机组埋件安装：特点和难点

抽水蓄能电站机电设备众多，由于受地下厂房空间限制，大量水机管路、电气管路、设备基础需要预埋，埋件安装工程量远大于常规水电站，极易发生错埋、漏埋现象。因此，需落实交面复查签证制度，经各方复查见证签字确认后方可浇筑混凝土。

机组埋件安装重点控制管道定位、配管焊接、压力试验、管路清洗、支撑加固及管口临时封堵，其中管路压力试验应实行旁站监理。电气埋件安装主要控制埋件材质、定位加固、软管防护、接地体焊接及过缝处理等。

水泵水轮机埋件安装工作内容包括：尾水管扩散段里衬安装及尾水管扩散段里衬出口与尾水隧洞钢里衬间焊缝焊接；尾水肘管里衬安装；座环、蜗壳、蜗壳延伸段安装及蜗壳水压试验；尾水锥管、泄流环/底环安装；机坑里衬和接力器基础安装等。

3.10.1.1 埋件安装特点

（1）埋件拼装场地狭窄，埋件安装部位积水较多，安装环境差。呼蓄电站机组埋件主要由尾水管、座环蜗壳、机坑里衬等组成，电站机组埋件安装始于2012年3月16日，2014年3月21日4号机组埋件安装完成，历时2年。在这2年期间，正是电站厂房混凝土浇筑及机电安装的高峰年，埋件安装时间正好与厂房混凝土施工、机电安装高峰期交叉，地下厂房安装间留出足够宽度的施工通道及一定区域用来堆放机电设备及其他安装材料，埋件拼装场地比较受限；同时，厂房混凝土浇筑期间有较多积水，安装环境较差。

（2）埋件安装须与土建施工交叉进行，施工互相干扰，协调难度大。座环蜗壳中心调整完成后，需进行拉紧螺杆紧固。根据施工工艺要求，拉紧螺杆紧固需分3次进行：第一次预紧后，进行蜗壳支墩二期混凝土非收缩混凝土浇筑；5d后方可进行第二次拉紧，混凝土浇筑90d后进行最后一次拉紧。而在蜗壳保压浇筑过程中，需由机电安装单位的专业人员对蜗壳内压力、座环位移（或形变）进行监测，土建施工单位与机电安装单位相互干扰，协调难度较大。

（3）埋件拼装焊接工作量大，要求高。呼蓄电站尾水管为立式弯肘型，包括扩散段、弯肘段和直锥段，共分8瓣运输，总重约82.6t，按照从出口至入口的顺序进行拼装，其中1号机组尾水管的焊缝长度为113607mm，要求焊缝错牙控制在2mm以内，焊缝间隙控制在1～3mm。座环蜗壳在工厂内焊接，分2瓣运输，总重约140t，现场焊接拼装，其中，1号座环蜗壳的焊缝长度为31270mm，焊接后，上下环板同心度偏差需控制在1mm之内；机坑里衬分三段六节到货，20个接力器坑衬焊接于机坑里衬中段上，现场拼装焊接后吊入机坑调整，高程偏差需控制在±5mm以内。

3.10.1.2 埋件安装难点

（1）埋件周边混凝土施工质量控制。机组大型埋件周边混凝土施工，既要保证埋件的精确定位，又要保证混凝土浇筑质量，一直以来都是施工的重点和难点。特别是蜗壳混凝土浇筑时，若不采取不等高度分层对称下料、控制浇筑振捣速度等有效措施，势必引起座环水平大幅度变化。为了有效预防和避免座环、蜗壳在混凝土浇筑过程中变形，影响后续机电主体安装，向家坝水电站8号机组在进行蜗壳混凝土浇筑时还要求机电监理参与座环蜗壳的变形监测。呼蓄电站在借鉴三峡电站及其他项目成功建设经验的基础上，先后制定了《呼蓄厂房混凝土回填灌浆施工方案》《尾水管混凝土回填接触灌浆施工方案》《蜗壳与座环间混凝土灌浆施工方案》《蜗壳与座环间混凝土灌浆作业指导书》《蜗壳水压试验（保压混凝土浇筑）专项技术措施》《1～4号机尾水管底部钢衬二次灌浆施工方案》《混凝土缺陷处理施工方案》《混凝土浇筑应急预案》等施工方案；并根据电站地处北方，冬季气温较低的特点，编制了《冬季施工方案》。《冬季施工方案》中明确了主要施工工艺流程、施工方法、主要施工设备、质量安全保证措施、特殊情况处理措施等相关事项。

埋件安装需与土建施工交叉进行，为了提高机电安装单位与土建施工单位之间协调的效率，在机组埋件安装期间，公司机电建设部每天下午组织召开机电埋件安装协调会。参会的单位有机电建设部、工程管理部、机电安装单位、土建施工单位、设计院、设备供货厂家代表及机电、土建监理等。例会主要协调埋件安装与埋件混凝土浇筑相关事宜，机电安装单位及土建施工单位在会上各自汇报施工进度安排及需协调的问题，各相关单位根据机电部及工程部的安排协调配合。为了预防埋件错埋、漏埋、重埋等问题发生，在埋件混凝土浇筑前，相关单位共同梳理埋件提示表，并在验仓过程中重点查验。机电及土建监理在会签表上签字确认后，土建施工单位才能安排混凝土浇筑事宜。

在混凝土浇筑过程中，针对不同的混凝土浇筑部位制定不同的施工方案，并在浇筑前由监理组织相关单位进行技术交底，在浇筑过程中严格按照施工方案进行施工，有效地保证了电站埋件混凝土的浇筑质量。呼蓄电站土建及金结机电一期埋件单位工程包括19个分部工程、973个单元工程，验收全部合格，其中18个分部评定为优良，优良率94.7%，单位工程质量验收评定为优良。在蜗壳保压浇筑过程中，也有效地控制了座环蜗壳变形量，监测数据见表3.10.1。

表3.10.1　蜗壳保压浇筑监测数据　单位：mm

（2）埋件焊接质量控制。呼蓄电站的尾水管、机坑里衬、座环蜗壳都是在电站现场组焊拼装的，焊接工作量及焊接难度均比较大。在电站建设过程中，金属部件的焊接质量是机电安装过程中重点控制的环节，也是埋件验收重要内容。焊缝探伤合格是埋件验收合格的前提条件。特别是座环的焊接，座环既是承受机组和混凝土重量的部件，也是确定机组安装中心的基础，焊接质量不但影响座环蜗壳的最终质量，还会影响整个机组的安装质量，是电站埋件焊接的关键工序。

座环焊接的难点在于：①座环焊接是在自由状态下进行，控制难度较大；②在焊接过程中需十分重视焊接的顺序和过程监控测量，监测频次及精度要求均比较高；③焊接过程中要求根据座环面水平度的变化调节加温电流，对焊接工人的工艺水平要求较高；④焊接完成后，还须按要求温度进行热处理，现场保温要求较高。乌江水电站1号座环拼装过程中曾发生过座环焊接质量控制不到位导致座环变形的事件：乌江水电站1号座环找正加固后测定上法兰镗口圆度误差为1mm，但在蜗壳蝶形边焊接完成后，误差已达10mm，远大于规程允许的椭圆度偏差值1.5mm。主要原因为焊接敷熔金属量不对称造成剩余应力不一致；同时，在焊接过程中未采取顶盖加固措施。

为了防止类似的焊接质量事故发生，呼蓄电站在建设过程当中，积极借鉴水电项目建设的成功经验，根据设备供货商提供的焊接工艺要求，先后编制了《尾水管焊接工艺措施》《座环、蜗壳焊接工艺措施》《座环机加工施工技术措施》等技术措施，并在焊接过程中严格按照焊接工艺技术措施实施，有效地保证了埋件焊接质量——埋件焊缝一检合格率96%以上，一次返修合格率100%，焊缝检查情况见表3.10.2。

表3.10.2　呼蓄电站埋件安装焊缝检查情况

（2）2号机座环拉紧螺杆断裂。呼蓄电站每台机组座环共有40根M80×6座环拉紧螺杆，2013年7月1日，呼蓄电站2号机组的一根M80×6座环拉紧螺杆在进行蜗壳混凝土浇筑后的最终拉伸时发生断裂，如图3.10.1所示。

3.10.1.3 埋件安装问题处理

（1）取消导水机构厂内预装。呼蓄电站机组的结构比较特殊，按照ALSTOM安装工艺流程，底环需在浇筑机坑里衬上段混凝土前吊入机坑，否则底环无法正常安装，这就要求底环的交货期要比顶盖、导水机构等部件提前6个月。导水机构作为机组重要部件，其各部分配合面多，加工复杂，现场安装工作量大，根据合同和设计图纸要求，导水机构需在厂内进行预装检查，以确保顶盖和底环止漏环同心度、导叶套筒同心度和导叶开度等参数满足设计要求。然而根据电站1号机组的实际安装进度和设备供货商厂内生产进度安排，底环参与导水机构厂内预装工作已不现实，若需底环参与预装，现场施工进度至少要延期5个月。为了不影响机组的安装调试进度，呼蓄公司同意取消了导水机构厂内预装的方案，同时要求设备供货商加强设备加工过程控制。

1）加强厂内单件设备制造质量，保证顶盖、底环的精车质量控制，保证工件自身与止漏环同心度。

2）加强顶盖、底环导叶轴孔的配镗质量控制，保证顶盖、底环导叶轴孔的同心度；保证底环下轴套、导叶套筒与导叶轴颈尺寸配车精度。

3）导水机构等部件本应在工厂内完成的工序移到现场后，设备供货商配备相应的加工工具，并委派技术人员组织实施现场加工，确保现场加工和装配质量。

针对以上要求，设备供货商在顶盖、底环及止漏环的加工过程中采用了同车工艺，并加强了设备加工过程控制，有效地保证了设备加工质量。2013年12月，经现场检测，1号导水机构安装质量满足设计图纸及相关规程、规范要求，安装质量检查情况见表3.10.3。(www.xing528.com)

表3.10.3　呼蓄电站1号导水机构安装质量检查情况

（2）2号机座环拉紧螺杆断裂。呼蓄电站每台机组座环共有40根M80×6座环拉紧螺杆，2013年7月1日，呼蓄电站2号机组的一根M80×6座环拉紧螺杆在进行蜗壳混凝土浇筑后的最终拉伸时发生断裂，如图3.10.1所示。

图3.10.1　2号机组断裂的座环拉紧螺杆

经对断裂螺杆的化学成分、力学性能和金相进行分析发现：螺杆断裂起源于距外圆表面约23mm的芯部，且断口附近存在一长约45mm的细长裂纹，裂纹内存在较多灰色物质和少量黄色夹杂，金相组织偏离正常调质态组织，由此可断定螺杆的断裂是由其材料内部缺陷所致。

全部拉紧螺杆最大受力为5.83E+07N，40根拉紧螺杆在极限工况下，每根螺杆受力为1457500N，安全系数为1.292。当1根拉紧螺杆失效后，其余39根拉紧螺杆在极限工况下，每根螺杆受力为1494872N，小于其预紧力1883424N，安全系数为1.26，仍有较大设计裕量。而若进行断裂螺杆更换，需要破除机坑钢筋混凝土，且拆除和安装螺杆的工艺较复杂，处理过程可能产生新的隐患，对结构造成影响。因此，暂不处理2号机组断裂螺杆。

在对2号机组进行调试、考核试运行及双机同甩负荷系统试验期间，现场技术人员对2号机组座环蜗壳进行了严密监测，并未发现机组有任何异常；2号机组投入商业运行至今，机组运行稳定。

（3）1号和2号机组座环拉紧螺杆套管内进浆。在对1号和2号机组座环拉紧螺杆进行最终拉伸工作时发现：螺杆套管内残留有大量混凝土，并与拉紧螺杆黏结在一起，影响螺杆的拉伸工作。经分析认为：拉紧螺杆内进浆是由于现场仅采用了“PVC管包裹” 的方式对裸露部分的螺杆进行防护，当进行混凝土浇筑工作时混凝土挤压破坏了PVC管并流入套管内。

现场采用“拉伸—放松—再拉伸”的方式，对1号和2号拉紧螺杆进行多次拉伸工作，确保螺杆与混凝土彻底脱离后，按照厂家的工艺要求进行最终拉伸及验收工作。3号和4号机组拉紧螺杆采用无纺布包裹严实并封堵套管上管口的防护措施后，螺杆套管内未发现残留混凝土。

3.10.1.4 小结

机组埋件安装是一项很重要的工作，是电站机组的核心构件，安装质量直接决定了机组运行效果。机组埋件安装的特点决定了要在埋件安装过程中必须重视埋件的焊接质量控制及埋件周围混凝土浇筑质量控制，只有确实抓好以上两个重点，才能确保埋件安装质量满足设计图纸及相关规程、规范要求，不影响后续机组机电设备的安装。

取消导水机构厂内预装为呼蓄电站机电设备安装调试赢得了5个多月的时间，导水机构安装质量及电站机组运行效果表明，取消导水机构厂内预装确实可行，但取消导水机构厂内预装后，需加强设备加工过程的控制。

呼蓄电站埋件安装过程中，先后发生拉紧螺杆断裂、测量管路错埋、蜗壳混凝土强度偏低、锥管门角漏焊、拉紧螺杆套管进浆等问题，一方面要加强设备加工过程质量控制，另一方面更要加强埋件安装现场管控，确保埋件的安装质量。

图3.10.1　2号机组断裂的座环拉紧螺杆

经对断裂螺杆的化学成分、力学性能和金相进行分析发现：螺杆断裂起源于距外圆表面约23mm的芯部，且断口附近存在一长约45mm的细长裂纹，裂纹内存在较多灰色物质和少量黄色夹杂，金相组织偏离正常调质态组织，由此可断定螺杆的断裂是由其材料内部缺陷所致。

全部拉紧螺杆最大受力为5.83E+07N，40根拉紧螺杆在极限工况下，每根螺杆受力为1457500N，安全系数为1.292。当1根拉紧螺杆失效后，其余39根拉紧螺杆在极限工况下，每根螺杆受力为1494872N，小于其预紧力1883424N，安全系数为1.26，仍有较大设计裕量。而若进行断裂螺杆更换，需要破除机坑钢筋混凝土，且拆除和安装螺杆的工艺较复杂，处理过程可能产生新的隐患，对结构造成影响。因此，暂不处理2号机组断裂螺杆。

在对2号机组进行调试、考核试运行及双机同甩负荷系统试验期间，现场技术人员对2号机组座环蜗壳进行了严密监测，并未发现机组有任何异常；2号机组投入商业运行至今，机组运行稳定。

（3）1号和2号机组座环拉紧螺杆套管内进浆。在对1号和2号机组座环拉紧螺杆进行最终拉伸工作时发现：螺杆套管内残留有大量混凝土，并与拉紧螺杆黏结在一起，影响螺杆的拉伸工作。经分析认为：拉紧螺杆内进浆是由于现场仅采用了“PVC管包裹” 的方式对裸露部分的螺杆进行防护，当进行混凝土浇筑工作时混凝土挤压破坏了PVC管并流入套管内。

现场采用“拉伸—放松—再拉伸”的方式，对1号和2号拉紧螺杆进行多次拉伸工作，确保螺杆与混凝土彻底脱离后，按照厂家的工艺要求进行最终拉伸及验收工作。3号和4号机组拉紧螺杆采用无纺布包裹严实并封堵套管上管口的防护措施后，螺杆套管内未发现残留混凝土。

3.10.1.4 小结

机组埋件安装是一项很重要的工作，是电站机组的核心构件，安装质量直接决定了机组运行效果。机组埋件安装的特点决定了要在埋件安装过程中必须重视埋件的焊接质量控制及埋件周围混凝土浇筑质量控制，只有确实抓好以上两个重点，才能确保埋件安装质量满足设计图纸及相关规程、规范要求，不影响后续机组机电设备的安装。

取消导水机构厂内预装为呼蓄电站机电设备安装调试赢得了5个多月的时间，导水机构安装质量及电站机组运行效果表明，取消导水机构厂内预装确实可行，但取消导水机构厂内预装后，需加强设备加工过程的控制。

呼蓄电站埋件安装过程中，先后发生拉紧螺杆断裂、测量管路错埋、蜗壳混凝土强度偏低、锥管门角漏焊、拉紧螺杆套管进浆等问题，一方面要加强设备加工过程质量控制，另一方面更要加强埋件安装现场管控，确保埋件的安装质量。