近日，中國能建陜西院設(shè)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(shè)迎來關(guān)鍵節(jié)點，工程全部筏板基礎(chǔ)澆筑完成，標志著項目建設(shè)正式進入主體結(jié)構(gòu)施工的攻堅建設(shè)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(shè)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(cè)，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(jié)構(gòu)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(shè)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(yù)計兩個多月后，將在此筏板基礎(chǔ)上建起一座三層樓高的地下變電站。這座變電站從設(shè)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(wù)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(shè)的重點項目，是西安南郊地區(qū)主電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點，承擔著2024年“迎峰度夏”重點任務(wù)，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(yīng)，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(cè)有空置場地且符合地區(qū)建設(shè)規(guī)劃和交通運輸?shù)鹊慕ㄔO(shè)要求，具備建站條件。鑒于種種原因，布置方案最終定為建設(shè)地下變電站。
地下變電站的設(shè)計和建設(shè)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(shè)計與建設(shè)過程中受多重客觀因素制約，其周邊環(huán)境復(fù)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(shè)計項目組需在這樣的復(fù)雜有限的場地中精細化布置，電氣設(shè)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(fù)雜，平面和豎向布置需要充分考慮與臨近設(shè)施的安全距離和對居民生活的影響最小化。其次，設(shè)計過程中須妥善處理與現(xiàn)有地下設(shè)施如330千伏市政頂管隧道、110千伏電纜豎井、主變基礎(chǔ)及油坑、主變室樁位、主變事故油池和電纜溝等的關(guān)系，既要規(guī)避相互沖突，又要確保安全距離、結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)和運維都至關(guān)重要。同時，目前沒有針對地下變電站的消防設(shè)計標準，工程設(shè)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(shè)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(shè)計過程中亟需解決的關(guān)鍵問題。
服務(wù)至上 設(shè)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(shè)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(fù)核及收口。項目于2021年5月開工建設(shè)，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(fù)、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(fù)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(cè)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(shè)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(jié)合民調(diào)結(jié)果進行調(diào)整優(yōu)化。土建設(shè)計人員也更換了一茬又一茬，設(shè)計思路、設(shè)計所處外界客觀因素也在變化，設(shè)計人員動態(tài)調(diào)整設(shè)計思路，做到了適應(yīng)和改變。基層管理和一線設(shè)計人員的思想從最初單純的設(shè)計，轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在的設(shè)計、質(zhì)量和服務(wù)集一體的綜合體，要求設(shè)計人員除了具備綜合技術(shù)外，更應(yīng)具備較高的綜合服務(wù)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(jié)構(gòu)設(shè)計及主體階段工代佘陽陽這樣形容這次挑戰(zhàn)：“城南的設(shè)計過程是對空間利用、結(jié)構(gòu)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(shè)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(shù)突破 聯(lián)合專家獨創(chuàng)新體系
一般地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系選型、工程抗浮、工程防水、耐久性、工程降水等設(shè)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(shè)計方案。在初步設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系方案。在綜合配電樓的地下三層結(jié)構(gòu)中，采用型鋼混凝土扶壁式外墻結(jié)合鋼管混凝土框架柱和型鋼混凝土梁的復(fù)合結(jié)構(gòu)體系，這一創(chuàng)新設(shè)計不僅符合現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程設(shè)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(shè)計批復(fù)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(fù)合體系整體性能研究》科研項目，專注于解決組合與混合結(jié)構(gòu)多目標優(yōu)化設(shè)計、地下結(jié)構(gòu)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(jié)題并通過驗收，其成果已在城南330千伏變電站建設(shè)中得以應(yīng)用，成為變電站順利建設(shè)和投運的關(guān)鍵技術(shù)支持和施工指南，并有望在其他結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域推廣使用，同時也是陜西院主導(dǎo)修訂《地下變電站技術(shù)規(guī)程》的重要理論基石。
在施工圖紙設(shè)計階段，面對現(xiàn)行圖集中未能提供完整適應(yīng)工程實際需求的多種復(fù)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(jié)構(gòu)設(shè)計等難題，項目組查閱了大量的規(guī)范、圖集、學術(shù)文獻，并結(jié)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(jié)構(gòu)體系、節(jié)點連接設(shè)計、施工模板支撐和抗浮設(shè)計等方面取得了一系列創(chuàng)新成果，共向國家知識產(chǎn)權(quán)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(quán)，并發(fā)表了3篇專業(yè)論文，其中一篇榮獲《能源工程技術(shù)》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(shù)指導(dǎo)，更是在現(xiàn)場提供常駐工代服務(wù)，更加快速響應(yīng)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(guān)鍵工作，特別是在城南330千伏變電站這樣的大型項目中，設(shè)計節(jié)點與施工工藝尤為復(fù)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(shè)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(shè)計人員分享說：“記憶猶新的是，有一次北側(cè)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(shè)鋼管桁架支撐的方案設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)和水工專業(yè)迅速解決了電梯井開挖工藝問題，結(jié)構(gòu)專業(yè)重新建模、計算分析，我們迅速調(diào)整設(shè)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(chǔ)澆筑已完成，工程正在進入主體結(jié)構(gòu)的關(guān)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(shè)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(shè)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(guān)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(wù)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）
作者：佘陽陽 鞠顯毅
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