超大有軌弧形平面雙開鋼閘門制造與安裝的控制要點

辛華榮李學(xué)榮王 兵王 建

（1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚州 225200；2.江蘇省水利機械制造有限公司，江蘇揚州 225003；3.江蘇省水利工程建設(shè)局，江蘇南京 210029）

1 概述

常州鐘樓防洪控制工程位于常州市鐘樓區(qū)西林街道境內(nèi)，是武澄錫西控制線的主要控制工程。工程規(guī)模按預(yù)留擴建Ⅲ級航道標準進行設(shè)計，閘孔凈寬90m，采用新式平面弧形雙開門結(jié)構(gòu)型式。單扇閘門弧面半徑60m，弧形門外側(cè)面板總弧長58.357m，門底高程近期為－1.0m，遠期為－1.5 m，門頂高程6.5 m，支鉸中心高程5.027m。支臂采用3根Φ520×18鋼管組成三維空間構(gòu)桿，長56.5 m。平面弧形雙開門采用600 kN卷揚式啟閉機雙向牽引，在平面軌道上運行，閘門內(nèi)設(shè)水艙，通過內(nèi)置充排水系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)艙內(nèi)水量，準確控制閘門對軌道下壓力。本工程于2007年6月開工建設(shè)，于2008年6月建成投入試運行，2008年11月移交運行單位管理，至今運行狀況良好。超大有軌弧形平面雙開鋼閘門是本工程的亮點，它的制造與安裝更是本工程的難點，對其進行總結(jié)尤為必要。

2 制造安裝難點

有軌弧形平面雙開鋼閘門系特大型對拉式門型，門葉結(jié)構(gòu)剛度相對較弱、支臂節(jié)點多、焊接值得關(guān)注。由于在各種運行工況下門體結(jié)構(gòu)受力條件較復(fù)雜，特別是本閘門開啟及局部開啟運行狀態(tài)水力參數(shù)變化較大，水流對閘門結(jié)構(gòu)動力作用復(fù)雜多變，閘門振動和支臂動力穩(wěn)定性問題會引起焊縫開裂。因此，需通過閘門施工工藝技術(shù)研究及相應(yīng)的分析計算，論證閘門及支臂制造安裝的可靠性，焊縫形式的合理性，提出閘門及支臂合理可行的施工工藝方案，優(yōu)化閘門施工工序組合，完善閘門制造安裝過程中自身精度不足等多方面因素，以達到工程制造質(zhì)量可靠、焊縫坡口形式合理、焊縫穩(wěn)定可靠以及獨立門庫測量放樣安裝一次性成功等要求。

新式門型可采用的施工技術(shù)以及可采用的工藝方法在國內(nèi)尚無應(yīng)用先例，國際上雖有類似工程，但結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式不同，啟閉方式亦不同，故本工程施工技術(shù)新穎，施工工藝具有創(chuàng)新開拓性。

3 控制要點

本工程制作安裝的金屬結(jié)構(gòu)共計1800多t，其中，弧形平面雙開鋼閘門重1500多t。為滿足“不阻航”工況，根據(jù)運輸與吊裝的條件，提出采取弧形平面雙開鋼閘門和支臂在廠內(nèi)整體制作、分節(jié)解體后水路運輸、工地組拼，并在獨立測量放樣的門庫內(nèi)移位安裝的方案。

3.1 工藝參數(shù)

弧形平面雙開鋼閘門每扇門葉規(guī)格為60m×3.5m×8.5m，材質(zhì)為Q235B。支臂為鋼管桁架結(jié)構(gòu)，上下主弦桿為Ф520×18，豎直弦桿、平直弦桿及斜弦桿分別為 Ф245×15、Ф245×30、Ф203×15，所有弦桿均采用Q235B無縫鋼管制作。閘門與支臂的主要工藝參數(shù)特性見表1。

表1 工藝參數(shù)特性

3.2 制造控制要點

（1）大弧度（R58.3 m）、長軌跡（R124.8m）平面弧形軌道表層材料為復(fù)合不銹鋼板（分上下兩層），制造時要保證軌道工作表面的平整度；弧形雙開門支承采用弧面滑塊，數(shù)量多，安裝就位后需保證滑塊與軌道復(fù)合鋼板有效接觸。

（2）超大有軌弧形平面雙開鋼閘門（單扇門分7節(jié)）采取胎模內(nèi)臥式整體制作及拼焊，分節(jié)解體后水路運輸；對接焊、平角焊、仰角焊、角立焊等組合焊縫較多，坡口形式復(fù)雜，要確保所有結(jié)構(gòu)的焊接性能可靠；現(xiàn)場對接總裝的精度要求較高。

（3）長支臂（R56.5 m，單根分 11節(jié)）采取胎架上整體制作、分節(jié)解體后水路運輸；因支臂結(jié)構(gòu)為空間三角形桁架結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點均有6個方向的弦管以相貫線連接，故桁架各節(jié)點的結(jié)合應(yīng)緊密，重點是焊縫控制，多層多道焊時根部、層間、焊縫表面邊緣要熔合，且每層焊縫不宜太厚。

3.3 移位安裝控制要點

常規(guī)的對合雙開門均采取在關(guān)門位置下進行安裝的施工工藝，可以有效控制門中、門側(cè)止水面的接觸。而本工程為滿足“不阻航”要求，同時，由于門庫▽3.5m平臺是水工薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，汽車吊裝存在安全隱患，故迫使雙開門安裝要尋找安全、經(jīng)濟的就位方法。經(jīng)過專家的咨詢、論證，最終采取廠內(nèi)分段制作、工地整體拼裝的方案，并根據(jù)本工程超大閘門的特性，進行現(xiàn)場獨立門庫拼裝技術(shù)研究，提出以南北兩岸支臂旋轉(zhuǎn)中心為基準點測量放樣，浮吊吊裝轉(zhuǎn)入門庫，再利用門底滑塊沿軌道運行、移位再反拉就位總拼的方案，解決了正常航運與安裝施工的矛盾。移位安裝的控制要點如下：

（1）在開門狀態(tài)下安裝，需精確控制超遠距離雙開門兩支鉸座的相對位置，測放出分節(jié)制作的平面弧形雙開門和長支臂的安裝大樣，解決止水面的角度偏差和相對位置偏差。

（2）兩岸支臂與門體連接就位時，要控制好溫差，做到在同時間段等溫條件下就位焊接，并做好在門庫內(nèi)移位時構(gòu)件的傾覆控制和轉(zhuǎn)向調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)置。

（3）雙開門鉸鏈鉸座組件達26 t，自潤滑球關(guān)節(jié)軸承（內(nèi)徑600）裝配后各轉(zhuǎn)動面需保證轉(zhuǎn)動靈活、無卡阻現(xiàn)象，球鉸上下擺動角度可達1.5°，門體可上浮1.5m，要做到使閘門可以方便地適應(yīng)軌道運行和非常時期的浮運。

4 移位施工方法

4.1 原理

（1）雙開鋼閘門分為14個安裝單元，安裝遵循按編號由遠及近、再由門中至門尾端順次進行的原則；支臂劃分為22個安裝單元，安裝遵循對稱同步的原則。

（2）利用立體幾何學(xué)的原理，測放弧形雙開門的旋轉(zhuǎn)中心，并互為基準復(fù)核，確保兩岸支臂和門葉在開門位置安裝大樣一致。同時，隨著工序的推進，不斷采集旋轉(zhuǎn)中心數(shù)據(jù)，確保不同工序構(gòu)件采用同一旋轉(zhuǎn)中心安裝。

（3）采用同步運行的原理，確保閘門關(guān)閉后兩岸側(cè)止水和中縫止水的吻合度。

（4）運用機械牽引原理，將用駁船水運到口門的單側(cè)分節(jié)門葉，利用浮吊卸至支臂平臺上，換鉤翻身直立吊入門庫并置于門底軌道上，安裝側(cè)導(dǎo)向輪、防傾支撐架和底滾輪等，通過卷揚機和調(diào)整系統(tǒng)的協(xié)同工作完成遠距離構(gòu)件的牽引移位作業(yè)，近距離構(gòu)件利用浮吊直接按測放大樣吊裝就位，遠距離構(gòu)件逐一反向牽引移位，然后依次就位對接。

4.2 操作要點

4.2.1 牽引裝置設(shè)置

（1）布置現(xiàn)場時，根據(jù)浮吊的起吊能力、需移位構(gòu)件的運行軌跡，確定牽引裝置的安裝位置。卷揚機牽引裝置見圖1。

（2）單扇弧門分7節(jié)（門端為1#，門中為7#），受河道通航的影響和水深的限制，采用150 t浮吊，需移位的分節(jié)弧門為最遠端的1#、2#、3#，門葉支撐在底軌上移位。因重心偏上，確定牽引裝置安裝在弧門門庫頂部的遠端，內(nèi)、外弧對稱布置。

（3）在門庫頂部安裝卷揚機位置和中間安裝調(diào)整裝置位置進行基礎(chǔ)開挖，埋設(shè)固定地錨，確定牢固后回填土，并壓實整平。

（4）因移位的最大分節(jié)弧門重達98 t，牽引裝置采用2臺5 t卷揚機，并用調(diào)整裝置實施轉(zhuǎn)向作業(yè)。

（5）用16 t汽車吊將卷揚機吊卸到埋設(shè)地錨的基礎(chǔ)上進行安裝，并與地錨連接牢固。

（6）安裝調(diào)整裝置，走鋼絲繩。

4.2.2 分節(jié)門葉移位

（1）將分節(jié)門葉平吊到▽3.5m平臺上后，在內(nèi)弧側(cè)安裝4套防傾導(dǎo)向架。

（2）在分節(jié)門葉底箱梁位置焊接2只支撐架，安裝MGE復(fù)合材料的底滾輪，自潤滑并能承載，且要較好保證門體平穩(wěn)移位；在滾輪與底軌接觸的軌面上，沿運行軌跡涂抹黃油，以減少閘門牽引移位時的摩擦阻力。

（3）在門葉外弧側(cè)安裝4套防傾導(dǎo)引架，端部安裝導(dǎo)向輪，以保證門體在略有傾斜的狀態(tài)下，能較好地導(dǎo)向前行。防傾裝置見圖2。

（4）在門葉兩側(cè)加設(shè)牽引點，安裝位置基本與牽引鋼絲繩等高程，以防止牽引時上拉或下傾；利用調(diào)整裝置的埋設(shè)環(huán)安裝導(dǎo)引開口葫蘆，并布置鋼絲繩。

（5）利用門庫頂端兩側(cè)設(shè)置的2臺5 t卷揚機，牽引門葉內(nèi)外弧側(cè)牽引點，進行牽引移位，門底滾輪沿弧門底軌緩慢轉(zhuǎn)動，可順利運行到預(yù)定位置。

（6）1#分節(jié)運行到位后，放置于弧門軌道上，搭焊固定支撐架，拆除導(dǎo)向架和導(dǎo)向輪；按同樣方法移位2#分節(jié)和3#分節(jié)。

（7）以支鉸中心測放出的門葉就位大樣，定出末端固定位置、搭焊靠山；弧門 7#、6#、5#、4# 段分節(jié)由浮吊依次直接吊入門庫入位固定，然后將3#、2#、1#段分節(jié)進行反拉牽引移位，再依次進行對接固定。

4.2.3 支臂與門體對接

拼裝就位時要控制好南北兩岸門體與支臂的曲率半徑保持一致，并需在南北兩岸同時間段等溫條件下操作；嚴格控制南北兩岸弧門和支臂因日照、溫差等因素造成門體與支臂結(jié)構(gòu)在整個安裝過程中產(chǎn)生無序變形（這種變形并非計算機所能精確模擬），從而導(dǎo)致安裝尺寸偏差的影響。

圖2 防傾裝置圖

4.2.4 止水定位

（1）水下工程驗收結(jié)束后，河道已正式通航，南北兩岸閘門需在獨立門庫內(nèi)進行側(cè)止水的安裝定位。施工時要將獨立測量的數(shù)據(jù)結(jié)合起來進行數(shù)據(jù)分析，并通過電腦大樣模擬，測放出側(cè)止水控制線的相對基準，以及與已埋鐵件的吻合度。

（2）中縫止水定位前，首先在計算機上進行模擬，再實測南北岸旋轉(zhuǎn)中心的相對尺寸，進行數(shù)據(jù)分析?？刂坪猛饣∶婧椭虚g止水座面的垂直度與平面度，保證南北兩岸弧門相對尺寸的統(tǒng)一，以確保滿足設(shè)計規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

超大有軌弧形平面雙開鋼閘門安裝完畢投入試運行后，經(jīng)現(xiàn)場原型觀測，運行平穩(wěn)、止水效果良好。在制造與安裝要點控制過程中，所采用的施工新技術(shù)和新工藝，較成功地解決了閘門結(jié)構(gòu)復(fù)雜、跨度大、支臂長的焊接問題，通航河道中航運與安裝施工的矛盾，以及獨立測量放樣對接精度和止水定位精度的控制問題，在大型（超大型）、中厚板、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的平面弧形門制造安裝中具有較好的推廣運用前景,獨立門庫移位安裝方法為平原水閘的建設(shè)提供了范例。