近日，中國能建陜西院設計的國內(nèi)首座“330千伏地下變電站”——西安城南330千伏變電站項目建設迎來關鍵節(jié)點，工程全部筏板基礎澆筑完成，標志著項目建設正式進入主體結構施工的攻堅建設階段。
城北330千伏變電站2017年建成投運，它不僅是全國首座采用隔震支座的330千伏地上戶內(nèi)變電站，也是公司承建的最高電壓等級的戶內(nèi)變電站，建設過程困難重重。西安城南330千伏地下變電站坐落在西安城市南北中軸線東側，位于城市二環(huán)線南段，被冠以多重“第一”的標簽：全國首座330千伏地下變電站、國內(nèi)首座采用型鋼混凝土結構的地下變電站、陜西院承擔的最高電壓等級的地下變電站，以及與文物合建、設計配合歷時12年之久的地下變電站。
目前，位于地下19.4米深處的變電站“底座”已完成澆筑，為前期基坑和筏板施工畫上了階段性的句號。預計兩個多月后，將在此筏板基礎上建起一座三層樓高的地下變電站。這座變電站從設計到階段性節(jié)點的完成，歷經(jīng)無數(shù)挑戰(zhàn)與曲折。
任務硬核向地下“借”空間
西安城南330千伏地下變電站是陜西省和西安市兩級政府電網(wǎng)建設的重點項目，是西安南郊地區(qū)主電網(wǎng)關鍵節(jié)點，承擔著2024年“迎峰度夏”重點任務，計劃于2024年6月30日帶電投運。如果未能按期建成，周邊約6萬戶居民被迫限電，存在大面積、長時間停電風險，西安南部郊區(qū)新增用戶將面臨無電可接的嚴重后果。建成后將承擔西安南部和市中心重要電力供應，徹底解決度夏期間330千伏上苑變、南郊變過載問題，對緩解西安城市中心用電緊張局面，提高供電可靠性，促進城市健康發(fā)展具有極其重要的意義。
項目自2012年立項啟動，2014年~2018年期間，因選址問題多次開展方案優(yōu)化和環(huán)評等工作，隨后在西安市發(fā)改委、碑林區(qū)政府、國網(wǎng)陜西省電力公司和西安供電局等多方的共同努力下，南二環(huán)和文藝路十字西北角的雁塔110千伏變電站圍墻范圍內(nèi)西側有空置場地且符合地區(qū)建設規(guī)劃和交通運輸?shù)鹊慕ㄔO要求，具備建站條件。鑒于種種原因，布置方案最終定為建設地下變電站。
地下變電站的設計和建設難度遠非地面建筑能比，西安城南330千伏變電站向地下“借”來空間，其在設計與建設過程中受多重客觀因素制約，其周邊環(huán)境復雜體現(xiàn)在多個層面。首先，變電站處于雁塔110千伏變電站圍墻內(nèi)一片狹小且緊湊的空間，周邊環(huán)繞著多層住宅區(qū)、高層建筑以及交通繁忙的二環(huán)南路，設計項目組需在這樣的復雜有限的場地中精細化布置，電氣設備體量大、布置形式多樣、工藝精度高、電氣管線密集且路徑復雜，平面和豎向布置需要充分考慮與臨近設施的安全距離和對居民生活的影響最小化。其次，設計過程中須妥善處理與現(xiàn)有地下設施如330千伏市政頂管隧道、110千伏電纜豎井、主變基礎及油坑、主變室樁位、主變事故油池和電纜溝等的關系，既要規(guī)避相互沖突，又要確保安全距離、結構穩(wěn)定、施工可行性。再者，由于變電站基坑開挖深度大，且地下水位較低，設計時必須克服基坑降水、整體及局部抗浮穩(wěn)定性、基坑排水等要求。加之，地下變電站所處環(huán)境位置特殊，設備區(qū)熱密度差值大，同一空間區(qū)匯集多種不同性質(zhì)氣體，通風排熱困難且易出現(xiàn)過冷或過熱區(qū)。變電站位于市區(qū)，環(huán)境噪音控制要求高。如何保證通風效果、減小通風能耗、降低通風噪音對地下變電站建設和運維都至關重要。同時，目前沒有針對地下變電站的消防設計標準，工程設計中消防措施不一致，運行中存在一定安全隱患，為解決地下變電站運行中人員的生命、財產(chǎn)安全，急需對地下變電站消防系統(tǒng)進行深入分析研究。最后，在有限的地下空間內(nèi)，如何克服大型設備的運輸、安裝與維護難題，以及如何在滿足功能需求的同時，最大限度減少對周邊環(huán)境的噪聲、振動和電磁輻射污染，這些都是項目組在設計過程中亟需解決的關鍵問題。
服務至上 設計陪伴12年
十年磨一劍，匠心致初心!西安城南330千伏變電站設計配合已歷時12年之久。
2012年啟動，2013年~2021年，經(jīng)歷可研收口、方案優(yōu)化、公參環(huán)評、可研復核及收口。項目于2021年5月開工建設，2021年11月發(fā)現(xiàn)地下文物：“隋唐長安城·靖安坊東北隅、隋唐長安城·第九橫街”遺址。2022年2月~2023年5月，項目組配合文物發(fā)掘、報審、批復、提取!至此，城南330千伏變電站的標簽又多了一項：與文物合建的變電站。
隨著文物的提取完成，停滯了一年半的現(xiàn)場，迎來全面復工，2023年6月圍護樁開始施工，2023年10月主體基坑開挖，2024年2月北側筏板鋼筋綁扎作業(yè)，2024年3月26日，全部筏板施工完成……
12年時間里，設計方案從地上四層布置——全地下布置——全戶內(nèi)半地下布置，每個方案都結合民調(diào)結果進行調(diào)整優(yōu)化。土建設計人員也更換了一茬又一茬，設計思路、設計所處外界客觀因素也在變化，設計人員動態(tài)調(diào)整設計思路，做到了適應和改變?；鶎庸芾砗鸵痪€設計人員的思想從最初單純的設計，轉變到現(xiàn)在的設計、質(zhì)量和服務集一體的綜合體，要求設計人員除了具備綜合技術外，更應具備較高的綜合服務意識，具備敢于面對現(xiàn)場且綜合處理、解決問題的能力，具備強大的面對“疑難雜癥”內(nèi)心，也需要面面俱到的經(jīng)歷、魄力和細致。
項目主體結構設計及主體階段工代佘陽陽這樣形容這次挑戰(zhàn)：“城南的設計過程是對空間利用、結構安全、支護方案、環(huán)境保護、既有電纜管廊避讓和利用、體系創(chuàng)新的全方位考驗。我們也是摸著石頭過河，也有做得不好的地方，也積累了很多設計和施工經(jīng)驗，對我而言，都是經(jīng)歷與成長，接受各種批評指正!”
技術突破 聯(lián)合專家獨創(chuàng)新體系
一般地下結構工程要綜合考慮基坑支護方式、周邊環(huán)境穩(wěn)定性、基坑位移及地表沉降、結構體系選型、工程抗浮、工程防水、耐久性、工程降水等設計和施工工藝措施的各個方面，選擇更具有安全性、經(jīng)濟性的設計方案。在初步設計期間，陜西院與西安建筑科技大學開展了深層次合作，旨在解決以往工程實際問題，突破制約變電站結構設計的技術瓶頸，尋求一種適合城南330千伏變電站特殊周邊環(huán)境的結構方案。項目組多次與西安建筑科技大學討論分析，從安全性、經(jīng)濟性、優(yōu)化和創(chuàng)新的角度，因地制宜地提出主體結構體系方案。在綜合配電樓的地下三層結構中，采用型鋼混凝土扶壁式外墻結合鋼管混凝土框架柱和型鋼混凝土梁的復合結構體系，這一創(chuàng)新設計不僅符合現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程設計理念、規(guī)定要求和圖集標準要求，而且有效地解決了施工現(xiàn)場特殊的地理環(huán)境及工程實施中的難點。
在嚴格執(zhí)行初步設計批復的前提下，陜西院還與西安建筑科技大學共同完成了《330千伏地下變電站復合體系整體性能研究》科研項目，專注于解決組合與混合結構多目標優(yōu)化設計、地下結構抗震分析、大體積混凝土溫度控制與裂縫防治策略、地下變電站抗浮性能及其措施等方面的問題。該科研項目已于2024年3月23日成功結題并通過驗收，其成果已在城南330千伏變電站建設中得以應用，成為變電站順利建設和投運的關鍵技術支持和施工指南，并有望在其他結構工程領域推廣使用，同時也是陜西院主導修訂《地下變電站技術規(guī)程》的重要理論基石。
在施工圖紙設計階段，面對現(xiàn)行圖集中未能提供完整適應工程實際需求的多種復雜連接方式，如鋼管混凝土柱腳連接、型鋼扶壁柱柱腳連接、不等高梁與鋼管混凝土柱的連接、錯層不等高異型梁與鋼管混凝土柱的連接、鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土墻的連接，以及集型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱、型鋼混凝土梁與外挑鋼牛腿于一體的10噸橋式吊車結構設計等難題，項目組查閱了大量的規(guī)范、圖集、學術文獻，并結合科研成果，通過模擬分析和實踐驗證，最終開發(fā)出了適用于本工程實際情況的連接方案。依據(jù)城南項目現(xiàn)場實際情況，項目組在結構體系、節(jié)點連接設計、施工模板支撐和抗浮設計等方面取得了一系列創(chuàng)新成果，共向國家知識產(chǎn)權局申報了11項實用新型專利和發(fā)明專利，其中6項已獲得授權，并發(fā)表了3篇專業(yè)論文，其中一篇榮獲《能源工程技術》雜志2022年度優(yōu)秀論文獎。
駐守現(xiàn)場 為施工保駕護航
項目組不僅在工程施工階段提供施工圖紙和技術指導，更是在現(xiàn)場提供常駐工代服務，更加快速響應各種現(xiàn)場需求和突發(fā)狀況，提供精準解決方案，確保工程順利進行。
基坑支護是確保地下工程安全的關鍵工作，特別是在城南330千伏變電站這樣的大型項目中，設計節(jié)點與施工工藝尤為復雜。該工程基坑支護采用了混凝土灌注樁與旋噴錨索的支護方案。面對開挖過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常波動，主設人及常駐工代徐剛表示，項目組已多次參與專家論證和現(xiàn)場協(xié)調(diào)，運用軟件模擬施工場景，分析影響，并提出了優(yōu)化方案，確保基坑穩(wěn)定。
駐守現(xiàn)場擔任工代的工程師們深知其中艱辛。楊朋博，一位土建設計人員分享說：“記憶猶新的是，有一次北側樁位出現(xiàn)偏差，急需對土體進行注漿加固。我的師傅董淑卿不顧疲憊，堅守現(xiàn)場直到凌晨3點，那晚他一個人去的。年前的一次緊急情況，我們在短短3天內(nèi)完成了在基坑中部增設鋼管桁架支撐的方案設計、模型驗證、圖紙繪制，那是真正的爭分奪秒，像是一場緊急救援行動。”
建筑設計劉睿提到，2024年春節(jié)期間項目未停工，項目組隨時待命。當時與電梯廠家配合，和結構和水工專業(yè)迅速解決了電梯井開挖工藝問題，結構專業(yè)重新建模、計算分析，我們迅速調(diào)整設計圖紙，采取更直接有效措施以解決現(xiàn)場實際難題。
目前，筏板基礎澆筑已完成，工程正在進入主體結構的關鍵階段。項目組將繼續(xù)發(fā)揮其專業(yè)性和決心，確保工程安全有序地推進，為城南330千伏變電站的建設和運營做出貢獻，推動陜西院實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展目標。
正如人們常說，勝利不會像山坡上的蒲公英一樣唾手可得。過去的12年里，設計項目組面對各種質(zhì)疑、誤解甚至否定，始終堅持不懈，每一個難關都是磨礪與成長的見證。從起點至今，那份追求卓越的信念從未動搖，矢志不渝、無畏困難的精神始終貫穿始終，全力以赴、務期必成的決心不曾減退。對于項目安全的重要性以及有序施工的必要性，項目組有著深刻的認識和切身的理解。不是所有的期待，都能如愿以償;不是所有的成長，都能一帆風順;期待源于內(nèi)心，信仰源于行動，成長在于突破。（佘陽陽 鞠顯毅）
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