天生橋二級電站調(diào)壓井閘門改造設計與施工

林志友，劉 操

（貴州天生橋水力發(fā)電總廠，貴州興義，562400）

1 工程概況

天生橋二級電站位于珠江流域西江水系紅水河上游黔、桂交界的南盤江上，是以發(fā)電為主的大型引水式電站。建設規(guī)模為3洞3井6機，總裝機容量1 320 MW。引水系統(tǒng)由進口明管、引水隧洞、調(diào)壓井及壓力鋼管組成。整個引水系統(tǒng)為“一洞一井兩管兩機”布置形式，調(diào)壓井為阻抗式，內(nèi)徑21 m，高80 m，在調(diào)壓井內(nèi)2臺機壓力鋼管前各設置一道事故檢修門，該閘門為平面滑動鋼閘門，以備壓力鋼管及蝶閥檢修用，原設計要求可以動水閉門、靜水啟門。調(diào)壓井由大井、上室、閘門槽、通氣孔及井下分岔段組成。閘門槽設在大井內(nèi)的下游側(cè)，寬6.1 m，深約1.875 m，高88 m。調(diào)壓井原設計為差阻式調(diào)壓井（后改為阻抗式），兩閘墩間上游胸墻與下游胸墻形成升管，升管與閘門井兼用。升管的布置形式是利用閘墩向上游延伸，由1.2 m厚的鋼筋混凝土擋板相隔形成2個小升管，升管堰頂高程667.0 m，堰頂溢流寬度2×4.5 m，閘門槽后中墩內(nèi)設有兩個直徑為1 m的通氣孔（后改為外裝鋼管的形式），在最高水位以上轉(zhuǎn)彎通入大井內(nèi)。

2 閘門存在的缺陷情況

（1）6扇事故檢修門建成后，閘門入槽十分困難。下游胸墻一期混凝土澆筑時誤差較大，井壁混凝土向外鼓出，6臺啟閉機動滑輪罩與下游胸墻一期混凝土均有局部相碰，啟閉過程中啟閉機鋼絲繩也與混凝土有局部摩擦，閘門啟閉不暢，易脫出導軌卡阻，常發(fā)生下落時脫軌、卡槽等事故，需要派人到閘門上，依靠外力才能將閘門門葉導入門槽。

（2）閘門檢修平臺高程680.5 m，僅3號調(diào)壓井的5號、6號閘門側(cè)軌埋設到該高程，1號調(diào)壓井的1號、2號閘門側(cè)軌只埋設到635.0 m高程，2號調(diào)壓井的3號、4號閘門側(cè)軌只埋設到647.0 m高程。3個調(diào)壓井的6個閘門槽主、反軌高程僅埋設到607.0 m高程。6扇閘門均不能提升至原設計的680.5 m檢修平臺上，不便對閘門進行檢修維護。

（3）原設計調(diào)壓井事故檢修閘門的主要用途是為壓力鋼管及蝴蝶閥檢修提供條件，在機組及蝶閥出現(xiàn)事故時，調(diào)壓井事故門應以盡量短的時間動水閉門，以減小事故造成的損失。但是調(diào)壓井事故檢修閘門和機組的蝶閥從未做過動水關(guān)閉試驗。

鑒于現(xiàn)調(diào)壓井6扇事故閘門的運行均不能滿足設計工況的要求，故安排對三個調(diào)壓井6扇事故檢修閘門及啟閉系統(tǒng)進行改造。

3 調(diào)壓井閘門改造的方法

（1）將閘門槽軸線向上游平移約10 cm，避開與下游胸墻一期混凝土的摩擦。

（2）拆除門槽607 m高程以下的主、反軌二期混凝土，在此基礎上更換主、反軌及底坎、門楣，主、反軌埋件埋設到檢修平臺680.5 m高程。新澆門槽二期混凝土，澆筑前需要鑿毛、鉆孔、植筋。

（3）將平面滑動閘門改造為平面定輪閘門，采用槽外式側(cè)輪作側(cè)向支承，采用彈性反向滑塊作反向支承。用加重塊加重閘門的重量，以克服各項摩擦阻力。

（4）更換啟閉機、減速器、電動機及電氣控制系統(tǒng)等，加大啟閉機的啟閉速度，以滿足快速閉門的要求，實現(xiàn)對調(diào)壓井閘門的遠程控制功能。

（5）減小鋼絲繩及動滑輪的直徑，避免動滑輪罩與胸墻發(fā)生摩擦。

（6）進行閘門門槽結(jié)構(gòu)、啟閉機排架結(jié)構(gòu)、門槽底坎結(jié)構(gòu)復核，滿足改造后的運行要求。

4 改造施工的重難點分析

4.1 調(diào)壓井類似改造工程在國內(nèi)屬首次，沒有可借鑒的成功經(jīng)驗

在空間狹小、特高作業(yè)、光線不足等情況下，施工人員上下需要構(gòu)建工作平臺、需要出渣吊運、埋件需要吊入安裝、混凝土需要吊入澆筑振搗。最開始施工方案審查時，參會者認為“采用滿堂腳手架的方法是合適的”，但滿堂腳手架無法解決材料吊運的問題，且腳手架搭設本身就是一項較高風險作業(yè)，施工人員上下88 m的高度需要耗費較長的時間及較大的體力，于是“滿堂腳手架”方案被否決。施工前再次組織“施工三措”審查時，參會者建議“門楣以下采用腳手架施工，門楣以上采用升降平臺施工”，最初考慮使用原閘門配合原啟閉機作為“升降平臺”，但考慮到安全風險，閘門作為升降平臺的方案被否決。經(jīng)組織人員分赴當?shù)氐慕ㄖO備租賃商、建筑工地、搜索相關(guān)的升降平臺等資料進行前期調(diào)研后，最終確定購買全新的電動吊籃配合自鎖式安全繩作為升降平臺的方案，有效解決了在狹小空間內(nèi)人員上下、照明、構(gòu)建施工平臺、材料吊運等問題。對比“滿堂腳手架”方案，采用電動吊籃節(jié)省了搭拆腳手架的工期及費用，同時避免了腳手架搭拆施工的風險，為機組早日運行發(fā)電創(chuàng)造了有利條件。

4.2 施工風險高，管理難度大

調(diào)壓井項目改造中，對施工人員的主要風險有高空墜落、物體打擊、觸電、噪音等。其中高空墜落、物體打擊等風險經(jīng)評估為中級及以上風險，倍受各參建方關(guān)注。在調(diào)壓井閘門改造項目中，為優(yōu)化風險管控措施及質(zhì)量管控制措施，編制了《每日作業(yè)風險監(jiān)督控制表》、《WHS質(zhì)量控制方案》，明確從施工單位、監(jiān)理單位到業(yè)主項目組等各方的職責及要求，針對當日工作的完成情況及第2日的工作計劃，每日召開協(xié)調(diào)會向參建各方進行跟蹤及有效傳達，為調(diào)壓井閘門改造項目的順利實施打下了堅實的基礎。

4.3 工期緊，任務重

天生橋二級電站在南方電網(wǎng)中扮演著重要的調(diào)峰調(diào)頻作用，改造期間有2臺機共計44萬kW不能發(fā)電。由于南盤江流域大部分降水集中在夏季，六、七、八三個月降水量占全年55%～60%，而冬季雨量較小，不超過全年降水量的10%。為把發(fā)電損失降到最小，每年在枯水期安排1個調(diào)壓井2扇閘門進行改造。從天生橋二級電站運行負荷統(tǒng)計看，每年枯水期均有機組檢修不能發(fā)電，故選擇在12月～次年4月枯水期進行閘門改造施工，將發(fā)電損失降到最底。

同時要求施工單位最大限度地調(diào)動一切資源，精心組織，科學施工。如為保證啟閉機室及閘門槽內(nèi)有兩個施工面，對啟閉機室內(nèi)鋼絲繩孔口用鋼板配合工字鋼進行密封并保證安全的情況下，上下同時施工，增加了施工面，節(jié)約了工期。只有在進行大件吊裝時，閘門槽內(nèi)的工作面才暫停。

5 施工方法的選擇

5.1 原門槽二期混凝土拆除、新門槽植筋

原門槽二期混凝土拆除、新門槽植筋工作為關(guān)鍵工序，也是本工程項目施工的難點。原門槽二期混凝土拆除如采用傳統(tǒng)的爆破，存在可能對結(jié)構(gòu)造成破壞、施工精度低、施工速度慢、安全隱患大等許多弊端。在施工方案審查時，參與者認為“無震動直線切割再輔以其他措施的方法是合適的”。但在施工過程中，由于切割對施工平臺的要求較高，最終只有門楣的拆除采用“無震動直線切割”的方法，其余部位采用風炮對原門槽二期混凝土進行鑿除，該施工方法是一種成熟的施工方法，對結(jié)構(gòu)無損，可以滿足本項目施工需要。根據(jù)設計圖紙放樣、劃線，用電錘定位鉆孔，采用專用植筋膠進行門槽植筋工作，以提高施工效率，保證施工進度和施工質(zhì)量。

5.2 原啟閉機拆除及新啟閉機安裝

調(diào)壓井類似改造工程在國內(nèi)屬首次，在已經(jīng)建好的啟閉機室，需完成啟閉機拆除、安裝工作，啟閉機最重件約為30 t，啟閉機室頂部梁上的檢修吊點均不能滿足吊運的重量要求。組織“施工三措”審查時，參會者提出“拆除及安裝啟閉機采用施工平臺方式，同時對施工平臺進行穩(wěn)定分析計算”，即采用“鋼平臺”從啟閉機室側(cè)面拉出拉入的方案：原啟閉機拆除前，拆除一面?zhèn)葔?，利用原啟閉機室頂?shù)奶戾^起吊拆開的卷筒裝置等較重部件，采用自制鋼平臺配合卷揚機將原啟閉機架部分移出啟閉機室，用汽車吊將機架吊下，將卷筒裝置等部件下放至鋼平臺，用卷揚機移至平臺前端，汽車吊將其吊下。原設計單位對結(jié)構(gòu)的受力情況進行復核后，結(jié)論顯示“存在對結(jié)構(gòu)破壞的風險，所以建議啟閉機拆、裝不采用‘鋼平臺方式’”。經(jīng)過參建各方對啟閉機拆除安裝方案進行多次討論，最終確定采用拆開屋頂、采用大噸位流動式起重機進行起吊的方法，拆開屋頂前需采用滿堂腳手架對拆除屋頂影響的其他結(jié)構(gòu)進行支撐，防止失穩(wěn)。汽車吊完成舊啟閉機出室和新啟閉機入室工作，此方案直接明了，增加了起吊施工的安全性。

5.3 新門槽埋件安裝

采用卷揚機配合滑輪將門槽埋件分節(jié)吊至安裝位置固定，用花籃螺栓、手拉葫蘆等工具微調(diào)后與新植插筋連接，門槽依次按照底坎、下節(jié)主反軌、中節(jié)主反軌、門楣、上節(jié)主反軌順序安裝。安裝過程采用水平儀、垂吊鋼絲線進行檢驗。

5.4 新門槽二期混凝土澆筑

本項目要求新的主、反軌安裝到680.5 m高程，二期混凝土的澆筑高度達88 m。

由于閘門槽空間狹窄、深度較深，門槽混凝土采用分層逐層澆筑，根據(jù)安裝好的主反軌尺寸立模，每層模板均須進行嚴格校正后方可進行混凝土澆筑。模板安裝采用?12 mm的鋼筋拉桿焊接在門槽插筋上，外部采用木方、架子管加固，以保證模板的穩(wěn)定性。二期混凝土澆筑時，每隔3.0 m從模板側(cè)面開設進料口入倉澆筑，采用此施工方法可以延長每倉澆筑混凝土高度，有利于加快施工進度。混凝土入倉后，為防止骨料的分離、堆積和初凝，及時采用?40 mm軟軸插入式振搗棒振搗密實，以保證上下層混凝土的結(jié)合及混凝土的密實。

新門槽混凝土澆筑采用溜管運輸，上部采用自制料斗接?150 mm鋼導管，中部安裝鋼管彎頭及控制閥門，下部采用?150 mm橡膠導管接?150 mm鋼管接入倉內(nèi)。該澆筑方法的應用提高了混凝土澆筑的施工安全水平，因為在垂直作業(yè)面上進行澆筑空間狹小，無法進行大量吊運，若采用吊運則下方不能有人員停留，采用溜管輸送混凝土可以避免因混凝土掉落而導致的安全事故。鋼管加彎頭、底部接橡膠軟管的方法用于高落差的混凝土澆筑，此種方法在保證混凝土不發(fā)生離析、不初凝的情況下，大大提高了施工效率，有效縮短了工期。

6 改造施工的工序

本項目主體工程包括閘門門槽改造、原閘門和啟閉機拆除、新閘門和新啟閉機安裝等，主要施工工序如下：

第一個工作面：施工準備→使用汽車吊配合原啟閉機將原閘門提出孔口進行拆除→安裝電動吊籃→安裝井底施工的腳手架→拆除原門槽二期混凝土及埋件→結(jié)合面鑿毛→鉆孔植筋→新門槽埋件安裝→門槽二期混凝土澆筑→底坎、門楣灌漿處理→新閘門安裝→閘門無水全行程試驗→閘門靜水全行程試驗→閘門動水試驗。

第二個工作面：原閘門拆除后→施工準備→對啟閉機室鋼絲繩孔口進行密封→對啟閉機室屋頂結(jié)構(gòu)進行支撐（重點支撐拆除后影響的其他結(jié)構(gòu)）→啟閉機室頂局部拆除→原啟閉機拆除吊運→新啟閉機吊裝→啟閉機室頂恢復→新啟閉機無載調(diào)試試驗→新閘門安裝。

7 結(jié)論及建議

天生橋二級電站調(diào)壓井閘門改造分3年實施，每年枯水期完成1個井的施工。至2015年5月已順利完成3號調(diào)壓井、2號調(diào)壓井的改造施工，經(jīng)驗收滿足設計要求，為國內(nèi)國際上同類型改造施工提供了詳實、可借鑒的實踐經(jīng)驗，取得了良好的社會效益。

根據(jù)歷次方案審查時提出的寶貴意見，并對施工過程中遇到問題的解決方法進行歸納，得到以下經(jīng)驗為同類工程提供參考：

（1）為盡量避免在植插筋過程中損壞一期混凝土內(nèi)的配筋，設計上可適當減小插筋直徑，插筋的錨固長度及錨固力需要滿足規(guī)范要求。

（2）由于門槽部位空間狹窄，設計上可以適當減小埋件的尺寸，以減小混凝土拆除的范圍，方便施工安裝及混凝土澆筑振搗。

（3）在閘門和啟閉機聯(lián)動試驗中，當閘門閉門速度從6 m/min變速到3 m/min時，出現(xiàn)過壓、工作制動器制動瓦過熱和較大振動現(xiàn)象。隨后修改運行方式，閘門從610.00 m高程位置開始以4 m/min勻速運行，直到閘門落到592.00 m高程底坎，試驗過程中閘門和啟閉機運行平穩(wěn)，各機構(gòu)工作正常。建議閘門快速閉門的速度設計成勻速。

（4）3號調(diào)壓井新閘門配重安裝采用滿鋪形式，進行閘門漏水檢查時發(fā)現(xiàn)漏水量超標，需要重新更換水封，由于未預留水封更換操作空間，需要將配重塊全部卸下，更換水封后再重新進行配重塊安裝及靜平衡試驗，增加了項目工程量及工期。為便于水封安裝，2號調(diào)壓井新閘門在閘門門葉增設配重塊隔板，預留水封更換操作空間，避免了拆裝配重塊及靜平衡試驗的工程量，能快速使用專用工具進行水封維修及更換。建議閘門設計時應為閘門水封更換預留操作空間。

（5）嚴格控制新門槽二期混凝土每倉的澆筑高度，并充分振搗。由于二期混凝土模板空間狹小，為便于混凝土振搗及密實，建議采用一級配自密實混凝土。

（6）根據(jù)GB 10597-2011《卷揚式啟閉機》中第7.3條規(guī)定，應進行1.25倍的靜荷載試驗及1.1倍的動載試驗。由于實施條件限制，現(xiàn)場進行該試驗難度較大。

施工過程中還存在以下問題，需要進一步研究，在此一并提出，供同行們探討：

（1）根據(jù)DL/T 5019-94《水利水電工程啟閉機制造及安裝驗收規(guī)范》第5.2.2.5條規(guī)定：啟閉機的安裝應根據(jù)起吊中心線找正，其縱、橫向中心線偏差不應超過±3 mm。本項目在實施過程中，發(fā)現(xiàn)啟閉機將閘門吊出孔口自由懸置，閘門從孔口入槽時存在扭曲錯位，說明門槽中心線與啟閉機上下游中心線存在很小的夾角。實際實施過程中很難保證門槽中心線與啟閉機上下游中心線完全平行或重合，規(guī)范中沒有說明這種情況下允許的夾角偏差范圍。

（2）如何準確查找深孔閘門的滲漏點需要探討。本項目閘門安裝后，試驗過程中發(fā)現(xiàn)漏水量超標，由于是深孔閘門，人員無法到門后觀看漏水情況，無法準確找到滲漏點，為滲漏點位置分析及后期處理帶來不便。

[1]楊清華,李超洋.天生橋二級水電站調(diào)壓井事故檢修閘門改造可行性研究報告[R].貴陽:中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院,2008.

[2]GB 10597－2011,卷揚式啟閉機[S].

[3]DL/T 5019-1994,水利水電工程啟閉機制造及安裝驗收規(guī)范[S].