任長春
(中國水利水電第六工程局有限公司,沈陽,110013)
金沙江烏東德水電站廠房布置于左右兩岸山體中,均靠河床側(cè)布置,各安裝6臺單機容量為850MW的混流式水輪發(fā)電機組,總裝機容量10200MW,多年平均年發(fā)電量401.1億kW·h,為Ⅰ等大(1)型工程,是目前世界已建或在建第7大水電站,也是我國已建或在建第4大水電站。右岸主廠房結(jié)構(gòu)尺寸為333.3m×32.5/30.5m×89.8m(長×寬×高),為超大型地下廠房,其高度居世界第一,跨度居世界第四。水輪機層以下混凝土回填總方量166770.29m3,平均澆筑倉面面積1020m2,從左至右依次布置有副安裝場、7#-12#機組段、主安裝場。機組段上下游方向長30.2m,軸線方向長222m,高程789.7m以下由巖墩分隔,高程789.7m以上各機組段之間設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。各機組段水輪機層以下大體積混凝土分為肘管混凝土、錐管混凝土、蝸殼混凝土等,其中高程765.2m~789.7m為肘管混凝土;高程789.7m~800.28m為錐管混凝土;高程800.28m~815.60m為蝸殼混凝土。該電站地下廠房水輪機層以下混凝土具有倉面面積大、入倉強度高、溫控要求高等特點。為了保證施工質(zhì)量及進(jìn)度要求,選擇合理的混凝土入倉方式顯得至關(guān)重要。
方案1:利用主廠房布置2臺共軌的橋機,1臺大橋機,1臺小橋機。水輪機層以下大體積混凝土主要采用小橋機吊6.0m3或12.0m3吊罐入倉澆筑,HB-60型混凝土泵送輔助入倉,混凝土泵布置在尾水?dāng)U散段。在廠房機組布置1臺HB-60型混凝土泵,輔助澆筑蝸殼局部陰角等布料機難以進(jìn)入或覆蓋的位置。
方案2:結(jié)合廠房上游825.0m高程設(shè)通長鋼棧橋,貫通主廠房各機組、主副安裝場。鋼棧橋?qū)挾?m,靠墻側(cè)布置1條0.8m寬度混凝土運輸皮帶機,皮帶機配真空溜管下料,伸縮臂架布料皮帶機接力入倉;在廠房下游母線洞內(nèi),各布置1條混凝土運輸皮帶機配真空溜管下料,伸縮臂架布料皮帶機接力入倉。
方案3:采用“布料機混凝土輸送系統(tǒng)”入倉,布料機混凝土輸送系統(tǒng)是集液壓料斗、皮帶傳送、緩降裝置、布料機系統(tǒng)、立柱于一體的混凝土傳送裝置,能滿足地下廠房815.60m高程以下大體積混凝土快速入倉澆注。布料機混凝土運輸系統(tǒng)布置在7#、9#、11#母線洞,配置3套分料系統(tǒng)給梭式布料機供料,每個機組右側(cè)布置有一套立柱,三套布料機共六臺機組周轉(zhuǎn)使用。
圖1 地下電站水輪機層以下大體積混凝土傳統(tǒng)入倉方式布置
經(jīng)研究分析對比,方案3采用“布料機混凝土運輸系統(tǒng)”不僅能滿足大體積、高級配、高強度混凝土入倉澆筑,其緩降裝置能有效解決混凝土垂直運輸難題,且布料機可隨倉面上升而上升,能很好適應(yīng)水輪機層以下大體積混凝土快速入倉澆筑。該方案具有布置簡單、覆蓋范圍大、運行費用低等優(yōu)點,優(yōu)于方案1和方案2。經(jīng)分析比選優(yōu)先選用方案3作為廠房水輪機層以下大體積混凝土快速入倉方式。
烏東德水電站右岸地下廠房共布置3套梭式布料機,共6臺機組周轉(zhuǎn)使用,每套布料機混凝土運輸系統(tǒng)共由三大部分組成。
(1)第一部分為母線洞皮帶機供料系統(tǒng),該部分主要由集料斗、分料斗、鋼結(jié)構(gòu)桁架和水平皮帶機組成。
(2)第二部分為布料機入倉系統(tǒng),該部分主要由塔身立柱(由3.0m高的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)桁架組裝而成)、可圍繞塔身中軸線旋轉(zhuǎn)、伸縮皮帶機以及掛在皮帶機兩端的負(fù)壓橡皮溜筒組成。其中布料機主要組成部分為伸縮臂架、驅(qū)動滾筒裝置、槽型托輥裝置、平行托輥裝置、皮帶張緊裝置、5層聚氨酯皮帶、伸縮驅(qū)動裝置和受料斗。
水上有不少篷船,船夫獨居在船中,久而久之,連聽到自己的聲音都會嚇一跳,所以幾乎很少開口。另一些孤獨的人卻害怕安靜,他們像流水一樣養(yǎng)成了自言自語的習(xí)慣。明尼見過在一艘堆滿貝殼的駁船上的男人。“下一個貝殼,”他喃喃自語道,“里頭一定有珍珠。不過,就算沒珍珠,至少殼也能做珍珠色的扣子。算算,我撈的貝殼做成的扣子大概能堆成幾座山了……”有時候,明尼腳下混合著黏土和沙土的河床上就鋪有被沖壓出的一個個密密網(wǎng)眼的貝殼。
(3)第三部分為連接第一部分和第二部分的上料皮帶機運輸系統(tǒng)。該部分主要由鋼構(gòu)桁架、可回旋的懸掛式水平皮帶機組成。
圖2 烏東德水電站右岸主廠房布料機混凝土傳送系統(tǒng)布置
根據(jù)該系統(tǒng)的組成,結(jié)合本工程地下廠房及其附屬結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系,將該系統(tǒng)的三大部分分別布置在主廠房及母線洞內(nèi)。
(1)母線洞皮帶機輸送系統(tǒng)布置在7#、9#、11#母線洞底板上,底板高程為816.00m,集料斗位于主變室側(cè)的皮帶機端頭上部,頂部與主變室底板823.20m高程齊平,分料斗位于主廠房下游邊墻出露的皮帶機另一端的下部。
(2)塔頂式旋轉(zhuǎn)布料機入倉系統(tǒng)布置在主廠房7#-12#機組左側(cè)隔墩平臺上,隔墩巖體底板高程為789.7m,塔身立柱直接固定在隔墩底板上,旋轉(zhuǎn)式布料機安裝在塔身頂部。標(biāo)樁立柱節(jié)可互換,混凝土澆筑過程中,布料機提升只需調(diào)整上下標(biāo)準(zhǔn)立柱節(jié)的數(shù)量,使得上部布料機隨著混凝土澆筑高度的上升而提升。為了滿足一條母線洞皮帶機給兩條上料皮帶機供料的工況,左右兩條上料皮帶機上下布置,當(dāng)上料皮帶處于左方時,布料機立柱需增加一節(jié)3.93節(jié),上料皮帶機可左右互換。
(3)懸掛式皮帶機系統(tǒng),一端固定在母線洞底板上,高程位于母線洞底板與斜式皮帶機之間,與斜式皮帶機分料斗相接;另一端架在第二部分可旋轉(zhuǎn)式布料機上部的受料斗上。
圖3 烏東德水電站右岸主廠房梭式布料機系統(tǒng)平面布置
(1)母線洞皮帶機全長31.0m,寬650mm,由一臺功率11kW電動滾筒進(jìn)行驅(qū)動,傳送速度2m/s,生產(chǎn)率為120m3/h。集料斗位于主變室側(cè)的皮帶機端頭上部,容積為12m3,分料裝置位于主廠房下游邊墻出露的皮帶機另一端的下部,通過手動調(diào)節(jié),將混凝土料分配到不同部位的上料皮帶機上面。
(2)布料機皮帶全長25.0m,寬650mm,由一臺功率15kW電動滾筒進(jìn)行驅(qū)動,傳送速度2.5m/s,受料斗安裝在布料機與塔身連接部位,同時作為布料機的選擇圓心,布料機可繞此圓心做359°范圍旋轉(zhuǎn),設(shè)計生產(chǎn)率為120m3/h。同時皮帶機通過伸縮驅(qū)動裝置進(jìn)行伸縮,從而實現(xiàn)不同布料半徑(下料范圍),最小布料半徑2.5m,最大布料半徑為22m。
(3)上料皮帶機全長27.1m,寬650mm,由一臺功率7.5kW電動滾筒進(jìn)行驅(qū)動,傳送速度2m/s。
為保證混凝土輸送質(zhì)量,所有皮帶機均采用45°深槽高速皮帶機。布料機系統(tǒng)具體技術(shù)參數(shù)詳見表1。
表1 布料機系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
整個布料機混凝土運輸系統(tǒng)完全結(jié)合烏東德右岸地下廠房結(jié)構(gòu)特點以及相鄰洞室與廠房相對位置關(guān)系進(jìn)行布設(shè),具有安裝方便、操作簡單、運行流暢的特點。
輸送系統(tǒng)的流程為自卸汽車將混凝土料從拌合樓經(jīng)主變室運輸至母線洞口的輸送系統(tǒng)的起點-集料斗,混凝土料經(jīng)過集料斗、母線洞皮帶機、分料裝置、上料皮帶機、緩降裝置和布料機輸送至澆筑倉位。集料斗的作用為接受自卸汽車運輸來的混凝土料和對輸送系統(tǒng)的料流進(jìn)行控制。母線洞皮帶機將混凝土料輸送出母線洞,通過分料裝置將混凝土料分配到不同部位的上料皮帶機上面;布料機承擔(dān)將上料皮帶機輸送來的混凝土料輸送到澆筑倉位。
布料機系統(tǒng)運行時,混凝土經(jīng)自卸汽車或攪拌車下料至集料斗后,由全自動化皮帶輸送系統(tǒng)輸送至倉面。所有承載混凝土的皮帶機均安裝了智能控制系統(tǒng),通過稱重傳感器檢測到的安全參數(shù),對輸送過程中的堵料、皮帶跑偏等特殊情況進(jìn)行實時監(jiān)控并采取過荷保護,可在運行過程中有效地避免安全事故的發(fā)生。同時整個系統(tǒng)三大部分均設(shè)置有各自啟動開關(guān)和控制三大部分集體制動的緊急開關(guān),從而降低運行過程中突發(fā)情況的風(fēng)險系數(shù)。
整個布料機混凝土運輸系統(tǒng)安裝和調(diào)試完畢后即開始投入試用,根據(jù)首次帶料運行情況來看,存在以下影響系統(tǒng)運行及混凝土運輸效率的問題:①集料斗下料出料口下料不均勻?qū)е履妇€洞皮帶運輸過程中易跑偏;②布料機刮漿板不緊密導(dǎo)致皮帶底部漏漿嚴(yán)重倉面污染大;③母線洞運輸皮帶接頭斷裂;④混凝土入倉漿液飛濺等問題。
經(jīng)過首次試運行,項目部組織設(shè)備供貨廠商人員和施工局技術(shù)、設(shè)備操作人員召開技術(shù)方案專題討論會,針對上述問題進(jìn)行討論并提出處理建議:
(1)混凝土運輸過程中皮帶跑偏主要原因是由于母線洞集料斗下料口下料不均勻,皮帶自身糾偏能力不強導(dǎo)致的,解決辦法是在集料斗出料口增加一套平板振搗器保證集料斗下料均勻,同時對運輸皮帶兩側(cè)增設(shè)邊輪和調(diào)心滾筒,從而保證了皮帶機均勻、平穩(wěn)將混凝土運輸至倉面。
(2)針對皮帶易漏漿問題,對皮帶底部清掃器進(jìn)行改進(jìn),調(diào)整清掃器位置并檢查刮漿板張緊度,使其與皮帶緊密結(jié)合,同時及時清理刮漿板上的水泥漿,確保達(dá)到最好清理效果,有效解決皮帶漏漿問題。
(3)母線洞皮帶機運輸皮帶接頭開裂問題,主要是接頭膠接的工藝問題,經(jīng)設(shè)備人員對接頭開裂部位二次硫化膠接,并在后續(xù)運行過程中安排專人巡視,預(yù)防皮帶斷裂帶來的安全隱患。
(4)針對混凝土入倉漿液飛濺問題,主要原因是負(fù)壓橡皮溜桶按12m一節(jié)設(shè)計制作,與倉面下料高度無法精確控制在1.5m以內(nèi),通過采取制作法蘭盤接頭調(diào)整負(fù)壓橡皮溜筒距倉面的距離,降低混凝土自由下落高度,解決了混凝土入倉時漿液飛濺問題。
經(jīng)過項目部及設(shè)備廠家技術(shù)、設(shè)備操作人員的共同努力,對整個布料機系統(tǒng)試運行過程進(jìn)行監(jiān)控,對發(fā)現(xiàn)的問題及時研究分析并及時解決,保證了布料機系統(tǒng)的正常運行,從而在投產(chǎn)后較短時間內(nèi)達(dá)到設(shè)備理論混凝土輸送強度,該布料機系統(tǒng)的使用,使得右岸地下電站7#-12#機組水輪機層以下大體積混凝土的澆筑質(zhì)量和進(jìn)度都得到了充分的保證。
根據(jù)水輪機廠家(ASTOM)及設(shè)計要求,各機組段混凝土須進(jìn)行分層、分塊澆筑,各層分塊可根據(jù)混凝土入倉設(shè)備實際入倉能力調(diào)整,單層混凝土澆筑方量2000m3~3000m3,平均倉面面積1020m2,平鋪法澆筑最小層厚控制在30cm,最低入倉強度為80m2/h。如果采用傳統(tǒng)的泵送混凝土入倉,根據(jù)現(xiàn)場空間按配置兩臺HBT60混凝土泵計算,實際平均入倉強度僅為50m2/h,無法滿足單層一次澆筑,需對單層按象限分塊兩兩對稱澆筑,而布料機混凝土運輸系統(tǒng),實際平均入倉強度為100m2/h,可滿足單個機組段混凝土按設(shè)計分層一次澆筑,混凝土澆筑強度提高了一倍,且單層無需分塊,一次澆筑成型,大大縮短了水輪機層以下大體積混凝土的備倉、入倉澆筑工期。確保了地下廠房水輪機層以下大體積混凝土優(yōu)質(zhì)高效澆筑完成。
布料機混凝土輸送系統(tǒng)采用皮帶傳送,能適應(yīng)各種級配混凝土入倉澆筑,在烏東德水電站右岸地下廠房水輪機層以下大體積混凝土施工中大量采用三級配常態(tài)混凝土回填,通過優(yōu)化混凝土級配,不僅減小水泥水化熱對混凝土早期開裂影響,而且節(jié)約成本投入。
烏東德水電站右岸地下廠房創(chuàng)新性采用布料機混凝土輸送系統(tǒng)作為水輪機層以下大混凝土水平及垂直入倉工具,運用效果顯著,不僅簡化了施工布置、改善了施工工藝、提高了施工質(zhì)量,而且加快了施工進(jìn)度、優(yōu)化了混凝土級配,節(jié)約了成本投入,經(jīng)濟效益和工期效益十分顯著,具有十分明顯的推廣應(yīng)用價值。