超大型水電站機(jī)組座環(huán)及基礎(chǔ)環(huán)組裝技術(shù)

祁美蓮

(中國(guó)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(jī)容量最大的水電站，機(jī)組座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)是水電站核心部件之一，其安裝質(zhì)量直接決定電站安全運(yùn)行。因此對(duì)機(jī)組座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)安裝工位、工期、工藝等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，確定合理的施工方案是十分重要。應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目地區(qū)特點(diǎn)，采取科學(xué)的布置與施工，做好各個(gè)工序的銜接，提高工程施工質(zhì)量。

2 白鶴灘水電站左岸機(jī)組工程概況

2.1 工程簡(jiǎn)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(zhǎng)×寬×高)，從南到北依次布置副廠房、輔助安裝場(chǎng)、機(jī)組段和安裝場(chǎng)。左右岸地下廠房各布置8臺(tái)單機(jī)容量1 000 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量16 000 MW。其中機(jī)組段長(zhǎng)304.00 m，機(jī)組間距38.00 m，安裝場(chǎng)長(zhǎng)79.50 m。尾水管底板底高程535.90 m，水輪機(jī)層高程575.90 m，發(fā)電機(jī)層高程590.40 m，巖壁吊車梁橋機(jī)軌頂高程605.90 m，拱頂高程624.60 m。

左岸基礎(chǔ)環(huán)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(huán)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(nèi)容

白鶴灘水電站左岸地下廠房8臺(tái)套基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)及附件安裝、焊接施工。

2.3 工程安裝條件

2.3.1 基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)

尾水錐管層混凝土澆筑至蝸殼、座環(huán)底板，具備預(yù)埋基礎(chǔ)板、預(yù)留盒高程。

2.3.2 錐管湊合節(jié)

錐管層混凝土澆筑完成，錐管第二節(jié)管口尺寸復(fù)測(cè)完成，座環(huán)支墩澆筑完成，錐管湊合節(jié)分瓣吊入機(jī)坑座環(huán)支墩內(nèi)臨時(shí)存放，座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)安裝驗(yàn)收完成，基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)環(huán)縫焊接驗(yàn)收完成后開始錐管湊合節(jié)配割安裝。

2.3.3 基礎(chǔ)環(huán)

錐管層混凝土澆筑完成，錐管湊合節(jié)分瓣吊入機(jī)坑，座環(huán)支墩澆筑完成，基礎(chǔ)環(huán)臨時(shí)吊入機(jī)坑存放，座環(huán)就位驗(yàn)收完成，座環(huán)支撐加固焊接驗(yàn)收完成，開始基礎(chǔ)環(huán)安裝。

2.3.4 座環(huán)

座環(huán)支墩混凝土澆筑完成，強(qiáng)度滿足要求，安裝工作面已移交，錐管湊合節(jié)、基礎(chǔ)環(huán)已吊入機(jī)坑臨時(shí)存放，高程低于座環(huán)安裝高程，座環(huán)安裝用錨鉤、鋼支墩預(yù)埋、安裝完畢并符合要求，座環(huán)拉緊器已放入座環(huán)鋼支墩，且露出鋼支墩平面尺寸不影響座環(huán)吊裝就位，座環(huán)支撐千斤頂安裝擺放就位，高程及水平滿足座環(huán)吊裝就位要求，廠房1 300 t橋機(jī)安裝、驗(yàn)收完成，橋機(jī)軌道、橋機(jī)滑線、橋機(jī)電源及供電系統(tǒng)具備座環(huán)整體吊裝條件。

2.4 基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

2.4.1 錐管湊結(jié)節(jié)

錐管進(jìn)口安裝高程(配割后)：EL567.09 m，安裝基礎(chǔ)高程：EL566.29 m， 進(jìn)口圓直徑(內(nèi)徑)：φ7 147.6 mm，錐管湊合節(jié)立面總高程(配割后)：0.8 m，錐管湊合節(jié)板厚：30 mm，錐管湊合節(jié)材質(zhì)：06Cr19Ni10。

2.4.2 基礎(chǔ)環(huán)

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

2.4.3 座環(huán)

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

3 工程進(jìn)度計(jì)劃

3.1 進(jìn)度計(jì)劃

根據(jù)(BHT/DXGC-JHPE-79-2017)《關(guān)于左岸引水發(fā)電系統(tǒng)土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程2018年度施工進(jìn)度計(jì)劃的批復(fù)》《白鶴灘水電站左右岸地下電站總進(jìn)度計(jì)劃及相關(guān)專項(xiàng)措施研究專題會(huì)議紀(jì)要》(2018年第97期)，計(jì)劃于2018年10月01日開始首臺(tái)機(jī)座環(huán)進(jìn)場(chǎng)組圓焊接，2018年12月01日開始首臺(tái)機(jī)座環(huán)安裝，至2020年3月01日完成全部基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)安裝。

3.2 進(jìn)度保障措施

從組織措施上確保高質(zhì)量、高速度安全完成白鶴灘水電站左岸地下廠房基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)的安裝任務(wù)。組織性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的安裝、焊接設(shè)備，及時(shí)采購各種消耗性材料[1]。在安裝設(shè)備、材料上保證基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)項(xiàng)目能夠及時(shí)進(jìn)行、按時(shí)完成。在安裝工作中開展多工作面交叉、平行作業(yè)的方法，縮短關(guān)鍵線路，盡量在保證質(zhì)量、確保設(shè)備安全的前提下減少直線工期，加快工程進(jìn)度，確?；A(chǔ)環(huán)、座環(huán)按期或提前完成。通過宣傳教育、經(jīng)濟(jì)政策等手段，充分發(fā)揮員工的主觀能動(dòng)性[2]。認(rèn)真做好進(jìn)度計(jì)劃的編制、實(shí)施工作。積極參加業(yè)主、監(jiān)理和設(shè)計(jì)召開的有關(guān)會(huì)議，及時(shí)落實(shí)會(huì)議決定。積極跟土建單位溝通，及時(shí)了解土建施工進(jìn)度，根據(jù)安裝的需要及時(shí)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，并報(bào)監(jiān)理人批準(zhǔn)。做好環(huán)境保護(hù)、治安保衛(wèi)、防洪度汛等工作，避免各種意外情況對(duì)生產(chǎn)的不利影響。建立嚴(yán)密的質(zhì)量安全管理體系[3]。

4 工程布置

4.1 施工規(guī)劃

根據(jù)(H27J-5D6-2-1-1～7)《左岸廠房布置圖 A版》，左岸地下廠房安裝場(chǎng)布置有3個(gè)轉(zhuǎn)子工位，可以用作座環(huán)組圓焊接工位。

左岸地下廠房布置有1臺(tái)160 t/160 t橋機(jī)，且根據(jù)相關(guān)會(huì)議要求，在2018年11月前安裝投運(yùn)1臺(tái)1 300 t+160 t橋機(jī)，可以滿足座環(huán)整體吊裝需要。

為縮短座環(huán)機(jī)坑組圓、焊接的時(shí)間，盡可能減少機(jī)坑施工直線工期，規(guī)劃所有8臺(tái)機(jī)組座環(huán)在安裝場(chǎng)轉(zhuǎn)子工位進(jìn)行組圓、焊接工作，整體吊入機(jī)坑安裝。

基礎(chǔ)環(huán)在安裝場(chǎng)其他工位進(jìn)行組圓焊接，整體吊入機(jī)坑安裝[4]。

4.2 場(chǎng)地布置

在白鶴灘水電站左岸地下廠房主安裝場(chǎng)，在已有的3個(gè)轉(zhuǎn)子工位位置，根據(jù)機(jī)坑施工進(jìn)度和座環(huán)安裝時(shí)間，考慮布置1～2個(gè)座環(huán)組圓、焊接工位(原尾水管工位布置中2#、3#工位)，安裝場(chǎng)其他工位仍然用于尾水管大組、焊接施工。每個(gè)座環(huán)工位以轉(zhuǎn)子工位預(yù)埋的基礎(chǔ)板為基礎(chǔ)，擺放12個(gè)座環(huán)鋼支墩，用于座環(huán)組圓調(diào)整和焊接工位。

4.3 供電供水

安裝場(chǎng)供電從21#變電所(2000KVA/10/0.4KV、進(jìn)廠交通洞)取，在安裝場(chǎng)北側(cè)端部下游邊墻位置布置二級(jí)配電柜。沿安裝場(chǎng)端墻上游墻敷設(shè)電纜，在安裝場(chǎng)2#、3#轉(zhuǎn)子工位間布置三級(jí)配電柜，用于座環(huán)安裝場(chǎng)組圓、焊接時(shí)的電焊機(jī)、焊條烘干箱、加溫設(shè)備等施工用電。

取水方面根據(jù)左岸地下廠房主供水管網(wǎng)，就近取水。

5 基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)安裝

5.1 作業(yè)流程

焊接組圓基礎(chǔ)環(huán)和座環(huán)、預(yù)埋基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)、錐管關(guān)口封閉平臺(tái)搭設(shè)、錐管湊合節(jié)分瓣臨時(shí)吊裝、基礎(chǔ)環(huán)臨時(shí)吊裝、座環(huán)吊裝、座環(huán)就位調(diào)整加固與驗(yàn)收、基礎(chǔ)環(huán)安裝和座環(huán)環(huán)縫焊接、錐管湊合節(jié)配割縱縫與環(huán)縫焊接。

5.2 運(yùn)輸

左岸基礎(chǔ)環(huán)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(jì)劃用60 t拖車運(yùn)輸。左岸錐管湊合節(jié)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(yùn)輸。

5.3 預(yù)埋施工

在澆筑至EL564.4 m高程之前，預(yù)埋基礎(chǔ)環(huán)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(huán)混凝土支墩內(nèi)，預(yù)埋地腳盒、套管。套管預(yù)埋時(shí)需加固可靠，需測(cè)量放點(diǎn)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(shí)，預(yù)埋基礎(chǔ)環(huán)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(shí)，預(yù)埋座環(huán)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(shí)，預(yù)埋座環(huán)基礎(chǔ)板，圓周均布12件，基礎(chǔ)板中心套管孔分布圓φ12 180 mm，在EL566.4 m層(座環(huán)混凝土支墩)澆筑完成后，擺放座環(huán)鋼支墩，圓周均布12件，需對(duì)正套管孔，需調(diào)整支墩分布圓位置、支墩水平等數(shù)據(jù)，且支墩與基礎(chǔ)板焊接時(shí)，支墩水平不發(fā)生變化。上述預(yù)埋件均需測(cè)量放點(diǎn)控制安裝精度，安裝、焊接、澆筑中不能發(fā)生方位尺寸、高程、水平等數(shù)據(jù)變化。

5.4 施工

先把基礎(chǔ)環(huán)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，然后基礎(chǔ)環(huán)分瓣清洗并焊縫打磨，然后擺放組裝支墩，做好一切準(zhǔn)備，組圓基礎(chǔ)環(huán)，對(duì)基礎(chǔ)環(huán)水平與圓度進(jìn)行調(diào)整，驗(yàn)收組圓，如果不合格則重復(fù)上一個(gè)步驟繼續(xù)調(diào)整，如果合格則焊接分瓣組合縫，驗(yàn)收焊接質(zhì)量，臨時(shí)存放吊入機(jī)坑，基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)組裝，安裝把合螺栓，然后驗(yàn)收基礎(chǔ)環(huán)安裝情況，之后焊接座環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)的焊縫，完成基礎(chǔ)環(huán)驗(yàn)收。

5.5 組裝基礎(chǔ)環(huán)和座環(huán)

將座環(huán)和基礎(chǔ)環(huán)清理干凈，將座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)組合螺柱、螺母清理干凈并進(jìn)行試裝配合格。當(dāng)座環(huán)吊入機(jī)坑調(diào)整加固、驗(yàn)收完成后，用千斤頂頂起基礎(chǔ)環(huán)，調(diào)整基礎(chǔ)環(huán)環(huán)板頂面到座環(huán)固定導(dǎo)葉中心平面的距離與設(shè)計(jì)值偏差在-3～0 mm以內(nèi)，同時(shí)基礎(chǔ)環(huán)的水平度小于0.40 mm。測(cè)量并調(diào)整基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)同心，當(dāng)調(diào)整到相應(yīng)的組合螺栓能裝入座環(huán)螺孔內(nèi)時(shí)，至少在對(duì)稱的4個(gè)方向裝入組合螺栓以起導(dǎo)向作用。隨后繼續(xù)頂起基礎(chǔ)環(huán)到一定高度時(shí)，旋上相應(yīng)的組合螺母，通過旋轉(zhuǎn)組合螺母將基礎(chǔ)環(huán)提起把合在座環(huán)上。將基礎(chǔ)環(huán)和座環(huán)把合螺柱初步預(yù)緊。采用吊鉛錘鋼琴線的方法調(diào)整基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)的X、Y標(biāo)記線重合，偏差應(yīng)不超過±5 mm，平均值的偏差應(yīng)不超過±3 mm。仔細(xì)調(diào)整、檢查基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)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(jì)算、分析座環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)的同軸度。將基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)間的組合螺栓把緊，螺栓把緊后用塞尺測(cè)量座環(huán)和基礎(chǔ)環(huán)把合法蘭間隙，間隙應(yīng)為0，局部不大于0.1 mm，長(zhǎng)度不超過總長(zhǎng)20%。測(cè)量并調(diào)整基礎(chǔ)環(huán)高程、水平、圓度及與座環(huán)同軸度、與座環(huán)法蘭間距。調(diào)整合格后，將基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)把合螺柱按圖紙的扭矩要求進(jìn)行預(yù)緊，扭矩值為15.8 kN·m。預(yù)緊合格后，復(fù)測(cè)座環(huán)/基礎(chǔ)環(huán)的方位、高程、水平、圓度及同軸度。

5.6 組焊

將基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)組合縫焊接坡口及其附近清理干凈。檢查基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)環(huán)縫的間隙，對(duì)于間隙大于4 mm部位先進(jìn)行長(zhǎng)焊處理，直至間隙小于4 mm。座環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)的環(huán)縫焊接：安排8名焊工，彼此間應(yīng)相隔45°，采用分段退焊法施焊，四周對(duì)稱方向平衡施焊，焊接行進(jìn)速度應(yīng)保持一致。施焊期間監(jiān)控焊接變形，用鉛垂線檢查同心度和圓度的移動(dòng)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(jìn)行基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)組合縫的焊接。焊接前應(yīng)按要求用加熱板將焊縫預(yù)熱至要求的溫度，焊接過程中焊縫的溫度應(yīng)不低于預(yù)熱溫度，若有焊后熱處理要求，則應(yīng)按要求進(jìn)行必要的焊后熱處理(注意：若不連續(xù)將焊縫焊完，則焊接中斷時(shí)必須進(jìn)行焊后熱處理)。打底焊接時(shí)必須采用小電流焊接。焊接時(shí)，為減少變形，應(yīng)采用對(duì)稱分段退步焊、窄道焊工藝。檢查焊接后基礎(chǔ)環(huán)出口的圓度以及與座環(huán)上鏜口的同軸度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)的組合縫焊接合格后，將焊縫打磨光滑，進(jìn)行PT或MT探傷檢查。重新進(jìn)行基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)把合螺栓的預(yù)緊。

6 結(jié)束語

做好了座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)組工作，才能保障水電機(jī)組的正常運(yùn)行，希望本文的經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)轭愃频墓こ添?xiàng)目提供支持和參考。