綜合交通樞紐地下35kV變電設(shè)備運輸及維護通道設(shè)計

王亞彬

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300251)

綜合交通樞紐地下35kV變電設(shè)備運輸及維護通道設(shè)計

王亞彬

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300251)

摘 要:結(jié)合某鐵路站房地下35/10kV變電所的設(shè)計情況,充分調(diào)研多種運輸機械的性能,借鑒以往大型設(shè)備的運輸經(jīng)驗,針對變電所的空間布局在設(shè)計階段提出了合理的主變設(shè)備運輸維護通道的設(shè)計方案。通過不同方案比選,充分考慮維護便利、工程投資、運輸機械、吊裝方案、專業(yè)配合等因素,提出利用特種吊裝設(shè)備2次起吊的思路,巧妙解決了小空間、大荷載、復雜路徑的設(shè)備運輸?shù)脑O(shè)計問題,節(jié)約工程投資的同時降低了設(shè)備檢修或增容對國鐵和市政系統(tǒng)運營管理的影響。

關(guān)鍵詞:綜合交通樞紐;運輸維護通道;吊裝方案;路徑產(chǎn)權(quán)

1 概述

綜合交通樞紐集鐵路、城市軌道交通、公交、出租和其他交通方式于一體,處于城市發(fā)展核心區(qū),其建筑結(jié)構(gòu)較為復雜,且對周邊景觀要求較高。當35kV及以上電壓等級的變電所與鐵路站房合建時,由于其變電設(shè)備體積大、質(zhì)量大,檢修及更換的運輸路徑和運輸方式成為設(shè)計中不可忽視的環(huán)節(jié)。其中運輸路徑途經(jīng)鐵路、市政、地鐵運營等部門不同管理區(qū)域,在設(shè)計階段須統(tǒng)籌解決通道問題。

2 研究背景

某大型綜合交通樞紐工程分為國鐵站房工程和市政配套公用工程兩部分,但兩個工程的投資主體、管理運營、設(shè)計、施工均分屬不同單位,且由于設(shè)計和建設(shè)周期不同將面臨工程配合難度大的問題。國鐵站房35kV變電所設(shè)置于國鐵站房的地下一層,考慮到站房遠期發(fā)展容量預留,最大變電設(shè)備為35kV干式主變壓器。35kV變電所、國鐵站房設(shè)施、高架橋與市政配套工程的相對位置如圖1所示。

由于變電所空間位置的特殊性,變電設(shè)備的運輸存在三方面的問題:體積大、質(zhì)量重的設(shè)備在小空間、復雜路徑區(qū)域的運輸技術(shù)難度較大,需協(xié)調(diào)電力、建筑、結(jié)構(gòu)、道路、橋梁等專業(yè)按實際情況統(tǒng)籌考慮;運輸通道經(jīng)過市政管理范圍,需各建設(shè)方協(xié)商通道產(chǎn)權(quán)及使用權(quán),避免潛在糾紛;鐵路、市政、地鐵正常運營后存在主變等設(shè)備更換的可能性,需考慮設(shè)備更換的運輸通道對各類交通運營的影響。

3 設(shè)備運輸方案的設(shè)計

設(shè)備運輸方案的設(shè)計包括吊裝位置及吊運方案的選擇、室外運輸路徑方案設(shè)計、室內(nèi)運輸路徑方案設(shè)計三部分。運輸通道的設(shè)計應綜合考慮土建結(jié)構(gòu)荷載能力、工程限界、維護費用、運輸通道的可實施性及設(shè)備運輸對正常交通運營的影響等方面。本工程設(shè)備運輸有兩條可選路徑,路徑一:

規(guī)劃路→站前中央環(huán)路→市政便道→下穿高架橋→國鐵范圍內(nèi)坡道→國鐵停車位(設(shè)備裝卸區(qū))→國鐵站房平臺→吊裝孔→市政中央換乘大廳(地下一層)→國鐵站房大廳→35kV變電所;路徑二:規(guī)劃路→站前中央環(huán)路→花卉景觀場地→天井南側(cè)地面→市政中央換乘大廳(地下一層)→國鐵站房大廳→35kV變電所,路徑一、二走向示意如圖1所示。

圖1 35kV變電所裝置運輸路徑示意

路徑一的運輸維護通道僅涉及鐵路內(nèi)部,便于協(xié)調(diào),但吊裝口運輸設(shè)備困難;路徑二的運輸維護通道涉及鐵路、市政,協(xié)調(diào)困難,吊裝口運輸設(shè)備簡單。以下詳細進行分析。

3.1 室外路徑運輸方案設(shè)計

運輸大容量變壓器一般采用低平板半掛式卡車,本工程主變壓器約重360kN,卡車運輸段路徑道路應滿足寬度不小于4.2m(考慮運輸方便兩側(cè)分別預留0.5m),最小轉(zhuǎn)彎半徑不應小于12m,道路坡度不大于20°,上跨建筑物最低點距地應大于4.385m(貨臺1.035m+主變高3.15m+安全裕度0.2m),且道路面應滿足車貨共500kN荷載要求。根據(jù)設(shè)備重確定運輸車輛后,應及時將車輛軸數(shù)、載貨車輛總重、載貨高度、車輛所需最小道路寬度、最大坡度、最小轉(zhuǎn)彎半徑等參數(shù)及運輸路徑提供給線路、路基、橋梁等土建專業(yè)做好設(shè)計配合工作。經(jīng)核實,路徑一和路徑二室外道路、上跨道路建筑各項指標均能滿足上述運輸要求,可順利將主變壓器運至國鐵停車位(設(shè)備裝卸區(qū))和天井南側(cè)地面。

路徑一中自設(shè)備裝卸區(qū)至吊裝孔路徑段宜采用吊車或叉車運送。運輸設(shè)備選擇:常用汽車吊主臂約為12m,仰角不小于30°,吊運設(shè)備上部至少需有6m的操作空間,而變壓器高為3.3m,站臺平臺部分高架橋距地面僅為7.45m(小于吊裝高度9.3m),故汽車吊不能滿足吊運要求;履帶吊車仰角可以小到0°,但吊運360kN設(shè)備需選用額定吊運2000kN以上的高性能吊車,吊車自重達2000kN,將對地下結(jié)構(gòu)要求極為苛刻,且操作空間受限制較大(自由操作至少需要約15m(長)×15m(寬)×8m(高)的空間),在此也不宜履帶吊運輸;考慮到后序吊裝孔操作,此段路徑選用特種吊車(TriLiferTL150BW),可兼做叉車和龍門吊使用,驅(qū)動形式為液壓驅(qū)動,額定載重400kN以上,吊運操作空間凈高不小于3.5m即可保證將變壓器順利運至吊裝孔附近。路徑一所經(jīng)區(qū)域幾乎全部屬于國鐵范圍內(nèi),協(xié)調(diào)簡單。

路徑二自站前中央環(huán)路至天井南側(cè)實際運輸較為便捷,但此段路徑均為市政管理區(qū)域,路徑使用權(quán)協(xié)調(diào)難度較大,而且重型設(shè)備運輸會破壞景觀花卉,勢必會產(chǎn)生修復補償問題。

3.2 吊裝位置及吊運方案的選擇

由于變電所位于地下10.8m處,變電設(shè)備吊裝的位置直接影響運輸路徑及吊裝方案,選擇吊裝孔應遵循“安全、便捷、省時、經(jīng)濟”的原則。

對應路徑一的吊裝孔:地上一層為售票系統(tǒng)房間,變電所正上方不具備預留吊裝孔條件;售票廳北側(cè)站房內(nèi)具備條件預留,但站場內(nèi)未設(shè)平交道,變電設(shè)備及吊裝機械無法運至吊裝區(qū)域;售票廳南側(cè)為站前平臺,預留吊裝孔較容易,且設(shè)備運輸較方便?？紤]到站前平臺上方設(shè)置高架橋,其地下結(jié)構(gòu)本身承受荷載能力較大,附加設(shè)備荷載對工程投資影響較小,結(jié)合最大設(shè)備主變壓器的尺寸和吊裝操作空間,在橋下平臺設(shè)置5m×4m(長×寬)的吊裝孔,如圖1中所示。若采用常規(guī)吊裝工藝通過此吊裝孔將設(shè)備運至地下一層(高程-10.8m),存在4個問題:高架橋為景觀工程的一部分,預埋吊鉤需預設(shè)承力梁,與總體方案相沖突,且土建投資增加;高架橋底沿距地面 7.45m(小于10.8m),采用普通液壓龍門吊垂直伸縮量不夠;吊裝孔兩側(cè)距高架橋橋墩較近,最近處僅為3m,大型吊運設(shè)備操作空間無法滿足;吊裝孔距國鐵與市政分界線僅為5.9m,吊車在該側(cè)操作時,受力點作用在市政結(jié)構(gòu)之上,需兩家設(shè)計單位密切配合,共同設(shè)計,實施困難。

綜合考慮以上因素,可提出兩種吊運方案:特種吊車配臨時承力鋼架方案和架設(shè)龍門支架配電動葫蘆或卷揚機方案。由于龍門支架方案需架設(shè)相關(guān)裝備和構(gòu)建相關(guān)基礎(chǔ),操作時間長,操作可靠性不高,且對交通系統(tǒng)運營影響較大,實施困難,不宜采用。對于特種吊車方案,單吊車一次吊運360kN主變壓器時,吊臂最大垂直升降距離為4.5m。單吊車操作示意如圖2所示,由于吊索長度不能滿足一次吊裝的需求,需變壓器完全降至結(jié)構(gòu)底板以下后(約下降4m)增設(shè)配合臨時承力鋼架,使臨時承力索作用在受力工字鋼架之上;然后將吊車臂升高并伸長吊索長度,撤除臨時承力鋼索之后,操作吊車臂下降至約-8m,再重復上述操作一次即可將主變運至地下一層中央換乘大廳;將主變壓器自地下運至地上時,按同樣方法倒序操作即可。在此方案中,吊車對地最大荷載為710kN,需在臨時承力鋼架之下墊適當尺寸的防護鋼板以減小對地下結(jié)構(gòu)的壓強,同時須向結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)提出相關(guān)要求,以保證地下結(jié)構(gòu)的承載安全。此外,應在吊車靠近吊裝孔一側(cè)放置約束擋板,防止吊車橫向移動造成傾覆危險。

圖2 單吊車吊裝方案示意(單位:mm)

路徑二中可利用公交車場南側(cè)天井作為“天然”吊裝孔,采用常規(guī)運輸方式即可將變電設(shè)備順利運到天井附近,吊裝技術(shù)操作上也較為簡單,采用常用額定的400kN汽車吊即可將主變壓器順利運至地下一層(高程-10.8m)。但天井產(chǎn)權(quán)屬于市政,且周圍的花卉場地為市政景觀工程的一部分;該路徑作為重型設(shè)備運輸?shù)耐ǖ?需由鐵路和市政雙方妥善解決使用權(quán)、設(shè)施保護措施、景觀修復等問題。

3.3 室內(nèi)路徑運輸方案設(shè)計

中央換乘大廳地下二層為地鐵預留空間,屬于市政設(shè)計范圍,且無類似大型設(shè)備運輸路徑經(jīng)由該區(qū)域。為滿足國鐵35kV變電設(shè)備運輸要求,市政、地鐵工程結(jié)構(gòu)專業(yè)需單獨考慮,須進行結(jié)構(gòu)核算、加固。由于大型變電設(shè)備檢修及更換頻率很低,應盡量節(jié)約結(jié)構(gòu)加固投資、減小結(jié)構(gòu)底板承受應力,同時考慮到工程機械設(shè)備運至地下一層也較困難,室內(nèi)運輸宜選用導軌裝運結(jié)合導鏈牽引的方式。

經(jīng)結(jié)構(gòu)專業(yè)的計算核實,地下二層地鐵為人防工程,其一般承載能力不小于55kN/m2,可滿足主變的運輸要求?？紤]到裝修修復費用和運輸保護措施費,路徑一途徑市政區(qū)域較短有更好的經(jīng)濟性。

在中央換乘大廳至變電所走廊段空間較大,運輸操作較方便;但進入變電所走道后操作空間較小,施工人員牽引變壓器難度較大。在設(shè)計階段應考慮設(shè)備安裝問題,宜采取在相應位置預埋水平吊鉤、地錨等輔助運輸構(gòu)件的方案。

4 結(jié)論

綜合兩個維護運輸通道方案,路徑一產(chǎn)權(quán)較為清晰,經(jīng)濟性較好,雖然技術(shù)操作較為復雜,但通過精密設(shè)計、統(tǒng)籌配合可實現(xiàn)最終的順暢運輸,且不需要與市政等部門大量協(xié)調(diào);路徑二雖實際運輸操作技術(shù)難度較小,但在室外路徑、吊裝位置、室內(nèi)路徑等環(huán)節(jié)均存在通道使用權(quán)和設(shè)施修復等問題,且長距離室內(nèi)運輸對運營影響較大,運輸保護措施成本較高。最終本工程采用路徑一,并在設(shè)計階段與線路、路基、橋梁、建筑、結(jié)構(gòu)、限界等專業(yè)的密切配合,以保證方案的最終順利實施。

5 總結(jié)

本文針對國鐵站房變電裝置的運輸問題,研究了大型設(shè)備運輸通道在運輸車輛、道路寬度、坡度、轉(zhuǎn)彎半徑、地面允許比壓、建筑結(jié)構(gòu)荷載、土建輔助管件預埋等方面與相應專業(yè)密切配合時應考慮的設(shè)計細節(jié),著重分析了建筑布局復雜,操作空間狹小、路徑產(chǎn)權(quán)多元化、吊裝孔位置受約束對設(shè)備運輸和維護通道的影響。針對我國綜合交通樞紐的快速建設(shè),統(tǒng)籌設(shè)計大型設(shè)備運輸和維護通道十分必要,對小空間,復雜路徑的大型設(shè)備的運輸及維護通道設(shè)計細節(jié)具有一定的借鑒意義。

參考文獻:

[1] 劉公平.配電變壓器運輸、安裝和使用應注意的事項[J].農(nóng)村電工,2003(8).

[2] 侯棟梁.大件貨物運輸方案制定研究[D].西南交通大學,成都:2009.

[3] 王寶清.淺析大型設(shè)備吊裝施工項目管理[J].化學工程與裝備, 2008(10).

[4] 李勇軍.商業(yè)建筑中大型設(shè)備在樓板承載力不滿足情況下的水平運輸[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2011(9).

[5] 徐曉光,喻導員,等.工程機械的智能化趨勢與發(fā)展對策[J].工程機械,2002(6).

[6] 王欣,高順德.大型吊裝技術(shù)與吊裝用起重設(shè)備發(fā)展趨勢[J].石油化工建設(shè),2005(1).

[7] 王保良,昌宏哲,等.公路運輸車輛輪胎充氣壓力現(xiàn)狀分析[J].輪胎工業(yè),2008,28(3).

[8] DL/T5216—2005.35kV～220kV城市地下變電站設(shè)計規(guī)定[S].

[9] JGJ16—2008,民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].

[10]GB1589—2004,道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值[S].

中圖分類號:U224

文獻標識碼:A

文章編號:1004 -2954(2012)12 -0113 -03

收稿日期:2012-08-30

作者簡介:王亞彬(1985—),男,助理工程師,2011年畢業(yè)于河北工業(yè)大學電氣工程專業(yè),工學碩士,E-mail:wangyabin85@126.com。

Design of Transportation and Maintenance Channel Used for Underground 35 kV Substation Equipments in Integrated Transportation Terminal

WANG Ya-bin
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300251, China)

Abstract:In combination with the design of an actual 35/10 kV substation underneath a railway station building,by adequate investigating of the various transportation machine properties and by learning from the past mature transportation experiences of the large equipments,focusing on the spatial layout of substation,the reasonable design schemes to transport or maintain the main transformer equipments were put forward at the design stage.In addition,through scheme comparison and full analyses of several factors including the maintainability,project investment,transportation machinery,hoisting process, coordination among many disciplines,an idea was put forward in which the special lifting equipment could be used for the second order lifting.This idea can solve the design problems of small space,large loads,complex paths in equipment transportation,and not only can save the investment but also can reduce the impacts on national railway or municipal transportation operation and management system because of equipment overhaul or capacity expansion.

Key words:integrated transportation terminal;transportation and maintenance channel;lifting scheme; path property right