综合交通枢纽地下35kV变电设备运输及维护通道设计

王亚彬

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

综合交通枢纽地下35kV变电设备运输及维护通道设计

王亚彬

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

摘 要:结合某铁路站房地下35/10kV变电所的设计情况,充分调研多种运输机械的性能,借鉴以往大型设备的运输经验,针对变电所的空间布局在设计阶段提出了合理的主变设备运输维护通道的设计方案。通过不同方案比选,充分考虑维护便利、工程投资、运输机械、吊装方案、专业配合等因素,提出利用特种吊装设备2次起吊的思路,巧妙解决了小空间、大荷载、复杂路径的设备运输的设计问题,节约工程投资的同时降低了设备检修或增容对国铁和市政系统运营管理的影响。

关键词:综合交通枢纽;运输维护通道;吊装方案;路径产权

1 概述

综合交通枢纽集铁路、城市轨道交通、公交、出租和其他交通方式于一体,处于城市发展核心区,其建筑结构较为复杂,且对周边景观要求较高。当35kV及以上电压等级的变电所与铁路站房合建时,由于其变电设备体积大、质量大,检修及更换的运输路径和运输方式成为设计中不可忽视的环节。其中运输路径途经铁路、市政、地铁运营等部门不同管理区域,在设计阶段须统筹解决通道问题。

2 研究背景

某大型综合交通枢纽工程分为国铁站房工程和市政配套公用工程两部分,但两个工程的投资主体、管理运营、设计、施工均分属不同单位,且由于设计和建设周期不同将面临工程配合难度大的问题。国铁站房35kV变电所设置于国铁站房的地下一层,考虑到站房远期发展容量预留,最大变电设备为35kV干式主变压器。35kV变电所、国铁站房设施、高架桥与市政配套工程的相对位置如图1所示。

由于变电所空间位置的特殊性,变电设备的运输存在三方面的问题:体积大、质量重的设备在小空间、复杂路径区域的运输技术难度较大,需协调电力、建筑、结构、道路、桥梁等专业按实际情况统筹考虑;运输通道经过市政管理范围,需各建设方协商通道产权及使用权,避免潜在纠纷;铁路、市政、地铁正常运营后存在主变等设备更换的可能性,需考虑设备更换的运输通道对各类交通运营的影响。

3 设备运输方案的设计

设备运输方案的设计包括吊装位置及吊运方案的选择、室外运输路径方案设计、室内运输路径方案设计三部分。运输通道的设计应综合考虑土建结构荷载能力、工程限界、维护费用、运输通道的可实施性及设备运输对正常交通运营的影响等方面。本工程设备运输有两条可选路径,路径一:

规划路→站前中央环路→市政便道→下穿高架桥→国铁范围内坡道→国铁停车位(设备装卸区)→国铁站房平台→吊装孔→市政中央换乘大厅(地下一层)→国铁站房大厅→35kV变电所;路径二:规划路→站前中央环路→花卉景观场地→天井南侧地面→市政中央换乘大厅(地下一层)→国铁站房大厅→35kV变电所,路径一、二走向示意如图1所示。

图1 35kV变电所装置运输路径示意

路径一的运输维护通道仅涉及铁路内部,便于协调,但吊装口运输设备困难;路径二的运输维护通道涉及铁路、市政,协调困难,吊装口运输设备简单。以下详细进行分析。

3.1 室外路径运输方案设计

运输大容量变压器一般采用低平板半挂式卡车,本工程主变压器约重360kN,卡车运输段路径道路应满足宽度不小于4.2m(考虑运输方便两侧分别预留0.5m),最小转弯半径不应小于12m,道路坡度不大于20°,上跨建筑物最低点距地应大于4.385m(货台1.035m+主变高3.15m+安全裕度0.2m),且道路面应满足车货共500kN荷载要求。根据设备重确定运输车辆后,应及时将车辆轴数、载货车辆总重、载货高度、车辆所需最小道路宽度、最大坡度、最小转弯半径等参数及运输路径提供给线路、路基、桥梁等土建专业做好设计配合工作。经核实,路径一和路径二室外道路、上跨道路建筑各项指标均能满足上述运输要求,可顺利将主变压器运至国铁停车位(设备装卸区)和天井南侧地面。

路径一中自设备装卸区至吊装孔路径段宜采用吊车或叉车运送。运输设备选择:常用汽车吊主臂约为12m,仰角不小于30°,吊运设备上部至少需有6m的操作空间,而变压器高为3.3m,站台平台部分高架桥距地面仅为7.45m(小于吊装高度9.3m),故汽车吊不能满足吊运要求;履带吊车仰角可以小到0°,但吊运360kN设备需选用额定吊运2000kN以上的高性能吊车,吊车自重达2000kN,将对地下结构要求极为苛刻,且操作空间受限制较大(自由操作至少需要约15m(长)×15m(宽)×8m(高)的空间),在此也不宜履带吊运输;考虑到后序吊装孔操作,此段路径选用特种吊车(TriLiferTL150BW),可兼做叉车和龙门吊使用,驱动形式为液压驱动,额定载重400kN以上,吊运操作空间净高不小于3.5m即可保证将变压器顺利运至吊装孔附近。路径一所经区域几乎全部属于国铁范围内,协调简单。

路径二自站前中央环路至天井南侧实际运输较为便捷,但此段路径均为市政管理区域,路径使用权协调难度较大,而且重型设备运输会破坏景观花卉,势必会产生修复补偿问题。

3.2 吊装位置及吊运方案的选择

由于变电所位于地下10.8m处,变电设备吊装的位置直接影响运输路径及吊装方案,选择吊装孔应遵循“安全、便捷、省时、经济”的原则。

对应路径一的吊装孔:地上一层为售票系统房间,变电所正上方不具备预留吊装孔条件;售票厅北侧站房内具备条件预留,但站场内未设平交道,变电设备及吊装机械无法运至吊装区域;售票厅南侧为站前平台,预留吊装孔较容易,且设备运输较方便。考虑到站前平台上方设置高架桥,其地下结构本身承受荷载能力较大,附加设备荷载对工程投资影响较小,结合最大设备主变压器的尺寸和吊装操作空间,在桥下平台设置5m×4m(长×宽)的吊装孔,如图1中所示。若采用常规吊装工艺通过此吊装孔将设备运至地下一层(高程-10.8m),存在4个问题:高架桥为景观工程的一部分,预埋吊钩需预设承力梁,与总体方案相冲突,且土建投资增加;高架桥底沿距地面 7.45m(小于10.8m),采用普通液压龙门吊垂直伸缩量不够;吊装孔两侧距高架桥桥墩较近,最近处仅为3m,大型吊运设备操作空间无法满足;吊装孔距国铁与市政分界线仅为5.9m,吊车在该侧操作时,受力点作用在市政结构之上,需两家设计单位密切配合,共同设计,实施困难。

综合考虑以上因素,可提出两种吊运方案:特种吊车配临时承力钢架方案和架设龙门支架配电动葫芦或卷扬机方案。由于龙门支架方案需架设相关装备和构建相关基础,操作时间长,操作可靠性不高,且对交通系统运营影响较大,实施困难,不宜采用。对于特种吊车方案,单吊车一次吊运360kN主变压器时,吊臂最大垂直升降距离为4.5m。单吊车操作示意如图2所示,由于吊索长度不能满足一次吊装的需求,需变压器完全降至结构底板以下后(约下降4m)增设配合临时承力钢架,使临时承力索作用在受力工字钢架之上;然后将吊车臂升高并伸长吊索长度,撤除临时承力钢索之后,操作吊车臂下降至约-8m,再重复上述操作一次即可将主变运至地下一层中央换乘大厅;将主变压器自地下运至地上时,按同样方法倒序操作即可。在此方案中,吊车对地最大荷载为710kN,需在临时承力钢架之下垫适当尺寸的防护钢板以减小对地下结构的压强,同时须向结构设计专业提出相关要求,以保证地下结构的承载安全。此外,应在吊车靠近吊装孔一侧放置约束挡板,防止吊车横向移动造成倾覆危险。

图2 单吊车吊装方案示意(单位:mm)

路径二中可利用公交车场南侧天井作为“天然”吊装孔,采用常规运输方式即可将变电设备顺利运到天井附近,吊装技术操作上也较为简单,采用常用额定的400kN汽车吊即可将主变压器顺利运至地下一层(高程-10.8m)。但天井产权属于市政,且周围的花卉场地为市政景观工程的一部分;该路径作为重型设备运输的通道,需由铁路和市政双方妥善解决使用权、设施保护措施、景观修复等问题。

3.3 室内路径运输方案设计

中央换乘大厅地下二层为地铁预留空间,属于市政设计范围,且无类似大型设备运输路径经由该区域。为满足国铁35kV变电设备运输要求,市政、地铁工程结构专业需单独考虑,须进行结构核算、加固。由于大型变电设备检修及更换频率很低,应尽量节约结构加固投资、减小结构底板承受应力,同时考虑到工程机械设备运至地下一层也较困难,室内运输宜选用导轨装运结合导链牵引的方式。

经结构专业的计算核实,地下二层地铁为人防工程,其一般承载能力不小于55kN/m2,可满足主变的运输要求。考虑到装修修复费用和运输保护措施费,路径一途径市政区域较短有更好的经济性。

在中央换乘大厅至变电所走廊段空间较大,运输操作较方便;但进入变电所走道后操作空间较小,施工人员牵引变压器难度较大。在设计阶段应考虑设备安装问题,宜采取在相应位置预埋水平吊钩、地锚等辅助运输构件的方案。

4 结论

综合两个维护运输通道方案,路径一产权较为清晰,经济性较好,虽然技术操作较为复杂,但通过精密设计、统筹配合可实现最终的顺畅运输,且不需要与市政等部门大量协调;路径二虽实际运输操作技术难度较小,但在室外路径、吊装位置、室内路径等环节均存在通道使用权和设施修复等问题,且长距离室内运输对运营影响较大,运输保护措施成本较高。最终本工程采用路径一,并在设计阶段与线路、路基、桥梁、建筑、结构、限界等专业的密切配合,以保证方案的最终顺利实施。

5 总结

本文针对国铁站房变电装置的运输问题,研究了大型设备运输通道在运输车辆、道路宽度、坡度、转弯半径、地面允许比压、建筑结构荷载、土建辅助管件预埋等方面与相应专业密切配合时应考虑的设计细节,着重分析了建筑布局复杂,操作空间狭小、路径产权多元化、吊装孔位置受约束对设备运输和维护通道的影响。针对我国综合交通枢纽的快速建设,统筹设计大型设备运输和维护通道十分必要,对小空间,复杂路径的大型设备的运输及维护通道设计细节具有一定的借鉴意义。

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中图分类号:U224

文献标识码:A

文章编号:1004 -2954(2012)12 -0113 -03

收稿日期:2012-08-30

作者简介:王亚彬(1985—),男,助理工程师,2011年毕业于河北工业大学电气工程专业,工学硕士,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