超大型水电站机组座环及基础环组装技术

祁美莲

(中国水利水电第七工程局有限公司, 四川成都 610213)

1 工程概况

白鹤滩水电站是目前世界上单机容量最大的水电站，机组座环、基础环是水电站核心部件之一，其安装质量直接决定电站安全运行。因此对机组座环、基础环安装工位、工期、工艺等关键技术进行系统研究，确定合理的施工方案是十分重要。应根据项目地区特点，采取科学的布置与施工，做好各个工序的衔接，提高工程施工质量。

2 白鹤滩水电站左岸机组工程概况

2.1 工程简介与范围

白鹤滩水电站地下厂房采用一字型布置，开挖尺寸为438 m×34 m×88.7 m(长×宽×高)，从南到北依次布置副厂房、辅助安装场、机组段和安装场。左右岸地下厂房各布置8台单机容量1 000 MW的水轮发电机组，总装机容量16 000 MW。其中机组段长304.00 m，机组间距38.00 m，安装场长79.50 m。尾水管底板底高程535.90 m，水轮机层高程575.90 m，发电机层高程590.40 m，岩壁吊车梁桥机轨顶高程605.90 m，拱顶高程624.60 m。

左岸基础环外形尺寸为φ11.57 m×1.797 m，总重89.34 t，共分2瓣，单瓣最大尺寸φ11.57 m×5.785 m×1.797 m，最大单瓣重量44.67 t。

左岸座环外形尺寸为φ14.16 m×3.724 m，总重467.1 t，共分4瓣，单瓣最大尺寸7.7 m×9.899 m×3.724 m，最大单瓣重量136.3 t。

2.2 工程内容

白鹤滩水电站左岸地下厂房8台套基础环、座环及附件安装、焊接施工。

2.3 工程安装条件

2.3.1 基础环与座环

尾水锥管层混凝土浇筑至蜗壳、座环底板，具备预埋基础板、预留盒高程。

2.3.2 锥管凑合节

锥管层混凝土浇筑完成，锥管第二节管口尺寸复测完成，座环支墩浇筑完成，锥管凑合节分瓣吊入机坑座环支墩内临时存放，座环、基础环安装验收完成，基础环与座环环缝焊接验收完成后开始锥管凑合节配割安装。

2.3.3 基础环

锥管层混凝土浇筑完成，锥管凑合节分瓣吊入机坑，座环支墩浇筑完成，基础环临时吊入机坑存放，座环就位验收完成，座环支撑加固焊接验收完成，开始基础环安装。

2.3.4 座环

座环支墩混凝土浇筑完成，强度满足要求，安装工作面已移交，锥管凑合节、基础环已吊入机坑临时存放，高程低于座环安装高程，座环安装用锚钩、钢支墩预埋、安装完毕并符合要求，座环拉紧器已放入座环钢支墩，且露出钢支墩平面尺寸不影响座环吊装就位，座环支撑千斤顶安装摆放就位，高程及水平满足座环吊装就位要求，厂房1 300 t桥机安装、验收完成，桥机轨道、桥机滑线、桥机电源及供电系统具备座环整体吊装条件。

2.4 基础环与座环基准数据

2.4.1 锥管凑结节

锥管进口安装高程(配割后)：EL567.09 m，安装基础高程：EL566.29 m， 进口圆直径(内径)：φ7 147.6 mm，锥管凑合节立面总高程(配割后)：0.8 m，锥管凑合节板厚：30 mm，锥管凑合节材质：06Cr19Ni10。

2.4.2 基础环

基础环底板安装高程：EL567.09 m，副底环安装面高程：EL568.5125 m， 底环安装面高程(控制高程)：EL568.627 m，基础环下口直径：φ7 236 mm，基础环筒壁直径：φ8 890 mm，基础环上口内直径：φ8 870 mm，基础环上口外直径：φ11 570 mm，基础环总高程(含外法兰)：1.797 m，基础环板厚：100/120/80/85 mm。

2.4.3 座环

基准高程(固定导叶中心线)：EL570.0 m，上环板安装高程(加工前)：EL570.969 m，下环板安装高程：EL569.266 m， 底环板法兰面高程(底部)：EL568.627 m，上环板圆度(加工前)：φ11 115 mm，下环板圆度(加工前)：φ11 095 mm。

3 工程进度计划

3.1 进度计划

根据(BHT/DXGC-JHPE-79-2017)《关于左岸引水发电系统土建及金属结构安装工程2018年度施工进度计划的批复》《白鹤滩水电站左右岸地下电站总进度计划及相关专项措施研究专题会议纪要》(2018年第97期)，计划于2018年10月01日开始首台机座环进场组圆焊接，2018年12月01日开始首台机座环安装，至2020年3月01日完成全部基础环、座环安装。

3.2 进度保障措施

从组织措施上确保高质量、高速度安全完成白鹤滩水电站左岸地下厂房基础环、座环的安装任务。组织性能优良、质量可靠的安装、焊接设备，及时采购各种消耗性材料[1]。在安装设备、材料上保证基础环、座环项目能够及时进行、按时完成。在安装工作中开展多工作面交叉、平行作业的方法，缩短关键线路，尽量在保证质量、确保设备安全的前提下减少直线工期，加快工程进度，确保基础环、座环按期或提前完成。通过宣传教育、经济政策等手段，充分发挥员工的主观能动性[2]。认真做好进度计划的编制、实施工作。积极参加业主、监理和设计召开的有关会议，及时落实会议决定。积极跟土建单位沟通，及时了解土建施工进度，根据安装的需要及时对生产进度进行调整，并报监理人批准。做好环境保护、治安保卫、防洪度汛等工作，避免各种意外情况对生产的不利影响。建立严密的质量安全管理体系[3]。

4 工程布置

4.1 施工规划

根据(H27J-5D6-2-1-1～7)《左岸厂房布置图 A版》，左岸地下厂房安装场布置有3个转子工位，可以用作座环组圆焊接工位。

左岸地下厂房布置有1台160 t/160 t桥机，且根据相关会议要求，在2018年11月前安装投运1台1 300 t+160 t桥机，可以满足座环整体吊装需要。

为缩短座环机坑组圆、焊接的时间，尽可能减少机坑施工直线工期，规划所有8台机组座环在安装场转子工位进行组圆、焊接工作，整体吊入机坑安装。

基础环在安装场其他工位进行组圆焊接，整体吊入机坑安装[4]。

4.2 场地布置

在白鹤滩水电站左岸地下厂房主安装场，在已有的3个转子工位位置，根据机坑施工进度和座环安装时间，考虑布置1～2个座环组圆、焊接工位(原尾水管工位布置中2#、3#工位)，安装场其他工位仍然用于尾水管大组、焊接施工。每个座环工位以转子工位预埋的基础板为基础，摆放12个座环钢支墩，用于座环组圆调整和焊接工位。

4.3 供电供水

安装场供电从21#变电所(2000KVA/10/0.4KV、进厂交通洞)取，在安装场北侧端部下游边墙位置布置二级配电柜。沿安装场端墙上游墙敷设电缆，在安装场2#、3#转子工位间布置三级配电柜，用于座环安装场组圆、焊接时的电焊机、焊条烘干箱、加温设备等施工用电。

取水方面根据左岸地下厂房主供水管网，就近取水。

5 基础环与座环安装

5.1 作业流程

焊接组圆基础环和座环、预埋基础环与座环、锥管关口封闭平台搭设、锥管凑合节分瓣临时吊装、基础环临时吊装、座环吊装、座环就位调整加固与验收、基础环安装和座环环缝焊接、锥管凑合节配割纵缝与环缝焊接。

5.2 运输

左岸基础环外形尺寸为φ11.57 m×1.797 m，总重89.34 t，共分2瓣，单瓣最大尺寸φ11.57 m×5.785 m×1.797 m，最大单瓣重量44.67 t。拟计划用60 t拖车运输。左岸锥管凑合节外形尺寸为φ7.226 m/φ7.373 m×0.8 m，总重4.71 t，共分4瓣。采用18 t载重汽车运输。

5.3 预埋施工

在浇筑至EL564.4 m高程之前，预埋基础环φ56 mm拉锚，圆周均布24件，分布圆φ9 300 mm，在浇筑至EL564.4 m高程后，在座环混凝土支墩内，预埋地脚盒、套管。套管预埋时需加固可靠，需测量放点控制安装位置，且保证套管垂直度。地脚螺栓套管分布圆φ12 180 mm，在浇筑EL564.4～EL566.4 m高程时，预埋基础环φ36 mm拉锚，圆周均布12件，斜向布置，分布圆φ12 000 mm，在浇筑EL564.4～EL566.4 m高程时，预埋座环φ56 mm拉锚，圆周均布12件，垂直布置，分布圆φ11 966 mm，在浇筑EL564.4～EL566.4 m高程时，预埋座环基础板，圆周均布12件，基础板中心套管孔分布圆φ12 180 mm，在EL566.4 m层(座环混凝土支墩)浇筑完成后，摆放座环钢支墩，圆周均布12件，需对正套管孔，需调整支墩分布圆位置、支墩水平等数据，且支墩与基础板焊接时，支墩水平不发生变化。上述预埋件均需测量放点控制安装精度，安装、焊接、浇筑中不能发生方位尺寸、高程、水平等数据变化。

5.4 施工

先把基础环运到现场，然后基础环分瓣清洗并焊缝打磨，然后摆放组装支墩，做好一切准备，组圆基础环，对基础环水平与圆度进行调整，验收组圆，如果不合格则重复上一个步骤继续调整，如果合格则焊接分瓣组合缝，验收焊接质量，临时存放吊入机坑，基础环与座环组装，安装把合螺栓，然后验收基础环安装情况，之后焊接座环与基础环的焊缝，完成基础环验收。

5.5 组装基础环和座环

将座环和基础环清理干净，将座环、基础环组合螺柱、螺母清理干净并进行试装配合格。当座环吊入机坑调整加固、验收完成后，用千斤顶顶起基础环，调整基础环环板顶面到座环固定导叶中心平面的距离与设计值偏差在-3～0 mm以内，同时基础环的水平度小于0.40 mm。测量并调整基础环与座环同心，当调整到相应的组合螺栓能装入座环螺孔内时，至少在对称的4个方向装入组合螺栓以起导向作用。随后继续顶起基础环到一定高度时，旋上相应的组合螺母，通过旋转组合螺母将基础环提起把合在座环上。将基础环和座环把合螺柱初步预紧。采用吊铅锤钢琴线的方法调整基础环与座环的X、Y标记线重合，偏差应不超过±5 mm，平均值的偏差应不超过±3 mm。仔细调整、检查基础环与座环配合止口的径向间隙，使该径向间隙四周基本一致，并由此径向间隙计算、分析座环与基础环的同轴度。将基础环与座环间的组合螺栓把紧，螺栓把紧后用塞尺测量座环和基础环把合法兰间隙，间隙应为0，局部不大于0.1 mm，长度不超过总长20%。测量并调整基础环高程、水平、圆度及与座环同轴度、与座环法兰间距。调整合格后，将基础环与座环把合螺柱按图纸的扭矩要求进行预紧，扭矩值为15.8 kN·m。预紧合格后，复测座环/基础环的方位、高程、水平、圆度及同轴度。

5.6 组焊

将基础环、座环组合缝焊接坡口及其附近清理干净。检查基础环与座环环缝的间隙，对于间隙大于4 mm部位先进行长焊处理，直至间隙小于4 mm。座环与基础环的环缝焊接：安排8名焊工，彼此间应相隔45°，采用分段退焊法施焊，四周对称方向平衡施焊，焊接行进速度应保持一致。施焊期间监控焊接变形，用铅垂线检查同心度和圆度的移动情况，盖面焊要保证无咬边或其它表面缺陷。按厂家提供的焊接工艺文件和图纸要求进行基础环与座环组合缝的焊接。焊接前应按要求用加热板将焊缝预热至要求的温度，焊接过程中焊缝的温度应不低于预热温度，若有焊后热处理要求，则应按要求进行必要的焊后热处理(注意：若不连续将焊缝焊完，则焊接中断时必须进行焊后热处理)。打底焊接时必须采用小电流焊接。焊接时，为减少变形，应采用对称分段退步焊、窄道焊工艺。检查焊接后基础环出口的圆度以及与座环上镗口的同轴度应满足设计要求。基础环与座环的组合缝焊接合格后，将焊缝打磨光滑，进行PT或MT探伤检查。重新进行基础环与座环把合螺栓的预紧。

6 结束语

做好了座环、基础环组工作，才能保障水电机组的正常运行，希望本文的经验，能够为类似的工程项目提供支持和参考。