航運(yùn)樞紐船閘工程人字門安裝技術(shù)要點(diǎn)

李青鋒

(廣西八桂工程監(jiān)理咨詢有限公司，廣西 南寧 530021)

0 引言

航運(yùn)交通在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用，國家“十四五”規(guī)劃再次重申內(nèi)河航運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施新建及重建的重要地位。與我國內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)的快速發(fā)展相匹配的是，人字閘門的使用也將更加廣泛。內(nèi)河航運(yùn)船閘工程人字閘門大多采用流程順暢、施工快速、安裝精度高、環(huán)境污染小的現(xiàn)場整體安裝工藝。為保證內(nèi)河航運(yùn)船閘工程人字閘門安裝質(zhì)量，不僅必須在設(shè)計(jì)階段充分論證安裝技術(shù)可行性，而且還應(yīng)在安裝過程中嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，按照規(guī)范安裝。

1 工程概況

西江航運(yùn)干線貴港航運(yùn)樞紐二線船閘工程船閘有效尺度為280 m×34 m×5.8 m，設(shè)計(jì)最大船型為3 000噸級(jí)船舶。貴港二線船閘承受單向水頭作用，最大設(shè)計(jì)水頭為14.1 m。全閘共布置四扇工作閘門，上、下閘首閘門各兩扇，左右對稱布置，均采用橫梁式Q345B鋼質(zhì)平板人字門。上閘首人字門高×寬×厚為13.10 m×20.20 m×2.434 m，下閘首人字門高×寬×厚為25.20 m×20.20 m×2.634 m。閘門啟閉機(jī)選用液壓直推式啟閉機(jī)，正常工作行程為7.2 m，閘門最大啟閉角度為67.5°。在制造廠將每扇人字門按12節(jié)分段，每節(jié)段質(zhì)量為55～93 t，其中底節(jié)門葉的質(zhì)量最大。通過400 t汽車式起重機(jī)將門葉在堆放場內(nèi)裝車后，再配合使用100 t平板車將門葉運(yùn)輸至閘墩處，在1臺(tái)400 t汽車式起重機(jī)和1臺(tái)200 t汽車式起重機(jī)的配合下將門葉抬吊翻身，最終由400 t汽車式起重機(jī)將其吊裝至待安裝位置。

2 人字門安裝技術(shù)難點(diǎn)

該航運(yùn)樞紐二線船閘工程人字門結(jié)構(gòu)重量及尺寸大、擋水高度大，安裝精度及焊接質(zhì)量要求高。就拼焊施工方面來看，人字門門葉屬于典型的薄壁型焊接結(jié)構(gòu)，發(fā)生焊接變形的可能性較大；單扇門葉為多節(jié)段拼焊結(jié)構(gòu)，焊接工程量大，質(zhì)量控制存在一定難度；門葉因?yàn)槭菓覓焓奖“褰Y(jié)構(gòu)，存在較大的變形自由度，為減少門葉長期運(yùn)行而引發(fā)的時(shí)效變形，其焊接應(yīng)力控制要求高。

結(jié)合船閘工程實(shí)際及人字門安裝技術(shù)難點(diǎn)，其必須安裝拼焊與和閘室中心成12°夾角的位置，且逐節(jié)拼裝、加固和焊接，并保證各斷面焊縫焊接是在上節(jié)門葉處于無強(qiáng)制狀態(tài)[1]下進(jìn)行。根據(jù)《船閘工程施工規(guī)范》(JTS 218-2014)及類似工程焊接施工經(jīng)驗(yàn)確定焊接程序、采取預(yù)防焊接變形措施以及焊縫預(yù)熱、焊后應(yīng)力消除等工藝，保證船閘工程人字門安裝質(zhì)量。

3 人字門安裝技術(shù)要點(diǎn)

貴港航運(yùn)樞紐二線船閘工程人字門安裝范圍主要包括各節(jié)段直立總拼裝、頂樞現(xiàn)場鏜孔、安裝調(diào)試背拉桿及防護(hù)梁、安裝支枕墊塊及墊層灌注、安裝止水橡皮及導(dǎo)卡、鎖定、限位裝置等部件。

3.1 埋件安裝

船閘工程人字門安裝具有較高的質(zhì)量要求，其安裝過程中幾何位置的控制主要通過設(shè)置控制測量網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行。通過萊卡TC2003全站儀將船閘系統(tǒng)測量網(wǎng)點(diǎn)影射至閘室內(nèi)測量支墩上，據(jù)此在鐵板上布置安裝控制點(diǎn)，通過膨脹螺栓將鐵板固定在混凝土結(jié)構(gòu)表面。該船閘工程人字門埋件安裝共設(shè)置6點(diǎn)5線控制網(wǎng)點(diǎn)，即左右人字門頂樞與底樞旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)，門頂、底支承中心點(diǎn)，門軸線和閘室中心線交點(diǎn)，合力線和閘室中心線交點(diǎn)6點(diǎn)；閘室中心線，旋轉(zhuǎn)及支承中心連線，頂樞、底樞支承及旋轉(zhuǎn)中心線5線。底樞埋件安裝主要尺寸控制見表1。

表1 底樞埋件安裝主要尺寸控制表

3.2 門葉安裝

將鋼梁支承設(shè)置在門葉底節(jié)底部及中心線兩邊3.6 m處，并將4個(gè)320 t液壓千斤頂布置在鋼梁上，起到調(diào)平底主梁的作用。通過400 t汽車式起重機(jī)將首節(jié)門葉吊入閘室并落放于千斤頂支點(diǎn)上。將門葉吊裝至其蘑菇頭距離頂蓋約500 mm時(shí)暫停，通過鋼尺測量蘑菇頭和頂蓋間隙并確保間隙均勻后繼續(xù)吊裝。吊裝完畢，分別在斜接柱端板中線、面板中心等處設(shè)置吊線錘，借助端板中心線測量垂線與中心線的正向及側(cè)向垂直距離，并將垂直距離誤差、兩個(gè)方向垂直度等參數(shù)值控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

調(diào)整好門葉幾何位置后通過千斤頂、壓緊器及壓碼并按照“門軸柱及斜接柱端板接縫→門葉面板及下游翼緣板接縫→內(nèi)部隔板接縫”的施工次序從中間向兩邊壓縫；壓碼焊接前必須通過烘槍預(yù)熱焊縫。完成壓縫后全面檢測各向尺寸，無誤后采用與正式焊接相同的工藝進(jìn)行定位焊，焊縫長100 mm，間距為500 mm，焊縫厚7 mm。

在拼裝完每節(jié)門葉后進(jìn)行門葉扭曲度、累計(jì)高度、傾斜度、對角線差等項(xiàng)目的檢測，將各項(xiàng)指標(biāo)誤差控制在要求范圍內(nèi)。船閘工程人字門門葉安裝誤差控制要求具體見表2。

表2 門葉安裝主要項(xiàng)目控制尺寸表

3.3 門葉及門體焊接

對于厚度在30 mm以上的一二類門葉焊縫，必須采用紅外線加熱片的預(yù)熱方式，預(yù)熱溫度應(yīng)高出正式焊縫預(yù)熱溫度至少30 ℃。對于板厚在36 mm以上的門葉焊縫，焊接結(jié)束后還必須立即通過紅外線加熱裝置進(jìn)行熱處理，以消除焊接應(yīng)力[2]。保證門葉焊縫外觀及無損探傷檢測結(jié)果符合《水電工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(NBT 35045-2014)、《水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件》(SL36-2016)等標(biāo)準(zhǔn)。

焊接人字門門體時(shí)在門段拼裝中預(yù)留反變形，以抵消焊接過程中焊縫橫向收縮，解決門體焊接后向上游及沿厚度向的傾斜及變形。正式焊接開始后先焊接下游面隔板后翼和主梁后翼緣對接縫，以增大門葉剛度，并將反變形數(shù)值控制在門段拼裝高度的0.08%～0.1%，對應(yīng)本船閘工程人字門設(shè)計(jì)尺寸，其對應(yīng)的反變形取值為2～3 mm。為控制焊接應(yīng)力及焊接變形，應(yīng)按照“端板及邊柱定位焊，收縮大的橫向接頭先焊”的次序進(jìn)行人字門焊接。焊接次序具體見圖1。為保證焊縫質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)對稱焊焊接速度及焊層溫度控制，且門體焊接主要采用逐層、逐道、對稱、分段、退步[3]的做法。將一面對接縫焊接并封底后，再進(jìn)行另一面焊接縫的清根封底，最后雙面焊滿；每層焊縫厚度應(yīng)不超出6 mm，焊層間接頭應(yīng)錯(cuò)開至少300 mm。人字門體焊縫焊接結(jié)束后必須進(jìn)行無損探傷檢測，并記錄檢測數(shù)據(jù)，符合相關(guān)規(guī)范后按要求防腐涂裝處理。

圖1 人字門體焊接順序示意圖

3.4 頂樞鏜孔安裝

通過控制點(diǎn)將頂樞中心點(diǎn)影射至門葉放樣，確定出頂樞軸孔中心位置后進(jìn)行頂樞鏜孔。待頂樞拉架埋件混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后校核埋件高程和門葉高度，并安裝拉桿，采用千斤頂、手拉葫蘆及經(jīng)緯儀等調(diào)整安裝角度。頂樞軸孔復(fù)測結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求后將頂樞連軸。

3.5 背拉桿安裝

焊接門葉及頂樞連軸完成后安裝背拉桿，并待門葉頂樞正式受力后施加預(yù)應(yīng)力，當(dāng)頂樞二期混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)值80%以上后拆除門葉底部鋼梁及千斤頂，頂樞結(jié)構(gòu)正式受力，并將腳手架施工平臺(tái)搭設(shè)于背拉桿螺母處。通過專用工具調(diào)整螺母后拉伸背拉桿，并按照“主1→主2→副1→副2”的次序逐步施加預(yù)應(yīng)力，期間通過應(yīng)變儀檢測預(yù)應(yīng)力值，使之符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)《水電工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(NBT 35045-2014)及相關(guān)規(guī)范，該船閘工程上閘首人字門主、副背拉桿設(shè)計(jì)長度均為16 030 mm，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值分別為80.0 N/mm2和54.5 N/mm2；下閘首人字門上層主、副背拉桿設(shè)計(jì)長度均為16 500 mm，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值分別為80.0 N/mm2和65.4 N/mm2；下閘首人字門下層主、副背拉桿設(shè)計(jì)長度均為15 410 mm，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值分別為83.0 N/mm2和60.6 N/mm2。

4 結(jié)語

西江航運(yùn)干線貴港航運(yùn)樞紐二線船閘工程人字門安裝工程量大且工期緊，安裝技術(shù)及質(zhì)量要求高。項(xiàng)目部通過對部分傳統(tǒng)安裝工藝的改進(jìn)使人字門安裝施工工期大大縮短，項(xiàng)目部在此后的同類型船閘工程中也沿用了同樣技術(shù)，為船閘工程機(jī)電安裝贏得了時(shí)間。該船閘工程人字門安裝施工于2020年年初開始，到同年4月船閘人字門全部安裝完成，此后進(jìn)行的機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)測試結(jié)果顯示，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，船閘工程自通航至今人字門設(shè)備運(yùn)行正常。