楊 興 義

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

埃塞俄比亞GIBE3水電站壓力管道豎井檢修通道設(shè)計(jì)

楊 興 義

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

結(jié)合埃塞俄比亞GIBE3水電站壓力管道施工支洞布置的特點(diǎn)，進(jìn)行了壓力管道豎井檢修通道的布置設(shè)計(jì)。該工程已于2015年9月充水發(fā)電，壓力鋼管豎井檢修平臺(tái)及起吊裝置運(yùn)行良好。該工程可為類(lèi)似工程的豎井檢修設(shè)計(jì)提供有益參考。

GIBE3水電站;壓力管道;檢修;豎井;埃塞俄比亞

1 工程概況

GIBE3水電站是埃塞俄比亞OMO河梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第三級(jí)水電站，電站總裝機(jī)1 870 MW，是埃塞俄比亞已建規(guī)模最大的水電站。該工程規(guī)模大、等級(jí)高，設(shè)計(jì)、施工及檢修標(biāo)準(zhǔn)要求較高。電站左岸布置兩條發(fā)電引水隧洞，調(diào)壓井之后的壓力管道由上平段、豎井段、下平段及岔支管段組成。壓力管道主管直徑7.7 m，采用鋼板襯砌，豎井高度117 m。

2 豎井檢修通道布置

2.1 總體布置

壓力管道斜井或豎井檢修一直是水電工程建設(shè)中的難點(diǎn)，至今尚未有成熟的解決方法。目前已建成的溪洛渡、錦屏、瀑布溝、大崗山、西龍池等水電站，均布置有豎井或斜井，但都沒(méi)有設(shè)置專(zhuān)門(mén)針對(duì)斜井或豎井的檢修通道。天生橋二級(jí)水電站豎井(直徑5.7 m)上彎段上游設(shè)置了檢修進(jìn)人孔，配備了卷?yè)P(yáng)機(jī)，由于檢查難度大，配套設(shè)備布置不協(xié)調(diào)等原因，建成至今并未進(jìn)行檢查或檢修。

壓力管道豎井如果考慮后期檢修，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)布置檢修交通洞、檢修進(jìn)人孔、檢修平臺(tái)，檢修起吊裝置，電源及控制設(shè)備等，才能保證檢修人員安全進(jìn)入豎井進(jìn)行檢修。

GIBE3水電站鋼管豎井檢修通道利用已有施工支洞作為交通洞，進(jìn)入上彎段檢修室內(nèi)，采用起吊設(shè)備，將檢修平臺(tái)垂直起吊，通過(guò)鋼管上彎段的進(jìn)人孔進(jìn)入豎井，檢修平臺(tái)上的設(shè)備可以控制平臺(tái)的升降，人員及設(shè)備可到達(dá)豎井的各部位，打開(kāi)檢修平臺(tái)對(duì)壓力管道內(nèi)壁進(jìn)行檢修。壓力管道豎井檢修布置如圖1所示。

2.2 進(jìn)人孔及岔管設(shè)計(jì)

根據(jù)GIBE3檢修通道的布置情況，在豎井中心線(xiàn)與高壓鋼管上彎段相交部位開(kāi)孔，通過(guò)岔管的支管(D=1.6 m)進(jìn)入豎井，支管頂部設(shè)有法蘭連接悶頭。彎管處開(kāi)孔后，水流流態(tài)較差，設(shè)置導(dǎo)流板以平順?biāo)鳎瑢?dǎo)流板通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)與悶頭連接。進(jìn)入豎井前，需將悶頭、導(dǎo)流板及支撐吊出后，才能吊入檢修平臺(tái)。

進(jìn)人孔頂部的悶頭直徑1.86 m，壓力1.4 MPa，采用平板悶頭型式，通過(guò)法蘭與支管連接。悶頭鋼材為Q345R，根據(jù)計(jì)算厚度為74 mm，法蘭厚度也為74 mm，支管厚度36 mm，螺栓32個(gè)，直徑32 mm。

彎段處岔管主管直徑7.7 m，支管直徑1.6 m，內(nèi)水壓力1.4 MPa，根據(jù)主支管直徑比，采用了制造相對(duì)簡(jiǎn)單的貼邊岔管結(jié)構(gòu)型式。彎段上的分岔管設(shè)計(jì)，是本工程檢修通道設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。彎段分岔管在銳角區(qū)應(yīng)力集中非常明顯，采用三維有限元分析方法對(duì)岔管結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，岔管鋼材為高強(qiáng)鋼(抗拉強(qiáng)度610 MPa)，主支管壁厚為40 mm、主支管外層貼邊厚80 mm(兩層：40 mm+40 mm)時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求(見(jiàn)圖2)。

2.3 檢修平臺(tái)設(shè)計(jì)

檢修平臺(tái)是壓力管道豎井檢修的重要部件，必須保證檢修平臺(tái)的安全性及可操作性。由于上部進(jìn)人孔直徑為1.6 m，下部豎井直徑為7.7 m，因此檢修平臺(tái)設(shè)計(jì)為可伸縮式平臺(tái)，在通過(guò)進(jìn)人孔及支管時(shí)平臺(tái)收縮合攏，到達(dá)下部豎井后平臺(tái)伸展打開(kāi)，人員及設(shè)備可到達(dá)壓力管道內(nèi)壁進(jìn)行檢修。

圖1 GIBE3電站壓力管道豎井檢修通道布置示意

圖2 彎段處貼邊岔管貼邊處合成應(yīng)力(MPa)

檢修平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能減小重量，輕便的結(jié)構(gòu)利于吊裝。GIBE3電站檢修平臺(tái)總重量約2.8 t，采用輕型鋼結(jié)構(gòu)，平臺(tái)合攏時(shí)成直徑約1.5 m的圓柱形，高度約6 m；平臺(tái)打開(kāi)后成一字形檢修通道，長(zhǎng)度約7.65 m，寬度0.5 m，通道兩側(cè)設(shè)置有欄桿，人員可以在通道上來(lái)回走動(dòng)，主要檢修設(shè)備放置在平臺(tái)中央。當(dāng)檢修人員從中央往管壁方向一側(cè)行進(jìn)時(shí)，另一側(cè)采用配重方式維持平臺(tái)的平衡。當(dāng)需要檢修整個(gè)豎井壁圓周時(shí)，通過(guò)平臺(tái)上的控制器，控制平臺(tái)旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)的位置。

2.4 起吊裝置及控制設(shè)備

起吊裝置是為檢修平臺(tái)、起吊悶頭、導(dǎo)流支撐結(jié)構(gòu)提供起吊動(dòng)力的設(shè)備，GIBE3水電站采用電動(dòng)葫蘆對(duì)檢修平臺(tái)進(jìn)行起吊。電動(dòng)葫蘆最大起吊重量5 t，最大提升高度110 m，豎向起升速度8 m/min，400 V、50 Hz交流電源供電。

控制設(shè)備主要布置在頂部的控制室內(nèi)，通過(guò)控制設(shè)備，可以控制起吊裝置、檢修平臺(tái)。檢修平臺(tái)上也設(shè)置有控制設(shè)備，人員在豎井內(nèi)也可以控制平臺(tái)伸縮、旋轉(zhuǎn)和提升。為確保人員安全，還設(shè)置了預(yù)警按鈕，緊急情況下控制室能控制平臺(tái)的起升速度和鎖定平臺(tái)。起吊裝置與檢修平臺(tái)之間設(shè)置有檢修人員安全繩，保證下井檢修人員人身安全。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合埃塞俄比亞GIBE3水電站壓力管道施工支洞布置的特點(diǎn)，較為巧妙地進(jìn)行了壓力管道豎井檢修通道的布置設(shè)計(jì)。該工程壓力鋼管已于2015年9月充水發(fā)電，運(yùn)行情況顯示壓力鋼管上彎段進(jìn)人孔悶頭及岔管結(jié)構(gòu)安全。2015年11月，檢修機(jī)組時(shí)放空了壓力管道，對(duì)檢修平臺(tái)及起吊裝置進(jìn)行調(diào)試，可順利完成豎井內(nèi)壁檢查。該工程壓力管道豎井檢修通道布置可為類(lèi)似工程的豎井檢修設(shè)計(jì)提供有益參考。

[1] 吳家耀，潘益斌，候靖，吳旭敏. 某水電站高壓管道豎井檢修通道設(shè)計(jì)初探[C]//第七屆全國(guó)水電站壓力管道學(xué)術(shù)論文集. 北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2] 楊興義，伍鶴皋，石長(zhǎng)征，周彩榮. 基于美國(guó)ASCE規(guī)范的GIBEⅢ水電站引水鋼岔管設(shè)計(jì)[C]//第八屆全國(guó)水電站壓力管道學(xué)術(shù)論文集. 北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[3] 楊海紅，楊興義，伍鶴皋. 三分梁式岔管體形設(shè)計(jì)與有限元分析計(jì)算[J]. 水力發(fā)電，2012(2)：54-55.

[4] 黃希元，唐怡省. 小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)(金屬結(jié)構(gòu))[M]. 北京：水利電力出版社，1991.

2016-03-25

楊興義 (1980-),男，貴州三都人，高級(jí)工程師，碩士研究生，從事水工建筑物設(shè)計(jì)工作。

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