犢山防洪工程無臂桿下臥式弧型鋼閘門大修技術(shù)探討

袁 敏

（無錫市太湖閘站工程管理處，江蘇 無錫 214063）

1 工程概述

犢山防洪工程位于無錫市區(qū)西南、梅梁湖水利風(fēng)景區(qū)內(nèi)，是太湖流域綜合治理十大骨干工程之一，也是無錫市境內(nèi)通太湖的最大控制建筑，主要由梁溪河節(jié)制閘、梁溪河船閘、五里湖節(jié)制閘及防洪大堤等組成，采用下臥式無臂桿弧型鋼閘門結(jié)構(gòu)形式，配套使用2套單吊點(diǎn)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。其中，梁溪河節(jié)制閘單孔凈寬20 m、其余凈寬16 m，總設(shè)計(jì)排澇流量250 m3/s。犢山防洪工程的主要職能有：防洪、排澇、保護(hù)太湖水質(zhì)、改善水路交通條件、水資源保護(hù)等。

2 存在問題

受工程結(jié)構(gòu)特殊、運(yùn)行頻率高、維修周期長(zhǎng)以及運(yùn)行環(huán)境條件等影響，經(jīng)過十多年使用，犢山防洪工程閘門水下部分門面嚴(yán)重銹蝕，大面積鼓泡；主滾輪軸套磨損銹蝕、運(yùn)行卡阻嚴(yán)重；鋼絲繩水下部分嚴(yán)重銹蝕、繩徑縮小明顯，特別是繩頭附近。為了延長(zhǎng)閘門使用壽命、保證工程安全、提升工程綜合效益，管理單位實(shí)施了閘門大修項(xiàng)目，主要內(nèi)容有：鋼絲繩更換，主滾輪及輪軸更換，閘門門面噴鋅防腐，止水更換等。

3 支撐加固與安全鎖定

3.1 閘門特點(diǎn)

犢山防洪工程無臂桿下臥式弧型鋼閘門的特點(diǎn)有：①體積大、重量重。其中，梁溪河節(jié)制閘閘門弧面長(zhǎng)度7.14 m、凈寬21.34 m、凈重38.5 t；其它閘門弧面長(zhǎng)度6.63 m、凈寬17.34 m、凈重30.2 t。②維修位置高。閘門向上運(yùn)行至檢修位置，門頂最高高程為11.8 m（全關(guān)位置門的頂高程為6 m）。③無支撐臂桿、限位鎖定功能弱。閘門向上運(yùn)行時(shí)臥倒在門軌上，僅靠鋼絲繩固定、支撐閘門，無其它支撐鎖定措施。④氣候變化影響大。本工程位于梅梁湖、五里湖和梁溪河交匯處，大風(fēng)發(fā)生頻率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。以上這些都對(duì)此次大修的安全加固措施、閘門支撐固定、施工工藝、工期安排等提出較高要求。

3.2 支撐加固和安全鎖定措施

鋼絲繩更換時(shí)，由于缺少固定，閘門無法保持懸空狀態(tài)，容易發(fā)生安全事故；主滾輪更換時(shí)，閘門與門軌間應(yīng)有適當(dāng)距離，保證主滾輪內(nèi)孔、輪軸、閘門軸孔保持同心。因此，此次閘門大修前首先要完成閘門支撐加固和限位鎖定措施。經(jīng)詳細(xì)討論后，采取的閘門支撐固定和限位鎖定方案如下：

（1）無縫鋼管斜撐。門軌（固定于排架側(cè)面）焊接2根斜撐，材質(zhì)選用直徑160 mm、壁厚6 mm的無縫鋼管，一端固定支撐于地面，另一端焊接在主滾輪位置（閘門檢修時(shí)）。無縫鋼管斜撐能夠增加門軌的承載力，減少門軌變形，避免破壞排架結(jié)構(gòu)。

（2）千斤頂支撐。閘門向上運(yùn)行至檢修位置后，在閘門與門軌之間加撐16 t千斤頂4只（每邊2只），使主滾輪完全脫離門軌面。這種措施能夠保證主滾輪拆裝時(shí)，軸與安裝部件內(nèi)孔之間保持同心，減少軸抽裝的摩阻力。

（3）加焊支撐鋼板。閘門運(yùn)行至檢修位置后，在閘門兩側(cè)與墩墻頂面交匯處附近合適位置焊接6塊厚度25 mm的豎向支撐鋼板（50 cm×40 cm），其中，邊梁側(cè)面4塊、正面2塊，豎向鋼板底部焊接在與地面接觸鋼板上。鋼板間焊接采用雙面T型焊縫，焊縫寬10 mm，焊條使用E4303。豎向鋼板可傳遞自重、增加各向約束，使閘門懸空保持固定狀態(tài)；與地面接觸鋼板可將閘門自重轉(zhuǎn)化為面荷載傳遞至地面，保護(hù)墩墻頂面混凝土結(jié)構(gòu)不受破壞。

（4）加系防風(fēng)纜繩。在下游側(cè)的系纜樁與閘門頂部之間加系2根Φ60纜繩，避免大風(fēng)時(shí)，閘門發(fā)生傾覆等安全事故，保證閘門大修順利實(shí)施。

通過上述四重支撐加固和安全鎖定措施，即可有效解決閘門懸空固定、作用力傳遞、結(jié)構(gòu)保護(hù)等技術(shù)難題，保障項(xiàng)目安全實(shí)施。

4 主滾輪的更換

4.1 主滾輪的制作與運(yùn)送

按工程竣工圖紙制作主滾輪組件10套（包括Φ1000主滾輪、輪軸、擋圈、軸套、磨擦片等，自重約320 kg），主滾輪采用45號(hào)鑄鋼（ZG45），軸套采用銅基鑲嵌固體自潤(rùn)滑材料（FZ-5），輪軸采用45號(hào)中碳鋼、表面鍍鉻，檔圈采用Q235鋼，磨擦片為黃銅材質(zhì)。為延長(zhǎng)軸、套的使用壽命，在輪軸上新增潤(rùn)滑油孔，呈120°方向均勻布設(shè)；定制M10×1組合型潤(rùn)滑裝置，便于機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)時(shí)加注滑潤(rùn)油脂。

管理部門采用工作船擺渡、手拉葫蘆吊配的方法，將主滾輪運(yùn)送到安裝位置，可節(jié)約大量人力、物力，縮短工期，降低運(yùn)輸費(fèi)用，有效解決運(yùn)輸機(jī)械配合困難、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)多、材料堆放難等難題。

4.2 主滾輪的拆裝

割除閘門邊梁外翼腹板加強(qiáng)板后，將專用自制工具焊接在主滾輪外緣和舊軸上，使用2只25 t千斤頂將舊軸從邊梁兩道腹板中抽出，再用手拉葫蘆將主滾輪從閘門上拆除。

通過自制托架桿將嵌入軸套的主滾輪固定在安裝位置，并保持內(nèi)孔和邊梁軸孔同心。隨后，在閘門內(nèi)側(cè)的梁格上使用25 t千斤頂，將軸從內(nèi)腹板的軸孔中裝入，依次穿過擋圈、銅磨擦片、主滾輪等，再安裝定制潤(rùn)滑裝置，注入潤(rùn)滑油脂，手工轉(zhuǎn)動(dòng)主滾輪應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。更換安裝完成后，在原位置焊接加強(qiáng)板，并磨平焊跡。

5 鋼絲繩更換

5.1 繩套拆除與清洗

主滾輪更換安裝完成后，松開鋼絲繩壓板，取出繩套與吊座的連接軸，拆卸啟閉機(jī)繩筒上的鋼絲繩，熔化繩套內(nèi)的鋅液，取出舊鋼絲繩斷頭，用堿水清洗繩套表面，露出材質(zhì)本色。

5.2 鋼絲繩澆鋅

（1）鋼絲表面處理。鋼絲繩離端頭30 cm處用鋼絲密實(shí)綁扎，穿過繩套后，散開繩頭處鋼絲，剪掉麻芯，并用抹布將鋼絲表面擦拭干凈。在離端頭5～6 cm處，運(yùn)用特殊工具將每根鋼絲向內(nèi)彎曲，曲率半徑為5～10 mm，彎曲角度≤60°，完成后繩頭蓬開直徑約為繩徑2倍。隨后，將繩頭部分浸入硫酸，待鋼絲表面光亮后再浸入堿水內(nèi)，中和鋼絲表面殘留硫酸，最后用清水沖洗繩頭數(shù)次，洗凈并晾干。

（2）鋼絲繩澆鋅。繩頭鋼絲表面處理完成后，用重錘將繩頭捶入繩套，倒吊在工作支架上，密實(shí)繩套尾端縫隙防止?jié)蹭\時(shí)鋅液滲漏。完成后，將已在鉗堝內(nèi)熔化的鋅液平穩(wěn)澆入繩套，間歇輕錘繩套外壁，使鋅液逐漸密實(shí)，與散開彎曲的鋼絲融為一體。鋅液自然冷卻凝固后，放下繩套。

5.3 鋼絲繩安裝

鋼絲繩從吊座起，經(jīng)過室外定滑輪、操作房運(yùn)行孔再纏繞在室內(nèi)啟閉機(jī)繩筒上，緊固螺栓使壓板壓緊鋼絲繩（預(yù)留纏繞圈數(shù)為4圈）。然后，緩慢運(yùn)行啟閉機(jī)，逐漸收緊鋼絲繩，同時(shí)涂抹保護(hù)油脂。最后，插入并緊固繩套與吊座的聯(lián)接軸。鋼絲繩安裝時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員要認(rèn)真檢查每個(gè)環(huán)節(jié)，閘門兩側(cè)維修人員及運(yùn)行人員應(yīng)聽從指令、緊密配合，統(tǒng)一行動(dòng)，確保安全。

6 閘門防腐和止水更換

6.1 閘門防腐

金屬鋅熱噴涂是目前水利工程金屬結(jié)構(gòu)防腐的優(yōu)選方案，它能保證金屬表面有良好的陰極保護(hù)和隔絕空氣，具有費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。犢山防洪工程弧型鋼閘門大修也采用噴砂除銹表面處理技術(shù)和金屬鋅熱噴涂的防腐技術(shù)，并嚴(yán)格執(zhí)行《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》SL105-95標(biāo)準(zhǔn)。

閘門表面噴砂除銹處理是決定閘門防腐質(zhì)量的關(guān)鍵，而優(yōu)質(zhì)石英砂的選用能提升噴砂除銹效果。因此，閘門噴砂除銹處理采用的石英砂要求顆粒堅(jiān)硬、不含雜質(zhì)、含水量小于2%、粒徑在0.5～1.5 mm范圍內(nèi)。除銹處理后，閘門表面清潔度須達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》GB8923-1988中規(guī)定Sa2.5，無可見雜質(zhì)、氧化皮和鐵銹等，粗糙度達(dá)到Ry60～100 μm。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，金屬鋅熱噴涂應(yīng)在閘門表面除銹處理完成12 h內(nèi)進(jìn)行，金屬鋅采用0#鋅絲（Φ2.95），要求粗細(xì)均勻、表面光潔、無油污、無毛刺、無抓痕、含鋅量＞99.99%。噴涂時(shí)，噴槍與閘門表面呈直角，噴距15～20 cm，噴涂帶長(zhǎng)度 60～70 cm，保持1/2覆蓋寬度，噴涂層厚度不小于150 μm（實(shí)測(cè)鋅層厚度在 155～200 μm范圍內(nèi)）。閘門噴鋅完成后，立即刷涂氯化橡膠封閉漆2層，封閉漆涂層要求無漏涂、不流掛、無鼓泡、無劣紋等。

6.2 止水更換

此次更換的側(cè)止水橡皮型號(hào)為20×180、底止水橡皮型號(hào)為Ω90×210×20。針對(duì)在較高水位差時(shí)，閘門存在全關(guān)位置向下運(yùn)行困難的問題（經(jīng)分析，該問題是由于門檻預(yù)埋件與底止水橡皮間摩阻力過大引起的），更換底止水橡皮時(shí)，可撤除原有5 mm厚的橡皮墊條，達(dá)到增加底止水橡皮壓縮變形范圍、減小與門檻預(yù)埋件間摩阻力的目的，提升閘門運(yùn)行的可靠性。此外，止水壓板安裝前須完成除銹和防腐處理，以延長(zhǎng)使用壽命。

6.3 解除鎖定及調(diào)整限位

閘門大修完成后，閘門向上運(yùn)行至鋼板完全脫離地面。根據(jù)閘門兩側(cè)鋼板與墩墻地面間距，操作啟閉機(jī)手搖裝置，調(diào)整兩側(cè)鋼絲繩長(zhǎng)度，待閘門處于平衡位置后，解除閘門的支撐加固和安全鎖定措施，調(diào)整閘門的全開、全關(guān)、檢修等限位，便可恢復(fù)閘門運(yùn)行功能。

7 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過閘門大修，犢山防洪工程運(yùn)行工況良好，延長(zhǎng)了閘門使用壽命，提升了工程的安全可靠性，保障了綜合效益的發(fā)揮。筆者根據(jù)工程實(shí)際，總結(jié)大型無臂桿下臥式弧型閘門大修內(nèi)容、步驟和技術(shù)要點(diǎn)，積累維修經(jīng)驗(yàn)，旨在為類似工程維修順利開展提供借鑒。

［1］孫明權(quán)，劉瑞生，闞永庚.大中型水利工程鋼絲繩的應(yīng)用與維護(hù)［J］.江蘇水利，2009（1）：38-39.

［2］時(shí)勁峰，趙磊，趙靜.參窩水庫(kù)弧型閘門防腐噴鋅施工設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2007，6（27）：153-155.