王樹生，李俊霖，欒宇東,王月蒞,宋德強(qiáng)

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林省長春市 130021；2.水利部寒區(qū)工程技術(shù)研究中心，吉林省長春市 130021；3.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龍江省牡丹江市 157000）

1 工程概況

黑龍江荒溝抽水蓄能電站，位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鎮(zhèn)，下水庫為已建的蓮花水電站水庫，上水庫為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地。站址距牡丹江市145km（公路里程），距哈爾濱市（直線距離）約235km，距蓮花壩址43km（公路里程）。

本電站為Ⅰ等大（1）型工程，工程以發(fā)電為主，總裝機(jī)容量為1200MW，單機(jī)容量為300MW，按一洞二機(jī)、共兩洞四機(jī)方案設(shè)計(jì)，主要建筑物為1級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。樞紐建筑物有：上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面綜合樓、500kV地面開關(guān)站、下水庫（利用已建蓮花水庫）。地下廠房系統(tǒng)是一組空間立體交叉的地下洞室群系統(tǒng)，主要包括：交通洞、通風(fēng)洞、主廠房洞、主變壓器洞、尾閘洞、母線洞、主變壓器搬運(yùn)洞、進(jìn)排風(fēng)機(jī)室洞、電纜兼排風(fēng)豎井、電纜出線平洞、豎井交通聯(lián)絡(luò)洞、交通電纜洞、尾閘交通電纜洞、尾閘通風(fēng)洞、排風(fēng)支洞、廠房外圍排水廊道洞等。電站建成后在黑龍江省電網(wǎng)擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。

廠房洞室系統(tǒng)布置以主廠房洞、主變壓器洞、尾閘洞為核心，三大洞室從上游向下游依次平行布置，洞軸線方位均為NW311°。主廠房開挖尺寸143.7m×25.0m×53.8m（長×寬×高），主副廠房開挖尺寸19.5m×25.0m×45.6m，主廠房洞開挖全長163.2m。主變壓器洞縱軸線與廠房機(jī)組縱軸線間距59.1m，主變壓器洞開挖尺寸127.1m×21.2m×22.2m，主變壓器室與廠房洞室間巖體厚度38.20m。

廠房交通洞是通往地下洞室群的主要通道，洞口最高高程227.00m,長約1143.75m，城門洞型，斷面凈尺寸8.2m×7.5m（寬×高），平均縱坡約為6.4%。

2 地下廠房主要布置及現(xiàn)場(chǎng)施工情況

2.1 主廠房與主變壓器洞主要布置

主廠房洞內(nèi)依次布置有安裝間及其副廠房、主機(jī)間、主副廠房；主變壓器洞與主廠房洞平行布置，其內(nèi)依次布置主變壓器室及變副廠房；廠房交通洞采用正進(jìn)廠方式進(jìn)廠，在安裝間下游墻處與安裝間相連，廠房交通洞洞線在地下廠房三大洞室群區(qū)域與主廠房洞、主變壓器洞的洞軸線垂直；主變壓器洞右端部下游側(cè)設(shè)置主變壓器搬運(yùn)洞與廠房交通洞相通，作為主變壓器洞內(nèi)的設(shè)備運(yùn)輸通道。主變壓器洞與主廠房布置見圖1。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

地下廠房洞室的開挖施工圖已經(jīng)全部設(shè)計(jì)完成，并已下發(fā)至工地現(xiàn)場(chǎng)。廠房交通洞開及支護(hù)已完成，主變壓器搬運(yùn)洞的開挖及支護(hù)已完成。

廠房交通洞開挖斷面為圓拱直墻型，開挖斷面為12.5m×9.6m；廠房交通洞與主變壓器搬運(yùn)洞交叉口處擴(kuò)大段，開挖跨度為16.0m，主變壓器搬運(yùn)洞開挖斷面為6.3m×7.1m（凈尺寸5.3m×6m，其中拱腳高度4.5m）。

圖1 主變壓器洞與主廠房布置Figure 1 Main transformer hole and main plant layout

3 主變壓器運(yùn)輸方案比選研究

主變壓器運(yùn)輸方式一般分為埋設(shè)永久軌道的有軌道運(yùn)輸方式和無永久軌道采用運(yùn)輸汽車直接就位的無軌道運(yùn)輸方式兩種[1]。

有軌道運(yùn)輸方式是在主變壓器運(yùn)輸通道的底板上埋設(shè)永久軌道，主變壓器通過運(yùn)輸汽車首先進(jìn)入安裝間內(nèi)，利用橋式起重機(jī)將主變壓器卸貨至永久軌道上，利用軌道推至主變壓器室內(nèi)就位[2]。無軌道運(yùn)輸方式是主變壓器通過運(yùn)輸汽車直接開至主變壓器室處，卸車并就位至主變壓器室內(nèi)。

由于本工程廠房交通洞的進(jìn)廠方式采用的是正進(jìn)廠方式，采用無軌道運(yùn)輸方式時(shí)，主變壓器運(yùn)輸經(jīng)過廠房交通洞、主變壓器搬運(yùn)洞就位至主變壓器室的過程中，由于廠房交通洞與主變壓器搬運(yùn)洞為垂直相交，主變壓器運(yùn)輸車需垂直轉(zhuǎn)彎，則轉(zhuǎn)彎處為滿足汽車的轉(zhuǎn)彎要求，若采用汽車直接開至主變壓器室內(nèi)須局部進(jìn)行二次開挖處理。

3.1 主變壓器運(yùn)輸廠家資料

各主變壓器廠家產(chǎn)品外形尺寸不同，造成運(yùn)輸方式各不相同，針對(duì)荒溝工程的500kV電壓等級(jí)360MVA主變壓器特向行業(yè)內(nèi)各大型主變壓器廠家及運(yùn)輸廠商進(jìn)行詢函，以下為主變壓器廠家提供的主變壓器運(yùn)輸資料，見表1。

表1 500kV電壓等級(jí)360MVA三相一體變壓器運(yùn)輸尺寸統(tǒng)計(jì)表Table 1 500kV voltage class 360MVA three-phase integrated transformer transport size statistics table

根據(jù)以上詢函資料，荒溝工程主變壓器進(jìn)入交通洞導(dǎo)車后，車輛運(yùn)輸長度尺寸均在20m以上，板車高度均在1m左右。典型模擬圖見圖2：9軸車尺寸如下，長度約21m，寬度約3.35m，最大半徑為13.1m，最小轉(zhuǎn)彎半徑為5.4m，自重約30t；在不拆除任何建筑物的情況下,轉(zhuǎn)彎道路寬至少需要9.3m以上。因此原有洞室寬度無法滿足車輛轉(zhuǎn)彎半徑要求，原有洞室高度也無法滿足運(yùn)輸要求。

圖2 典型9軸板車轉(zhuǎn)彎動(dòng)態(tài)模擬圖（mm）Figure 2 Dynamic simulation of a typical 9-axis plate turning

3.2 運(yùn)輸方案

由于廠房交通洞已經(jīng)形成，廠房交通洞的進(jìn)廠方式不可改變，即廠房交通洞正進(jìn)廠的前提下，共擬訂三個(gè)運(yùn)輸方案：

方案一：軌道運(yùn)輸方案（原設(shè)計(jì)方案）。

廠房交通洞正進(jìn)廠，主變壓器洞與廠房交通洞之間設(shè)置主變壓器搬運(yùn)洞作為主變壓器的運(yùn)輸通道；主變壓器運(yùn)輸通道的底板埋設(shè)軌道。此方案采用主廠房橋機(jī)卸主變壓器，運(yùn)輸車運(yùn)抵至安裝間，運(yùn)輸車轉(zhuǎn)彎后，由主廠房橋機(jī)裝卸主變壓器并放置在主變壓器搬運(yùn)軌道上，再通過壓力推進(jìn)器進(jìn)行搬運(yùn)，搬運(yùn)至交通洞擴(kuò)大段后轉(zhuǎn)向，最后搬運(yùn)至主變壓器基礎(chǔ)平臺(tái)，次方案節(jié)省人力物力，大大減少主變壓器搬運(yùn)時(shí)間，同時(shí)主變壓器后期檢修維護(hù)亦通過軌道搬運(yùn)至安裝間，搬運(yùn)簡單便捷，避免采用大件運(yùn)輸單位進(jìn)行搬運(yùn)[3]。

方案二：耳洞擴(kuò)挖無軌道運(yùn)輸方案。

以方案一的布置為基礎(chǔ)，在廠房交通洞局部擴(kuò)大段，對(duì)應(yīng)主變壓器搬運(yùn)洞位置的另一側(cè)，增設(shè)一耳洞，將軌道取消。運(yùn)輸車輛行駛至耳洞外，先需倒車進(jìn)入耳洞，在調(diào)整車頭，正向行駛至主變壓器基礎(chǔ)平臺(tái)，由于板車高度均在1m左右，原主變壓器搬運(yùn)洞高度不夠，根據(jù)廠家資料主變壓器搬運(yùn)洞高度需在原有基礎(chǔ)上增加0.5m才能滿足運(yùn)輸車通行高度[4]。

方案三：臨時(shí)軌道運(yùn)輸方案。

廠房交通洞正進(jìn)廠，在廠房交通洞擴(kuò)大段采用千斤頂卸車，運(yùn)輸車駛離主變壓器附件，用千斤頂起頂變壓器，將變壓器與鋼軌中間放置導(dǎo)向板（角度調(diào)節(jié)器）調(diào)好鋼軌角度落下千斤頂，按照變壓器正確轉(zhuǎn)向位置（正時(shí)針或逆時(shí)針），兩端互相推動(dòng)變壓器，推進(jìn)距離不超過10公分，反復(fù)操作達(dá)到旋轉(zhuǎn)90°目標(biāo)[5]。擺正后，在主變壓器搬運(yùn)到敷設(shè)臨時(shí)鋼軌，采用液壓推力器緩慢頂推平移，直至將變壓器就位在基礎(chǔ)平臺(tái)上[6]。

方案一屬于埋設(shè)永久軌道的有軌道運(yùn)輸方式， 方案二均為采用運(yùn)輸汽車直接就位的無軌道運(yùn)輸方式，方案三為臨時(shí)軌道運(yùn)輸方式。

3.3 各方案經(jīng)濟(jì)性比較

各方案工程量估算表見表2。

表2 工程量估算對(duì)比表Table 2 Comparison of engineering quantity estimates

經(jīng)濟(jì)比較主要考慮土建工程的直接工程投資初步估算。各方案工程量投資估算表見表3。

表3 工程量投資估算對(duì)比表Table 3 Comparison of engineering quantity investment estimates

從投資比較來看，方案一投資較小，方案二投資較大，方案三投資最小。

3.4 方案研究論證

（1）方案一的布置是在底板埋設(shè)運(yùn)輸軌道，不對(duì)已經(jīng)完成開挖支護(hù)的廠房交通洞、主變壓器搬運(yùn)洞進(jìn)行二次擴(kuò)挖改動(dòng)，施工難度小，預(yù)埋安裝精度要求較高；主變壓器通過運(yùn)輸汽車首先進(jìn)入安裝間內(nèi)，利用橋式起重機(jī)將主變壓器卸貨至永久軌道上，利用軌道推至主變壓器室內(nèi)，方案一與方案三相比，方案一主變壓器搬運(yùn)需通過交通洞搬運(yùn)至主變壓器搬運(yùn)道，多搬運(yùn)距離約52m，耗時(shí)約10小時(shí)，影響交通洞正常過車，干擾正常施工作業(yè)。

（2）方案二的布置，在廠房交通洞局部擴(kuò)大段二次開挖一個(gè)耳洞，同時(shí)將主變壓器搬運(yùn)洞的高度二次擴(kuò)挖0.5m，由于廠房交通洞及主變壓器搬運(yùn)洞均已開挖并錨噴支護(hù)完成，因此二次擴(kuò)挖的難度很大；由于該處增加耳洞后，交叉口為十字交叉，該處廠房交通洞局部擴(kuò)大，各岔口斷面均較大，以及二次擴(kuò)挖的影響，對(duì)交叉口處已完成的圍巖存在二次擾動(dòng)，對(duì)交叉口處圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不利，需要進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)措施。由于交叉口結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開挖完成后，根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況存在二次加強(qiáng)支護(hù)的可能，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，且荒溝地下廠房巖石巖爆較為頻繁，二次開挖風(fēng)險(xiǎn)不可控，因此不建議采用該方案。

（3）方案三在交通洞擴(kuò)大段利用千斤頂配合枕木卸車，利用液壓推力器和臨時(shí)鋼軌推進(jìn)，此方案無預(yù)埋鋼軌，未進(jìn)行二次開挖，僅在主變壓器搬運(yùn)洞內(nèi)進(jìn)行施工，無交叉施工作業(yè)干擾，無不安全影響因素，不影響交通洞整體通行。

4 結(jié)論分析

通過方案對(duì)比分析，荒溝主變壓器運(yùn)輸采用方案三，在不進(jìn)行二次擴(kuò)挖的基礎(chǔ)上，將主變壓器在交通洞擴(kuò)大段內(nèi)卸車，利用臨時(shí)鋼軌將主變壓器就位到基礎(chǔ)臺(tái)上，不影響交通洞正常通行，無交叉作業(yè)干擾，大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)優(yōu)化取消軌道，節(jié)約成本。