支撐件及拉錨在安裝過(guò)程中所受應(yīng)力均在許用值之下，滿足安裝要求。

4 整體水平調(diào)整

參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)研究對(duì)2號(hào)機(jī)座環(huán)、蝸殼整體水平的調(diào)整采用以下方法及工藝[2-3]。

4.1 調(diào)整方法

調(diào)整前的準(zhǔn)備：

1)測(cè)量座環(huán)水平真實(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)推算千斤頂擺放位置；

2)根據(jù)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(tǒng)一使用50 t螺旋千斤頂；

3)將準(zhǔn)備好的百分表分別架設(shè)在千斤頂旁。將表對(duì)“0”；

4)使用碳弧刨將座環(huán)調(diào)整楔子、蝸殼千斤頂(埋件)、拉伸器、錐管與座環(huán)點(diǎn)焊處進(jìn)行處理，松開(kāi)原有所有固定部位，使座環(huán)處于可調(diào)整狀態(tài)；

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

6)檢查百分表變化，進(jìn)行記錄，使用液壓拉伸器把座環(huán)地腳螺栓全部松開(kāi)(+X至+Y、-X夾角順時(shí)針旋轉(zhuǎn)區(qū)域)；

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

2號(hào)機(jī)組座環(huán)和蝸殼水平調(diào)整千斤頂及鋼支墩布置如圖4所示，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可進(jìn)行適當(dāng)增加調(diào)整。

4.2 測(cè)量方法

1)架上表分別進(jìn)行檢測(cè)，百分表在拆除過(guò)程中已架好。在頂起時(shí)觀察百分表變化，如百分表轉(zhuǎn)上1圈后。再次對(duì)座環(huán)水平進(jìn)行測(cè)量。

2)在蝸殼外圍架設(shè)全站儀進(jìn)行測(cè)量，在調(diào)整過(guò)程中使用全站儀進(jìn)行觀察。

圖4 座環(huán)和蝸殼水平調(diào)整千斤頂布置圖

4.3 調(diào)整過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)方案

1)在調(diào)整過(guò)程中按步驟將螺栓、支撐、拉伸器依次松開(kāi)，松開(kāi)過(guò)程中由于蝸殼已焊接完成、尾水管與基礎(chǔ)環(huán)已點(diǎn)焊死、直管段與壓力鋼管已連接，座環(huán)和蝸殼在焊接后有應(yīng)力。在拆除過(guò)程中座環(huán)中心、高程、水平存在發(fā)生變化風(fēng)險(xiǎn)，也有可能在松開(kāi)某一點(diǎn)時(shí)，座環(huán)和蝸殼整體發(fā)生瞬間位移情況，會(huì)增加調(diào)整難度。如變化大會(huì)不會(huì)影響調(diào)整結(jié)果，或者無(wú)法調(diào)整等風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)對(duì)方案：在加固件拆除過(guò)程中，派專人嚴(yán)密監(jiān)測(cè)百分表變化情況，如發(fā)現(xiàn)有變化，立即停止拆除，或根據(jù)變化趨勢(shì)，改變拆除點(diǎn)，來(lái)滿足穩(wěn)定變化要求。

2)在使用千斤頂調(diào)整過(guò)程中，可能會(huì)導(dǎo)致蝸殼變形凹陷情況發(fā)生。

應(yīng)對(duì)方案：在千斤頂和蝸殼受力點(diǎn)處采用帶一定弧度鋼板來(lái)保障受力點(diǎn)的受力面積， 在千斤頂頂起蝸殼時(shí)，嚴(yán)密監(jiān)視受力情況，發(fā)現(xiàn)鋼板受力面積不均勻時(shí)，立即進(jìn)行調(diào)整。在頂起時(shí)，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)蝸殼有無(wú)變形趨勢(shì)，適當(dāng)調(diào)整受力位置。

按以上調(diào)整方法，總共分四次調(diào)整，數(shù)據(jù)如圖5。

圖5 受力調(diào)整分析圖(單位：mm)

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)座環(huán)、蝸殼整體水平調(diào)整后，復(fù)查2號(hào)機(jī)座環(huán)水平最大偏差0.32 mm，優(yōu)于國(guó)標(biāo)最大允許偏差0.40 mm，座環(huán)水平達(dá)到規(guī)范要求。通過(guò)此次調(diào)整，證明座環(huán)安裝完成蝸殼掛裝以后，座環(huán)水平不合格是可以通過(guò)整體調(diào)整達(dá)到規(guī)范要求的，為水電站同類型機(jī)組安裝過(guò)程中座環(huán)、蝸殼水平整體調(diào)整提供借鑒方案，在整個(gè)水電安裝過(guò)程中提供參考價(jià)值。