王亞彬

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

綜合交通樞紐地下35kV變電設(shè)備運(yùn)輸及維護(hù)通道設(shè)計(jì)

王亞彬

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(jì)情況,充分調(diào)研多種運(yùn)輸機(jī)械的性能,借鑒以往大型設(shè)備的運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn),針對變電所的空間布局在設(shè)計(jì)階段提出了合理的主變設(shè)備運(yùn)輸維護(hù)通道的設(shè)計(jì)方案。通過不同方案比選,充分考慮維護(hù)便利、工程投資、運(yùn)輸機(jī)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(fù)雜路徑的設(shè)備運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì)問題,節(jié)約工程投資的同時(shí)降低了設(shè)備檢修或增容對國鐵和市政系統(tǒng)運(yùn)營管理的影響。

關(guān)鍵詞:綜合交通樞紐;運(yùn)輸維護(hù)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(fù)雜,且對周邊景觀要求較高。當(dāng)35kV及以上電壓等級的變電所與鐵路站房合建時(shí),由于其變電設(shè)備體積大、質(zhì)量大,檢修及更換的運(yùn)輸路徑和運(yùn)輸方式成為設(shè)計(jì)中不可忽視的環(huán)節(jié)。其中運(yùn)輸路徑途經(jīng)鐵路、市政、地鐵運(yùn)營等部門不同管理區(qū)域,在設(shè)計(jì)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(gè)工程的投資主體、管理運(yùn)營、設(shè)計(jì)、施工均分屬不同單位,且由于設(shè)計(jì)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(yuǎn)期發(fā)展容量預(yù)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(yùn)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(fù)雜路徑區(qū)域的運(yùn)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(shí)際情況統(tǒng)籌考慮;運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸通道對各類交通運(yùn)營的影響。

3 設(shè)備運(yùn)輸方案的設(shè)計(jì)

設(shè)備運(yùn)輸方案的設(shè)計(jì)包括吊裝位置及吊運(yùn)方案的選擇、室外運(yùn)輸路徑方案設(shè)計(jì)、室內(nèi)運(yùn)輸路徑方案設(shè)計(jì)三部分。運(yùn)輸通道的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮土建結(jié)構(gòu)荷載能力、工程限界、維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)輸通道的可實(shí)施性及設(shè)備運(yùn)輸對正常交通運(yùn)營的影響等方面。本工程設(shè)備運(yùn)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(yùn)輸路徑示意

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

3.1 室外路徑運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)

運(yùn)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(yùn)輸段路徑道路應(yīng)滿足寬度不小于4.2m(考慮運(yùn)輸方便兩側(cè)分別預(yù)留0.5m),最小轉(zhuǎn)彎半徑不應(yīng)小于12m,道路坡度不大于20°,上跨建筑物最低點(diǎn)距地應(yīng)大于4.385m(貨臺1.035m+主變高3.15m+安全裕度0.2m),且道路面應(yīng)滿足車貨共500kN荷載要求。根據(jù)設(shè)備重確定運(yùn)輸車輛后,應(yīng)及時(shí)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(yùn)輸路徑提供給線路、路基、橋梁等土建專業(yè)做好設(shè)計(jì)配合工作。經(jīng)核實(shí),路徑一和路徑二室外道路、上跨道路建筑各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足上述運(yùn)輸要求,可順利將主變壓器運(yùn)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(yùn)送。運(yùn)輸設(shè)備選擇:常用汽車吊主臂約為12m,仰角不小于30°,吊運(yùn)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(yùn)要求;履帶吊車仰角可以小到0°,但吊運(yùn)360kN設(shè)備需選用額定吊運(yùn)2000kN以上的高性能吊車,吊車自重達(dá)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(yùn)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(yùn)操作空間凈高不小于3.5m即可保證將變壓器順利運(yùn)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(shí)際運(yùn)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(yùn)輸會破壞景觀花卉,勢必會產(chǎn)生修復(fù)補(bǔ)償問題。

3.2 吊裝位置及吊運(yùn)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(yùn)輸路徑及吊裝方案,選擇吊裝孔應(yīng)遵循“安全、便捷、省時(shí)、經(jīng)濟(jì)”的原則。

對應(yīng)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(yù)留吊裝孔條件;售票廳北側(cè)站房內(nèi)具備條件預(yù)留,但站場內(nèi)未設(shè)平交道,變電設(shè)備及吊裝機(jī)械無法運(yùn)至吊裝區(qū)域;售票廳南側(cè)為站前平臺,預(yù)留吊裝孔較容易,且設(shè)備運(yùn)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(yùn)至地下一層(高程-10.8m),存在4個(gè)問題:高架橋?yàn)榫坝^工程的一部分,預(yù)埋吊鉤需預(yù)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(yùn)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(shí),受力點(diǎn)作用在市政結(jié)構(gòu)之上,需兩家設(shè)計(jì)單位密切配合,共同設(shè)計(jì),實(shí)施困難。

綜合考慮以上因素,可提出兩種吊運(yùn)方案:特種吊車配臨時(shí)承力鋼架方案和架設(shè)龍門支架配電動葫蘆或卷揚(yáng)機(jī)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(shí)間長,操作可靠性不高,且對交通系統(tǒng)運(yùn)營影響較大,實(shí)施困難,不宜采用。對于特種吊車方案,單吊車一次吊運(yùn)360kN主變壓器時(shí),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(shí)承力鋼架,使臨時(shí)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(shí)承力鋼索之后,操作吊車臂下降至約-8m,再重復(fù)上述操作一次即可將主變運(yùn)至地下一層中央換乘大廳;將主變壓器自地下運(yùn)至地上時(shí),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(shí)承力鋼架之下墊適當(dāng)尺寸的防護(hù)鋼板以減小對地下結(jié)構(gòu)的壓強(qiáng),同時(shí)須向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)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(xiǎn)。

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(yùn)輸方式即可將變電設(shè)備順利運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(hù)措施、景觀修復(fù)等問題。

3.3 室內(nèi)路徑運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)

中央換乘大廳地下二層為地鐵預(yù)留空間,屬于市政設(shè)計(jì)范圍,且無類似大型設(shè)備運(yùn)輸路徑經(jīng)由該區(qū)域。為滿足國鐵35kV變電設(shè)備運(yùn)輸要求,市政、地鐵工程結(jié)構(gòu)專業(yè)需單獨(dú)考慮,須進(jìn)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(yīng)盡量節(jié)約結(jié)構(gòu)加固投資、減小結(jié)構(gòu)底板承受應(yīng)力,同時(shí)考慮到工程機(jī)械設(shè)備運(yùn)至地下一層也較困難,室內(nèi)運(yùn)輸宜選用導(dǎo)軌裝運(yùn)結(jié)合導(dǎo)鏈牽引的方式。

經(jīng)結(jié)構(gòu)專業(yè)的計(jì)算核實(shí),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(yùn)輸要求。考慮到裝修修復(fù)費(fèi)用和運(yùn)輸保護(hù)措施費(fèi),路徑一途徑市政區(qū)域較短有更好的經(jīng)濟(jì)性。

在中央換乘大廳至變電所走廊段空間較大,運(yùn)輸操作較方便;但進(jìn)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(jì)階段應(yīng)考慮設(shè)備安裝問題,宜采取在相應(yīng)位置預(yù)埋水平吊鉤、地錨等輔助運(yùn)輸構(gòu)件的方案。

4 結(jié)論

綜合兩個(gè)維護(hù)運(yùn)輸通道方案,路徑一產(chǎn)權(quán)較為清晰,經(jīng)濟(jì)性較好,雖然技術(shù)操作較為復(fù)雜,但通過精密設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌配合可實(shí)現(xiàn)最終的順暢運(yùn)輸,且不需要與市政等部門大量協(xié)調(diào);路徑二雖實(shí)際運(yùn)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(fù)等問題,且長距離室內(nèi)運(yùn)輸對運(yùn)營影響較大,運(yùn)輸保護(hù)措施成本較高。最終本工程采用路徑一,并在設(shè)計(jì)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(shí)施。

5 總結(jié)

本文針對國鐵站房變電裝置的運(yùn)輸問題,研究了大型設(shè)備運(yùn)輸通道在運(yùn)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(yù)埋等方面與相應(yīng)專業(yè)密切配合時(shí)應(yīng)考慮的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié),著重分析了建筑布局復(fù)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(yùn)輸和維護(hù)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(jì)大型設(shè)備運(yùn)輸和維護(hù)通道十分必要,對小空間,復(fù)雜路徑的大型設(shè)備的運(yùn)輸及維護(hù)通道設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)具有一定的借鑒意義。

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中圖分類號:U224

文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)電氣工程專業(yè),工學(xué)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