埃塞俄比亚GIBE3水电站压力管道竖井检修通道设计

杨 兴 义

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

埃塞俄比亚GIBE3水电站压力管道竖井检修通道设计

杨 兴 义

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

结合埃塞俄比亚GIBE3水电站压力管道施工支洞布置的特点，进行了压力管道竖井检修通道的布置设计。该工程已于2015年9月充水发电，压力钢管竖井检修平台及起吊装置运行良好。该工程可为类似工程的竖井检修设计提供有益参考。

GIBE3水电站;压力管道;检修;竖井;埃塞俄比亚

1 工程概况

GIBE3水电站是埃塞俄比亚OMO河梯级开发中的第三级水电站，电站总装机1 870 MW，是埃塞俄比亚已建规模最大的水电站。该工程规模大、等级高，设计、施工及检修标准要求较高。电站左岸布置两条发电引水隧洞，调压井之后的压力管道由上平段、竖井段、下平段及岔支管段组成。压力管道主管直径7.7 m，采用钢板衬砌，竖井高度117 m。

2 竖井检修通道布置

2.1 总体布置

压力管道斜井或竖井检修一直是水电工程建设中的难点，至今尚未有成熟的解决方法。目前已建成的溪洛渡、锦屏、瀑布沟、大岗山、西龙池等水电站，均布置有竖井或斜井，但都没有设置专门针对斜井或竖井的检修通道。天生桥二级水电站竖井(直径5.7 m)上弯段上游设置了检修进人孔，配备了卷扬机，由于检查难度大，配套设备布置不协调等原因，建成至今并未进行检查或检修。

压力管道竖井如果考虑后期检修，应在设计时布置检修交通洞、检修进人孔、检修平台，检修起吊装置，电源及控制设备等，才能保证检修人员安全进入竖井进行检修。

GIBE3水电站钢管竖井检修通道利用已有施工支洞作为交通洞，进入上弯段检修室内，采用起吊设备，将检修平台垂直起吊，通过钢管上弯段的进人孔进入竖井，检修平台上的设备可以控制平台的升降，人员及设备可到达竖井的各部位，打开检修平台对压力管道内壁进行检修。压力管道竖井检修布置如图1所示。

2.2 进人孔及岔管设计

根据GIBE3检修通道的布置情况，在竖井中心线与高压钢管上弯段相交部位开孔，通过岔管的支管(D=1.6 m)进入竖井，支管顶部设有法兰连接闷头。弯管处开孔后，水流流态较差，设置导流板以平顺水流，导流板通过支撑结构与闷头连接。进入竖井前，需将闷头、导流板及支撑吊出后，才能吊入检修平台。

进人孔顶部的闷头直径1.86 m，压力1.4 MPa，采用平板闷头型式，通过法兰与支管连接。闷头钢材为Q345R，根据计算厚度为74 mm，法兰厚度也为74 mm，支管厚度36 mm，螺栓32个，直径32 mm。

弯段处岔管主管直径7.7 m，支管直径1.6 m，内水压力1.4 MPa，根据主支管直径比，采用了制造相对简单的贴边岔管结构型式。弯段上的分岔管设计，是本工程检修通道设计的重点和难点。弯段分岔管在锐角区应力集中非常明显，采用三维有限元分析方法对岔管结构进行计算分析，岔管钢材为高强钢(抗拉强度610 MPa)，主支管壁厚为40 mm、主支管外层贴边厚80 mm(两层：40 mm+40 mm)时，结构应力满足规范要求(见图2)。

2.3 检修平台设计

检修平台是压力管道竖井检修的重要部件，必须保证检修平台的安全性及可操作性。由于上部进人孔直径为1.6 m，下部竖井直径为7.7 m，因此检修平台设计为可伸缩式平台，在通过进人孔及支管时平台收缩合拢，到达下部竖井后平台伸展打开，人员及设备可到达压力管道内壁进行检修。

图1 GIBE3电站压力管道竖井检修通道布置示意

图2 弯段处贴边岔管贴边处合成应力(MPa)

检修平台设计时应尽可能减小重量，轻便的结构利于吊装。GIBE3电站检修平台总重量约2.8 t，采用轻型钢结构，平台合拢时成直径约1.5 m的圆柱形，高度约6 m；平台打开后成一字形检修通道，长度约7.65 m，宽度0.5 m，通道两侧设置有栏杆，人员可以在通道上来回走动，主要检修设备放置在平台中央。当检修人员从中央往管壁方向一侧行进时，另一侧采用配重方式维持平台的平衡。当需要检修整个竖井壁圆周时，通过平台上的控制器，控制平台旋转至相应的位置。

2.4 起吊装置及控制设备

起吊装置是为检修平台、起吊闷头、导流支撑结构提供起吊动力的设备，GIBE3水电站采用电动葫芦对检修平台进行起吊。电动葫芦最大起吊重量5 t，最大提升高度110 m，竖向起升速度8 m/min，400 V、50 Hz交流电源供电。

控制设备主要布置在顶部的控制室内，通过控制设备，可以控制起吊装置、检修平台。检修平台上也设置有控制设备，人员在竖井内也可以控制平台伸缩、旋转和提升。为确保人员安全，还设置了预警按钮，紧急情况下控制室能控制平台的起升速度和锁定平台。起吊装置与检修平台之间设置有检修人员安全绳，保证下井检修人员人身安全。

3 结 语

本文结合埃塞俄比亚GIBE3水电站压力管道施工支洞布置的特点，较为巧妙地进行了压力管道竖井检修通道的布置设计。该工程压力钢管已于2015年9月充水发电，运行情况显示压力钢管上弯段进人孔闷头及岔管结构安全。2015年11月，检修机组时放空了压力管道，对检修平台及起吊装置进行调试，可顺利完成竖井内壁检查。该工程压力管道竖井检修通道布置可为类似工程的竖井检修设计提供有益参考。

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[3] 杨海红，杨兴义，伍鹤皋. 三分梁式岔管体形设计与有限元分析计算[J]. 水力发电，2012(2)：54-55.

[4] 黄希元，唐怡省. 小型水电站机电设计手册(金属结构)[M]. 北京：水利电力出版社，1991.

2016-03-25

杨兴义 (1980-),男，贵州三都人，高级工程师，硕士研究生，从事水工建筑物设计工作。

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