大型水工弧形閘門安裝關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

楊 毅

(安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601)

大型水工弧形閘門安裝關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

楊 毅

(安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601)

針對大型水工弧形閘門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和尺寸、交通運(yùn)輸和場地條件，采取前期工廠內(nèi)分段、分塊制作，后期現(xiàn)場分段、分塊拼接就位的施工方法，解決了大型水工弧形閘門的安裝難題。

門葉；支臂；支座；埋件；拼裝

弧形閘門具有閘門門葉較輕、啟閉力小、運(yùn)行速度快、操作靈活、運(yùn)轉(zhuǎn)安全的特點(diǎn)，同時它所對應(yīng)的閘墩高度和厚度也較小，是眾多的閘門中最為經(jīng)濟(jì)的一種門型，在水利水電工程中得到了廣泛應(yīng)用。

1 安裝特點(diǎn)

大型水工弧形閘門主要由門葉、支臂、支座、止水、液壓啟閉機(jī)和電控系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)上比平面鋼閘門復(fù)雜，安裝精度也較平面閘門要求高。大多數(shù)水工大型閘門安裝地點(diǎn)位于深山區(qū)，作業(yè)場地狹小，給弧形閘門的運(yùn)輸、起吊、安裝增加了難度。

2 安裝工藝的優(yōu)選

2.1 制作與安裝之間的關(guān)系

根據(jù)弧形閘門結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)、加工廠加工能力、施工現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境及起重吊裝設(shè)備等條件，將大型水工弧形閘門合理分成若干構(gòu)件，在工廠內(nèi)完成各構(gòu)件的制作、預(yù)組裝及防腐等工作，然后運(yùn)至現(xiàn)場拼裝。與此對應(yīng)，弧形閘門施工分為兩個階段，前期是工廠內(nèi)分段、分塊制作，后期是現(xiàn)場分段、分塊拼接，并安裝就位。

工廠制作優(yōu)點(diǎn)包括：①化整為零，可以提高操作速度；②可以實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，提高制作精度與質(zhì)量；③可以最大化實(shí)現(xiàn)機(jī)械作業(yè)，節(jié)省人力資源，降低成本；④分段、分塊制作便于運(yùn)輸與安裝。

2.2 構(gòu)件的組成及制作分段、分塊

制作分段、分塊既要根據(jù)閘門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又要考慮到運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝的條件、起吊能力等方面的因素。根據(jù)這一要求，一般將弧形閘門分成以下幾個關(guān)鍵構(gòu)件，具體如下：

(1)弧形門葉。對于高度較大的弧形門，在高度方向一般分為2～3塊；對于跨度較大的弧形門，一般在縱向分為2段。

(2)支臂分為2部分。分別為兩端各自獨(dú)立支臂。

(3)其它構(gòu)件。其它構(gòu)件有底坎、側(cè)軌埋件；支鉸、支座等。

2.3 現(xiàn)場安裝工藝原理

將在工廠內(nèi)預(yù)拼合格后的弧形閘門分節(jié)、分塊拆分后使用大型運(yùn)輸車輛將其運(yùn)送至施工現(xiàn)場，再采用大型吊車安裝。先將支臂、鉸座等吊入孔內(nèi)，采用卷揚(yáng)機(jī)組通過預(yù)埋在閘室側(cè)墻和頂部的預(yù)埋件，用卷揚(yáng)機(jī)及滑車組對弧形閘門門葉、支座、支臂、油缸等進(jìn)行安裝施工。分節(jié)段的閘門門葉采用在閘孔里自下往上的豎式安裝施工。

2.4 弧形閘門安裝工藝流程

安裝工藝流程：底坎、側(cè)軌埋件安裝→支鉸支座安裝→支臂組裝與安裝→門葉現(xiàn)場拼裝→門葉焊接、防腐處理→水封安裝→閘門與啟閉機(jī)聯(lián)動試驗(yàn)。

2.5 安裝的關(guān)鍵工序

大型水工弧形閘門結(jié)構(gòu)尺寸及自身重量較大，受到公路運(yùn)輸條件限制，特別是深山區(qū)，坡陡彎急，運(yùn)輸困難。大型水工弧形閘門在工廠內(nèi)按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及單件構(gòu)件重量分塊制作，在施工現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，形成了多個安裝關(guān)鍵工序，分別是：①底坎、側(cè)軌等埋件安裝關(guān)鍵工序；②門葉現(xiàn)場拼裝與焊接關(guān)鍵工序；③支臂組裝關(guān)鍵工序；④閘門水封安裝關(guān)鍵工序；⑤閘門與啟閉機(jī)聯(lián)動試驗(yàn)。

3 埋件安裝技術(shù)

3.1 底坎埋件安裝

底坎在安裝之前要重新檢查和清理，找出原制造時的中心線及軸線。底坎的安裝就位看起來比較簡單，但必須給以足夠的重視，因?yàn)樗钦麄€安裝工作的基礎(chǔ)，軸線、里程線、高程若發(fā)生一點(diǎn)變化，都會引起連鎖反應(yīng)，造成不堪設(shè)想的后果。所以，就位過程中必須找準(zhǔn)各項(xiàng)尺寸，施工時可利用千斤頂及倒順螺栓調(diào)整水平位置，用水準(zhǔn)儀多點(diǎn)反復(fù)測量控制高程，達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，將錨筋和錨板焊牢，再進(jìn)行二期混凝土的澆筑。

3.2 側(cè)軌埋件安裝

側(cè)軌的安裝以閘墩上定出的支鉸軸線為中心點(diǎn)，R(門葉曲率半徑)為半徑劃弧，在閘墩上劃出側(cè)導(dǎo)板安裝控制線，同時在側(cè)導(dǎo)板上也劃出此線。根據(jù)側(cè)導(dǎo)板分節(jié)情況，利用墩上部的預(yù)埋錨鉤由下至上進(jìn)行拼裝。調(diào)整、固定同底坎安裝，焊接接頭磨平。嚴(yán)格控制其對孔口中心線尺寸、工作表面平面度、工作表面組合處的錯位等不超過規(guī)范要求，同時要注意控制二期混凝土澆筑高度，避免過大的側(cè)壓力造成側(cè)軌埋件變形。

3.3 鉸座固定螺栓預(yù)埋

在澆筑一期閘墩混凝土前，根據(jù)設(shè)計圖紙，將鉸座固定螺栓預(yù)埋上，其傾角、高程等必須滿足設(shè)計與相關(guān)規(guī)范，螺栓前端利用10mm厚鋼板作為固定，后端用加固鋼筋于結(jié)構(gòu)主筋固定。固定鋼板上孔距、孔位偏差等均應(yīng)滿足設(shè)計要求。混凝土澆筑中避免振動器直接與預(yù)埋件、固定件相接觸。混凝土終凝前對固定鋼板傾角、高程進(jìn)行再次校正。

4 弧形鋼門的拼裝、焊接技術(shù)

4.1 支臂的組裝與安裝

支臂的組裝關(guān)鍵在于根據(jù)設(shè)計圖紙找出各組裝件的中心線，選擇好合理的吊點(diǎn)位置，配置起吊設(shè)備及工器具。由于閘孔內(nèi)場地狹窄，故采取左、右支臂分別組裝和吊裝方法，為方便起吊時的位移，支臂褲衩與支鉸組裝時須對準(zhǔn)兩體的中心線，螺拴孔對正后及時擰好螺拴，再將支臂腿用起吊設(shè)備提起，接頭對準(zhǔn)支臂褲叉中心，對正上、下接頭后進(jìn)行焊接。

4.2 整體式閘門安裝

對于交通條件較好、尺寸及重量適中的閘門，則使用起重機(jī)械整體吊裝。該方法較為簡易，只要起重設(shè)備滿足起吊要求，場地較為開闊，閘門的安裝相對簡單。

4.3 門葉的現(xiàn)場拼裝

(1)交通不便、場狹小處閘門拼裝。由于水利水電工程的特殊性，仍有部分工程因交通不便、場地狹小給閘門安裝帶來較大困難，如隧洞進(jìn)口閘門安裝，常位于壩前庫區(qū)的陡坡上，修建臨時道路十分困難，道路寬度和坡度很難適應(yīng)大型車輛和大型起重機(jī)械進(jìn)場，這些特殊地點(diǎn)閘門安裝則只能采取拼裝方法施工。

拼裝時的吊裝、閘門的翻身都有一定的困難，閘門門葉拼裝采取在門槽內(nèi)分3節(jié)段由下至上的安裝方法。門葉入槽組裝時，先在側(cè)軌上劃出弧門面板上游一側(cè)的投影線，根據(jù)各門葉分節(jié)圖的弧長，在距上、下兩端約200mm處各焊1塊擋塊，擋塊焊于距離理論弧門面板外緣3cm～4cm處，用楔子板調(diào)整門葉。第1節(jié)門葉用卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組起吊落入底坎時，要在底坎上焊左、中、右3塊擋塊，以防滑移，待門葉調(diào)整完成后，在弧門面板上游一側(cè)用臨時鋼支撐加固，將下支臂與之連接。再吊入第2節(jié)門葉，調(diào)整完畢后與第1節(jié)門葉的對接縫進(jìn)行點(diǎn)焊，再將上支臂與之連接、加固。最后吊人上節(jié)門葉，調(diào)整完畢后與第2節(jié)門葉的對接縫進(jìn)行點(diǎn)焊、加固。支臂安裝應(yīng)在支鉸座基礎(chǔ)二期混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行，實(shí)測支鉸端面至門葉主粱與支臂組合面的長度，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整門葉，先對支臂縱桿的對接角焊縫施焊，然后進(jìn)行連接板與抗剪板(已頂緊無隙)間的角焊縫焊接，最后進(jìn)行門體自下而上、自中向外的施焊。

(2)超長閘門拼裝。部分水工閘門設(shè)計長度較大，形成超長閘門，該類閘門受到公路運(yùn)輸長度的限制，不可能在工廠內(nèi)加工成整體，需要在長度方向上分成2段在工廠內(nèi)制作，運(yùn)輸至現(xiàn)場后再將2段拼接成整體。

超長閘門安裝地方常常較為開闊，可以使用大型起重機(jī)械直接將2段門葉吊入閘孔內(nèi)，經(jīng)測量、定位后拼裝、焊接。

超長閘門與支臂等連接工藝與上述閘門拼裝相同，不再贅述。

4.4 門葉焊接與防腐處理

現(xiàn)場拼接焊縫全部為定位焊，焊接難度較大，上、下游方向又互不通視，因此，保證閘門安裝質(zhì)量的關(guān)鍵是控制拼裝的時定位精度和焊接變形。門體焊縫可分3類：①I類焊縫。邊梁的腹板及翼緣板的對接焊縫。②Ⅱ類焊縫。門葉面板的對接焊縫。③其余均屬Ⅲ類焊縫。具體焊接要求為：閘門焊接采用直流焊機(jī)、E5015(J507)焊條，焊前對焊條按要求烘干，焊時用保溫筒存放。點(diǎn)焊長度不小于50 mm，間距為l00mm-400mm，且在坡口內(nèi)引弧。焊接時按照先焊邊粱腹板的對接焊縫，再焊翼緣板的對接焊縫，最后焊面板對接縫的順序進(jìn)行。由于面板寬度較長，禁止采用直通焊，應(yīng)采用不同方向短焊縫的連接方法來減少焊接變形，一般可采用分4段，再采用分中逐步退焊法或交替焊法來完成，禁止從邊緣向中間施焊。焊縫反面用炭弧氣刨清根后封底(專用炭棒Φ6mm～Φ8mm，電流450～500A，壓縮空氣0.5MPa，氣刨后用砂輪打磨)，止水橡皮安裝處焊縫進(jìn)行磨平處理。施焊過程中必須隨時監(jiān)視門葉變形情況，根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整焊接順序，控制和防止變形。I、II 類焊縫經(jīng)外觀檢查合格后按規(guī)定作超聲波無損探傷，對不合格的焊縫作返工處理，直至檢驗(yàn)合格。閘門焊縫經(jīng)外觀檢查和內(nèi)部探傷合格后，將焊縫及其兩側(cè)表面鐵銹、氧化皮、油污、焊渣等附著物清理干凈，對焊縫兩側(cè)及焊縫進(jìn)行人工除銹，表面除銹等級為Sa2.5級，人工除銹經(jīng)檢查合格后進(jìn)行噴鋅，金屬涂層要求外觀均勻，不能有夾雜物，起皮、孔洞、凹凸不平、粗顆粒、掉塊及裂紋等缺陷。噴鋅厚度經(jīng)檢查符合設(shè)計要求后，進(jìn)行涂裝層封閉和面漆，涂裝前要將表面灰塵清理干凈，涂裝應(yīng)在涂層有余溫時進(jìn)行。

5 閘門水封安裝

5.1 底、側(cè)水封安裝

用2臺千斤頂將閘門頂起10cm，檢查底水封橡皮和壓板是否符合設(shè)計要求，(第1節(jié)門葉就位前已將底水封安裝)，底水封橡皮預(yù)壓量為10mm，直線度為2mm。底水封安裝合格后，安裝側(cè)水封。側(cè)水封安裝前，首先檢查壓板螺孔與弧形門側(cè)水封螺孔是否一致，不一致要進(jìn)行修正，要保證安裝后，側(cè)水封預(yù)壓量達(dá)到3.5mm。側(cè)水封用手拉葫蘆在門頂上吊起，從下向上連接螺栓，壓板橡皮要均勻受力，使其受壓均勻。

5.2 門楣與頂水封安裝

根據(jù)閘門實(shí)際位置，把門楣就位，調(diào)整門楣安裝位置，使其安裝符合設(shè)計要求，驗(yàn)收合格后，澆筑二期混凝土。待二期混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時，安裝頂水封，頂水封安裝預(yù)壓量為4mm。

5.3 水封透光檢查

在閘門水封安裝完成后，將門體調(diào)到正常工作狀態(tài)(關(guān)閉)，用透光法進(jìn)行水封安裝質(zhì)量檢查，要求水封不得有間隙或透光現(xiàn)象，否則要進(jìn)行調(diào)整，直至無透光現(xiàn)象為止。有條件時，亦可用沖水試驗(yàn)直接檢查封水效果。

6 閘門與啟閉機(jī)聯(lián)動試驗(yàn)

閘門裝好后在無水狀態(tài)下，作全行程啟閉試驗(yàn)，初步檢查安裝效果，啟閉時在止水橡皮處澆肥皂水潤滑。①檢查自動掛脫梁的脫掛鉤是否靈活可靠，清除門葉上和門槽內(nèi)所有雜物。②檢查止水橡皮有無損傷，滾輪及閘門在升降過程有否卡阻，啟閉設(shè)備兩側(cè)是否同步。

7 弧形閘門安裝實(shí)例

弧形閘門安裝實(shí)例如下：

(1)安徽梅山水庫。除險加固新建泄洪洞工程中，采用弧形閘門承擔(dān)蓄水和泄洪的功能，弧門孔口尺寸為11.9m×10.5m，設(shè)計水頭30.0m，閘門總重172.4t，門葉重65.7t。閘門設(shè)計為斜支臂、圓柱鉸球面軸承連接，采用雙缸雙作用液壓啟閉機(jī)操作運(yùn)行，該閘門采用吊車分塊起吊、拼裝施工。

(2)安徽省磨子潭水庫。在除險加固工程中，老泄洪洞出口1扇弧形工作門3.1m×4.25m，35t/扇；新開泄洪洞1扇弧形門8.9m×7.39m，60t/扇)(在工廠分2節(jié)制造，運(yùn)到現(xiàn)場拼裝)，老洞安裝位置在洞內(nèi)，高度僅6m，吊車無法使用，只能使用卷揚(yáng)機(jī)滑輪機(jī)組吊裝；新洞門運(yùn)到新洞進(jìn)口洞底板安裝位置，用吊車配合卷揚(yáng)機(jī)滑輪機(jī)組吊裝。

(3)南陵縣漳河城區(qū)段生態(tài)蓄水工程一級蓄水閘。該閘共4孔，單孔凈寬17.4m，總凈寬69.6m。采用直支臂弧形鋼閘門，弧門尺寸為17.4m×7.5m(寬×高)，半徑為9.5m，每孔閘門重105t。每孔閘門分為2節(jié)段制作，門體采用上下錯縫分體。門體接縫采用現(xiàn)場焊接，支臂(重約12t)與門體間采用螺栓連接成整體，支鉸座采用自潤滑關(guān)節(jié)軸承。支鉸座與門體在廠內(nèi)組裝完成后解體運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝。

8 結(jié)束語

大型水工弧形閘門根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)尺寸、重量、運(yùn)輸條件和現(xiàn)場場地條件采取不同的施工方法。超長閘門采取縱向分兩段拼接施工措施，場地狹小、運(yùn)輸不便的閘門采取3節(jié)段自下而上拼裝方法。采取分段、分塊制作方式，可多組件同時加工，制作安裝速度快，縮短工期。弧形閘門主要構(gòu)件在廠內(nèi)制作，制作精度高，制作質(zhì)量更能得到保證。施工現(xiàn)場安裝速度快，安全可靠。現(xiàn)場安裝工藝在保證支座、支臂安裝精度后，以支座、支臂為基準(zhǔn)定位閘門門體安裝精度，確保了整個弧形閘門的安裝精度。

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(責(zé)任編輯 陳化鋼)

Research and application of the key technology for installation of large hydraulic balanced wicket

YANG Yi

(Anhui ShuiAn Construction Group Co., Ltd,Hefei 230601,China)

By studying the structural features, dimensions, transportation and site conditions of large hydraulic balanced wicket, the difficulty of its installation is solved through section making and block production in factory, and later installation in sections and blocks at the construction site.

hinges;supporting arms;bearings;embedded parts;assembling

2016-09-15；

2016-09-20

楊 毅(1964-)，男，安徽太湖人，副總工程師、技術(shù)信息中心副主任、教授級高級工程師、一級注冊建造師。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.04.006

TV663+.2

A

1671-6221(2016)04-0016-04