西藏DG水电站2号机座环、蜗壳整体水平调整分析

熊自强，黄 宏，嘎 玛

(1. 华电西藏能源有限公司大古水电分公司，西藏 山南 856000； 2. 中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

DG水电站单机容量165 MW，总装机660 MW，是西藏目前单机最大和总装机最大的电源项目，西藏首个运用BIM(数字化建模)设计及施工管理的水电工程。

DG水电站2号机座环现场组装后总重量94 t。蜗壳总共28管节，其中24节为环节，4节为直管段，蜗壳总重241 t。2号机座环、蜗壳全部安装焊接完成，蜗壳焊缝包括与压力钢管连接焊缝全部焊接完成，蜗壳排水管已焊接完成，座环与尾水锥管已点焊完毕。

1 2号机座环水平变化情况

1)2号座环于2019-11-02日调整完成并验收，验收时座环水平偏差0.27 mm，满足规范要求≤0.40 mm[1]。

2)2020-05-30日2号蜗壳安装焊接全部完成后，复测2号座环水平偏差1.62 mm。

3)2020-07-01日再次对2号机座环进行复测(共计3次)，水平偏差2.79 mm。+X偏+Y15°方向最高，-X偏-Y15°方向最低。座环水平测点见图1。

2 原因分析

2.1 蜗壳重量分布不平衡

蜗壳管径从大到小，在座环上重量分布不均衡，座环受力不均衡，长时间搁置未浇筑混凝土，导致座环水平变化。

2.2 座环混凝土支墩预埋钢板透空因素

座环基础地脚螺栓的一期混凝土尺寸为

图1 座环水平测点图(单位：mm)

400 mm×400 mm，高度为1 450 mm，支墩底部还有一个250 mm×400 mm的二期孔，混凝土支墩预埋钢板之间透空，承重受力后发生下沉(检查发现有一个混凝土支墩已出现裂纹，大部分支墩和钢板之间透空现象)。基础地脚螺栓未完全受力，导致座环水平变化。座环基础地脚螺栓安装图见图2。

图2 座环基础地脚螺栓安装图

2.3 部分蜗壳支墩未调整到位，受力不均

蜗壳分三圈支墩，检查发现，在座环蜗壳调整到位以后，部分支墩安装未受力、中心不正，受力不均衡，致使蜗壳部分重量由座环承受，座环长时间不均匀受力，导致座环水平变化。蜗壳支墩安装见图3。

图3 蜗壳支墩安装图

3 蜗壳、座环调整用支撑件及拉锚计算

3.1 蜗壳、座环、支撑件及拉锚参数

蜗壳、座环、支撑件及拉锚参数见表1。

3.2 蜗壳支撑千斤顶压应力计算

假设蜗壳、座环重量全部由蜗壳底部千斤顶承受，其承受的总重为：241.5+23+94=358.5 ton。

每组千斤顶受力为：358.5÷47=7.63 ton。

千斤顶螺杆所受压应力为：7.63÷(3.14×0.021 2)×1 000×9.8=54 MPa。

螺杆材料为45号，屈服强度不小于355 MPa。

千斤顶螺杆压应力54 MPa≤355×0.6=213 MPa。

3.3 座环支撑楔子板压应力计算

假设蜗壳重量也由座环底部楔子板承受，那么楔子板受座环基础螺栓预紧力(每只147.5 t)、座环重力、蜗壳机支撑重力之和：

15×147.5+358.5×9.8=2 563.8 ton

表1 蜗壳、座环、支撑件及拉锚参数

楔子板所受压应力为

2 563.8×1 000÷(30×0.024)=35.6×106Pa=30 MPa

楔子板材料为Q235B，屈服强度不小于225 MPa。

楔子板压应力35.6 MPa≤225×0.6=135 MPa。

3.4 混凝土浇筑过程中

根据GB/T8564要求，蜗壳安装、焊接及浇筑混凝土时，应有防止座环变形的措施，混凝土浇筑时，混凝土上升速度不应超过300 mm/h，每层浇高不大于2.0 m。在浇筑过程中应监测座环变形，并按实际情况随时调整混凝土浇筑顺序。

蜗壳向下投影面积约为265 m2，假定液态混凝土的压强全部作用在蜗壳向下投影面上，蜗壳、座环所受浮力为

265 m2×0.6 m×2 400 kg/m3=381 600 kg=381.6 ton

蜗壳拉锚、座环地脚螺栓所受拉力为浮力与蜗壳、座环重力之差：

381.6-358.5=23.1 ton

3.5 蜗壳拉锚拉应力计算

假定混凝土浇筑过程中，向上的拉力全部由蜗壳拉锚承受，每根拉锚所受拉力为

23.1÷36=0.64 ton

拉锚所受拉应力为：0.64÷(3.14×0.015 2)×1 000×9.8=8.9 MPa。

拉锚材料为HRB335，屈服强度不小于335 MPa。

拉锚应力8.9 MPa≤335 MPa×0.6=201 MPa。

3.6 座环地脚螺栓拉应力

每根座环地脚螺栓在拧紧时已加载147.5 ton的预紧力，假设混凝土浇筑过程中，向上的拉力全部由地脚螺栓承受，拉力只占地脚螺栓预紧力的1.02%，对地脚螺栓的影响可以忽略不计。

3.7 结 论

从以上计算结果得出结论：蜗壳、座环调整支撑件及拉锚在安装过程中所受应力均在许用值之下，满足安装要求。

4 整体水平调整

参考国内外有关经验，经研究对2号机座环、蜗壳整体水平的调整采用以下方法及工艺[2-3]。

4.1 调整方法

调整前的准备：

1)测量座环水平真实数据，对数据进行分析，根据数据推算千斤顶摆放位置；

2)根据千斤顶位置制作钢支墩，将制作好的钢支墩、千斤顶摆放到位，将千斤顶带劲承重，千斤顶统一使用50 t螺旋千斤顶；

3)将准备好的百分表分别架设在千斤顶旁。将表对“0”；

4)使用碳弧刨将座环调整楔子、蜗壳千斤顶(埋件)、拉伸器、锥管与座环点焊处进行处理，松开原有所有固定部位，使座环处于可调整状态；

5)将所有千斤顶再次带劲承重，使用大锤、开口扳手将千斤顶(埋件)全部往上升，将低点升至合格范围；

6)检查百分表变化，进行记录，使用液压拉伸器把座环地脚螺栓全部松开(+X至+Y、-X夹角顺时针旋转区域)；

7)将所有千斤顶再次带劲承重，使用大锤、开口扳手将千斤顶(埋件)全部往上升，(不停重复，观察百分表变化，直至座环水平满足要求)。

2号机组座环和蜗壳水平调整千斤顶及钢支墩布置如图4所示，根据现场情况可进行适当增加调整。

4.2 测量方法

1)架上表分别进行检测，百分表在拆除过程中已架好。在顶起时观察百分表变化，如百分表转上1圈后。再次对座环水平进行测量。

2)在蜗壳外围架设全站仪进行测量，在调整过程中使用全站仪进行观察。

图4 座环和蜗壳水平调整千斤顶布置图

4.3 调整过程中可能会发生的风险及应对方案

1)在调整过程中按步骤将螺栓、支撑、拉伸器依次松开，松开过程中由于蜗壳已焊接完成、尾水管与基础环已点焊死、直管段与压力钢管已连接，座环和蜗壳在焊接后有应力。在拆除过程中座环中心、高程、水平存在发生变化风险，也有可能在松开某一点时，座环和蜗壳整体发生瞬间位移情况，会增加调整难度。如变化大会不会影响调整结果，或者无法调整等风险。

应对方案：在加固件拆除过程中，派专人严密监测百分表变化情况，如发现有变化，立即停止拆除，或根据变化趋势，改变拆除点，来满足稳定变化要求。

2)在使用千斤顶调整过程中，可能会导致蜗壳变形凹陷情况发生。

应对方案：在千斤顶和蜗壳受力点处采用带一定弧度钢板来保障受力点的受力面积， 在千斤顶顶起蜗壳时，严密监视受力情况，发现钢板受力面积不均匀时，立即进行调整。在顶起时，严密监测蜗壳有无变形趋势，适当调整受力位置。

按以上调整方法，总共分四次调整，数据如图5。

图5 受力调整分析图(单位：mm)

5 结 语

对座环、蜗壳整体水平调整后，复查2号机座环水平最大偏差0.32 mm，优于国标最大允许偏差0.40 mm，座环水平达到规范要求。通过此次调整，证明座环安装完成蜗壳挂装以后，座环水平不合格是可以通过整体调整达到规范要求的，为水电站同类型机组安装过程中座环、蜗壳水平整体调整提供借鉴方案，在整个水电安装过程中提供参考价值。