龍門(mén)吊在事故閘門(mén)臨時(shí)啟閉落閘中的應(yīng)用

袁興澤（遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽(yáng)110003）

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龍門(mén)吊在事故閘門(mén)臨時(shí)啟閉落閘中的應(yīng)用

袁興澤
（遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽(yáng)110003）

［摘要］針對(duì)工程圍堰拆除過(guò)程中可能出現(xiàn)漏水的風(fēng)險(xiǎn)，采用龍門(mén)吊對(duì)進(jìn)水口事故閘門(mén)進(jìn)行臨時(shí)啟閉，即保證了圍堰瘦身時(shí)的出渣通道暢通，又可以在圍堰漏水時(shí)可阻斷水流通道、防止其對(duì)下游地下廠房進(jìn)行淹沒(méi)。

［關(guān)鍵詞］事故閘門(mén)；龍門(mén)架；臨時(shí)啟閉

1　工程概況

某工程取水口所處位置為大東溝與狍鹿溝間水庫(kù)岸邊的小沖溝內(nèi)，距大東溝溝口0.8 km。取水口處庫(kù)底高程為285.0 m左右，距離沖溝口約180.0 m左右，基坑開(kāi)挖采用預(yù)留巖坎加圍堰擋水的施工方案。

取水口平面尺寸為28.62 m×（11～17）m（長(zhǎng)×寬），總高度為57.4 m。取水口前部設(shè)有攔污柵(攔魚(yú)電柵）、分層取水口。取水口為獨(dú)立式進(jìn)水口，進(jìn)水口后通過(guò)兩條156.7 m長(zhǎng)的壓力隧洞與地下電站機(jī)組和旁通管相接，引水隧洞洞徑均為4.5 m。每條壓力隧洞進(jìn)口各布置有1孔事故檢修閘門(mén)，檢修閘門(mén)孔口尺寸為4.5 m×6.75 m（寬×高）。閘門(mén)型式為平板定輪式。外形尺寸為5 840 mm×8 785 mm× 1 248 mm（寬×高×厚），閘門(mén)總重約46 t，設(shè)計(jì)水頭52 m。閘門(mén)永久啟閉機(jī)為1×1 600 kN卷?yè)P(yáng)式固定啟閉機(jī)，工作狀態(tài)為動(dòng)閉靜啟，沖水閥平壓。共2孔。

取水口前70 m處為施工圍堰，圍堰長(zhǎng)81.70 m，堰頂高程307.5 m，堰頂填筑寬度13 m，最大堰高31.6 m（軸線處），圍堰上、下游邊坡為1∶1.3，堰體是由鉆爆法洞挖石渣料經(jīng)水下填筑而成。

2　臨時(shí)下閘原因分析

由于進(jìn)水口圍堰拆除采用液壓破碎錘、爆破等手段，會(huì)對(duì)圍堰原有的防滲體系造成局部破壞，進(jìn)而形成滲水或者漏水現(xiàn)象。因此在圍堰拆除過(guò)程中，為了防止?jié)B漏水、涌水對(duì)地下廠房等施工部位形成的安全隱患，圍堰爆破拆除前，進(jìn)水口事故閘門(mén)必須下閘擋水。

而取水口閘門(mén)安裝受進(jìn)水塔體型修改、閘門(mén)到貨時(shí)間的影響，啟閉機(jī)室及啟閉機(jī)安裝無(wú)法按期施工完成，圍堰拆除前無(wú)法實(shí)現(xiàn)使用啟閉機(jī)進(jìn)行閘門(mén)下閘的方案，只能采取臨時(shí)下閘方案，以保證圍堰拆除按期安全進(jìn)行。

3　臨時(shí)下閘和啟閉方案

利用180 t汽車(chē)吊進(jìn)行2號(hào)閘門(mén)下閘，180 t汽車(chē)吊配合龍門(mén)架進(jìn)行1號(hào)閘門(mén)下閘，龍門(mén)架配合10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行1號(hào)閘門(mén)的啟閉。1號(hào)閘門(mén)開(kāi)啟后作為圍堰瘦身的出渣通道。

3.1 2號(hào)（左孔）閘門(mén)下閘

由于閘門(mén)總重46 t，下閘時(shí)的最小回轉(zhuǎn)半徑要求7～9 m，起吊高度要求50 m左右，因此下閘起重設(shè)備選用180 t吊重的汽車(chē)吊，2個(gè)10 t手拉葫蘆配合門(mén)葉整體調(diào)平。

2號(hào)閘門(mén)門(mén)體下落至與底檻尚有1～2 cm距離時(shí)，在門(mén)葉的上游側(cè)與反軌之間側(cè)向打入三角形木質(zhì)楔塊，將門(mén)葉水封與下游側(cè)的主軌水封座板緊密貼實(shí)，繼續(xù)下落門(mén)葉至底檻。下閘后，立即進(jìn)行閘門(mén)的透光檢查和水封的密封度檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和處理，確保閘門(mén)的封水良好。

3.2 1號(hào)（右孔）閘門(mén)下閘和啟閉

1號(hào)閘門(mén)的下閘和無(wú)水啟閉（啟門(mén)力按60 t以上考慮）選用龍門(mén)架方案。啟閉設(shè)備為10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，吊具為5輪80 t滑車(chē)組，承重鋼絲繩直徑為28 mm（安全系數(shù)為6～8倍，鋼絲繩抗拉強(qiáng)度為1 870 Mpa，破斷拉力48 t，共10股）。

180 t汽車(chē)吊將驗(yàn)收合格的門(mén)體吊至1號(hào)門(mén)槽孔口位置，進(jìn)行臨時(shí)鎖定和加固牢靠后摘鉤。

25 t汽車(chē)吊將提前制作完成的龍門(mén)架吊至孔口門(mén)體上方，進(jìn)行龍門(mén)架的安裝、調(diào)整和加固，龍門(mén)架立柱和斜支撐的地腳必須與倉(cāng)號(hào)預(yù)留鋼筋加固可靠，并且要設(shè)置型鋼地梁。

龍門(mén)架安裝驗(yàn)收合格，安裝卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)與閘門(mén)連接。

檢查各系統(tǒng)無(wú)異常后，慢速啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將閘門(mén)吊離鎖定梁，懸吊30 min，不撤除鎖定梁，檢查起重系統(tǒng)各部位受力情況及承載能力，一切正常進(jìn)行龍門(mén)架下閘作業(yè)。

閘門(mén)下至底檻后檢查無(wú)異常情況后，將1號(hào)閘門(mén)提出孔口鎖定，為進(jìn)口出渣留出運(yùn)輸通道。

3.3下閘要求

1）下閘前，底檻及門(mén)軌表面上的水泥漿、雜物等必須清理干凈。胸墻上的外露鋼筋割除干凈。底檻及門(mén)軌表面的遺漏焊疤、門(mén)軌接頭焊縫必須打磨光滑，并補(bǔ)涂防腐油漆。門(mén)槽四周必須設(shè)置防護(hù)欄桿，確保施工安全。

下閘前必須在水封表面涂抹防凍凡士林，以保證水封潤(rùn)滑良好，避免水封表面與門(mén)軌表面干摩擦，損傷水封。

2）門(mén)體下落過(guò)程中，必須有專(zhuān)人隨門(mén)葉一起，觀測(cè)門(mén)葉下落情況及檢查門(mén)槽的跨距尺寸，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)和吊車(chē)司機(jī)聯(lián)系，確保下閘安全順利，無(wú)卡阻現(xiàn)象。觀測(cè)人員必須系好安全帶和安全繩，安全繩必須在孔口牽引牢靠，且有專(zhuān)人負(fù)責(zé)和保護(hù)。

3）下閘指揮人員必須站在孔口位置，便于與汽車(chē)吊司機(jī)、門(mén)葉上的作業(yè)人員保持聯(lián)絡(luò)暢通，通信工具為對(duì)講機(jī)。對(duì)講機(jī)必須完好。

4　事故閘門(mén)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核計(jì)算

4.1事故閘門(mén)臨時(shí)下閘龍門(mén)架設(shè)計(jì)

支撐架采用DN400×10的無(wú)縫鋼管進(jìn)行加工制作，承重梁采用63 a工字鋼，斜撐采用DN250無(wú)縫鋼管現(xiàn)場(chǎng)焊接而成，所有焊縫高度為15 mm，龍門(mén)架布置形式。

4.2強(qiáng)度校核

計(jì)算簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖1。承重橫梁為工字鋼，兩端固定，總長(zhǎng)8 m，立柱為內(nèi)徑400 mm的鋼管，壁厚8 mm，對(duì)工字鋼進(jìn)行選型并校核，對(duì)鋼管立柱進(jìn)行失穩(wěn)校核。（考慮溫度對(duì)鋼材強(qiáng)度影響，室外溫度按遠(yuǎn)低于常溫計(jì)算）

圖1　強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖

4.2.1工字鋼選型及強(qiáng)度校核

根據(jù)荷載的形式最大彎矩計(jì)算公式：

式中：P——閘門(mén)啟閉力，t；L——承重橫梁凈跨，m；閘門(mén)啟閉力取60 t，承重橫梁凈跨為7 m，根據(jù)公式（1）算得Mmax=514.5×106N×mm。

鋼材的抗彎截面系數(shù)計(jì)算公式為：

式中：WZ——抗彎截面系數(shù)，cm3；Mmax——承重梁承受的最大彎矩，N×m；［σ］——在溫度遠(yuǎn)低于常溫時(shí)鋼材許用應(yīng)力，MPa；查鋼材許用應(yīng)力表得，在溫度遠(yuǎn)低于常溫時(shí)鋼材許用應(yīng)力為［σ］=112 MPa。

1）若選用一根工字鋼，則抗彎截面系數(shù)為：

根據(jù)公式2，選用一根工字鋼的彎截面系數(shù)為4 553.097 cm3，查楊慧麗主編GB706-88《工程力學(xué)》附表3熱軋普通工字鋼截面特性，x-x方向抗彎截面系數(shù)無(wú)此類(lèi)型工字鋼。

2）若選用兩根一樣長(zhǎng)的同型號(hào)工字鋼，則：

WZ2=Wz/2=2 276.549 cm3（4）

根據(jù)公式2，選用二根工字鋼的抗彎截面系數(shù)為2 276.549 cm3，查工程力學(xué)》附表3熱軋普通工字鋼截面特性，56 a型工字鋼x-x方向抗彎截面系數(shù)為2 342.0 cm3，滿足要求，故選2根56 a型工字鋼。

綜合考慮各種不利因素影響決定選用x-x方向抗彎截面系數(shù)為2 984.3 cm3，選用兩根63 a型的工字鋼。

4.2.2 63 a工字鋼強(qiáng)度校核

工字鋼最大強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算公式如下：

式中：σmax——工字鋼承受的最大強(qiáng)度應(yīng)力，MPa；Mmax——承重梁承受的最大彎矩，N×m；Wz——工字鋼沿x-x方向的抗彎截面系數(shù)，cm3；

根據(jù)公式3算得63 a型工字鋼最大強(qiáng)度應(yīng)力：

式中：86.201 MPa小于容許應(yīng)力112 MPa，故選用63 a型工字鋼強(qiáng)度滿足要求。

考慮摩擦力等其他因素，采用70 t集中荷載進(jìn)行校核。根據(jù)公式1，算得最大彎矩：

最大應(yīng)力：

式中：100.568 MPa，小于容許應(yīng)力112 MPa，強(qiáng)度滿足要求。

4.2.3 DN400×8鋼管立柱失穩(wěn)校核

壓桿穩(wěn)定校核公式如下：

式中：σ——鋼管承受應(yīng)力，MPa；N——鋼管軸向力，N；A——鋼管截面面積，cm2；準(zhǔn)——偏心系數(shù)；［σ］——碳素鋼鋼管許用應(yīng)力值，MPa。

查鋼材許用應(yīng)力表，在溫度遠(yuǎn)低于室溫情況下，壁厚小于10 mm碳素鋼鋼管許用應(yīng)力值為［σ］=112 MPa。

查《工程力學(xué)》附表3，按GB706-88計(jì)算p334頁(yè)，63 a型工字鋼單位重量為121.6 kg/m。

鋼管軸向力為工字鋼重力和集中荷載之和，故

N=G工字鋼+F=19.067+588=607.067×103N

鋼管的截面慣性半徑計(jì)算公式如下：

式中：i——截面慣性半徑，cm；D——鋼管外徑，cm；d——鋼管內(nèi)徑，cm；DN400鋼管的外徑為41.6 cm，內(nèi)徑為40 cm，代入公式5，算得截面慣性半徑i為14.428 cm。

立柱為兩端固定時(shí)，鋼管的柔度計(jì)算公式：

式中：λ——鋼管柔度；μ——長(zhǎng)度系數(shù)；l——桿長(zhǎng)，cm；i——截面的慣性半徑，cm；立柱為兩端固定時(shí)，桿長(zhǎng)為13 m，i為14.428 cm，代入公式6，得λ=45.051。

1）穩(wěn)定校核：

查《工程力學(xué)》表11-2，用內(nèi)插法求得準(zhǔn)= 0.907，準(zhǔn)為折減系數(shù)。根據(jù)公式4計(jì)算得知，所以立柱鋼管在60 t的荷載下不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。

2）綜合考慮各種情況，使用70 t荷載進(jìn)行校核。該種情況下，柔度、折減系數(shù)均相同，N= 705.067 kN。根據(jù)公式4，計(jì)算得知σ=101.584 MPa。故在70 t的荷載下立柱鋼管不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。

5　閘門(mén)拼裝及臨時(shí)下閘的條件

1）門(mén)槽二期埋件安裝至犖306.200 m高程以上。

2）通往進(jìn)水塔的現(xiàn)有交通洞及施工道路不能滿足大型吊車(chē)進(jìn)出工作面，進(jìn)水塔的下游側(cè)至0號(hào)永久交通洞必須回填石渣至犖308.500 m高程，便于閘門(mén)的運(yùn)輸、吊裝以及臨時(shí)下閘汽車(chē)吊的進(jìn)出和布置作業(yè)工位。

3）臨時(shí)下閘的180 t汽車(chē)吊外形尺寸較大，0號(hào)交通洞內(nèi)的洞襯臺(tái)車(chē)底部寬度3.2 m，上部寬度2 m，高度4.4 m，不能滿足汽車(chē)吊通行要求，需拆除臺(tái)車(chē)內(nèi)撐架。

4）為了避免設(shè)備的二次倒運(yùn)，到貨門(mén)葉要求生產(chǎn)廠家直接拉至進(jìn)水塔現(xiàn)場(chǎng)（短板貨車(chē)運(yùn)輸）。

5）180 t汽車(chē)吊原車(chē)標(biāo)配準(zhǔn)22 mm鋼絲繩長(zhǎng)度無(wú)法滿足閘門(mén)下至底檻的要求，必須更換總長(zhǎng)度為500 m的鋼絲繩。

5.1閘門(mén)拼裝

閘門(mén)的安裝和驗(yàn)收必須滿足DLT5018-2004《水電水利工程鋼閘門(mén)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定。

事故閘門(mén)門(mén)葉共分為4件制作（3節(jié)門(mén)葉和1個(gè)吊耳），單元吊裝最重件為上節(jié)門(mén)葉，重量為18.5 t。吊裝時(shí)回轉(zhuǎn)半徑5～7 m，起吊高度13～15 m，門(mén)葉拼裝設(shè)備使用50 t以上汽車(chē)吊。

閘門(mén)在1號(hào)門(mén)槽孔口下游附近位置采用躺拼方案。門(mén)葉下部支撐為80 cm高型鋼板凳支架。通過(guò)搭設(shè)腳手架，掛鋼絲線、測(cè)量?jī)x器配合等手段對(duì)門(mén)葉的安裝精度進(jìn)行調(diào)整控制。

1）到貨門(mén)葉及吊耳的外形尺寸檢測(cè)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

2）提前將承重型鋼板凳調(diào)平整體加固牢靠。按底、中、上順序逐節(jié)將門(mén)葉吊至板凳上，整體進(jìn)行調(diào)整水平度和垂直度，外形尺寸合格后，進(jìn)行節(jié)間焊縫的定位焊。

3）門(mén)葉整體調(diào)整驗(yàn)收合格，進(jìn)行節(jié)間焊縫的焊接和檢測(cè)。

4）進(jìn)行吊耳的安裝、焊接和檢測(cè)。

5）進(jìn)行水封的安裝、調(diào)整。

6）進(jìn)行閘門(mén)附件的安裝。

5.2閘門(mén)拼裝、焊接質(zhì)量保證

1）閘門(mén)的安裝，應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定進(jìn)行。

2）閘門(mén)主支承部件的安裝調(diào)整工作應(yīng)在門(mén)葉結(jié)構(gòu)拼裝焊接完畢，經(jīng)測(cè)量校正合格后方能進(jìn)行。所有主支承面應(yīng)調(diào)整到同一平面上，其誤差不得大于設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定和要求。

3）分節(jié)門(mén)葉組成整體后，應(yīng)對(duì)其各項(xiàng)尺寸進(jìn)行復(fù)查。

4）充水裝置在其行程內(nèi)升降自如、密封良好，吊桿連接情況良好。

5）閘門(mén)水封裝置安裝偏差和水封質(zhì)量要求應(yīng)符合DL/T5018-2004的規(guī)定，止水橡皮膠合完成整體到貨，接頭不得有錯(cuò)位，止水應(yīng)嚴(yán)密。

6）止水橡皮的螺孔位置與門(mén)葉和止水壓板的螺孔位置一致，其孔徑應(yīng)比螺栓直徑小1 mm。

7）整扇閘門(mén)主輪踏面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其平面度誤差不大于2 mm。

8）滾輪踏面與止水座基準(zhǔn)面的平行度誤差不大于0.5 mm。

9）吊耳孔的縱橫向中心線距離的允許偏差為±0.5 mm；吊耳孔保持各自同心，其傾斜度不大于1/2 500。

10）為保證焊接質(zhì)量，作業(yè)空間必須搭設(shè)保溫棚。焊接嚴(yán)格按DL/T5018-2004的規(guī)定執(zhí)行。

焊接保溫棚使用準(zhǔn)50鋼管搭設(shè)，棚架周?chē)捎米枞寂癫挤忾]，外部覆蓋加厚普通篷布，搭設(shè)時(shí)四周需預(yù)留焊接排煙孔。保溫棚內(nèi)使用小太陽(yáng)電暖氣進(jìn)行升溫，確保焊接環(huán)境溫度保持在-10℃以上。若焊接環(huán)境溫度低于-10℃以下時(shí)，需對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)加熱，加熱溫度至60～100℃后方可施焊，加熱設(shè)備為履帶式加熱板。

6　應(yīng)急排水措施

如圍堰在瘦身階段出現(xiàn)可控制的滲漏水情況，在圍堰下游2臺(tái)流量100 m3/h的潛水泵及6寸鋼管排水管路進(jìn)行抽排水，在滲漏水可以控制的情況下打開(kāi)事故閘門(mén)進(jìn)行出渣施工，如水泵數(shù)量滿足不了要求，經(jīng)參建各方研究后確定下一步處理方案。圍堰瘦身出渣期間在壓力洞施工支洞交叉口段布置封堵用砂袋，并利用布置在2號(hào)壓力洞左側(cè)集水坑內(nèi)的75 kW離心泵作為備用排水水泵，如圍堰下游2臺(tái)潛水泵出現(xiàn)故障，啟用備用排水設(shè)施，進(jìn)行排水，確保廠房施工安全。

7　結(jié)語(yǔ)

工程于2014年10月成功對(duì)2孔事故閘門(mén)進(jìn)行落閘，在后續(xù)圍堰瘦身過(guò)程中，通過(guò)龍門(mén)吊開(kāi)啟1號(hào)閘門(mén)形成出渣通道，在保證安全的情況下滿足了圍堰瘦身的工程進(jìn)度需要，對(duì)以后工程中閘門(mén)臨時(shí)啟閉具有借鑒意義。

［參考文獻(xiàn)］

［1］林小莉，羅冉.觀音巖水電站23號(hào)壩段安裝閘門(mén)用龍門(mén)吊設(shè)計(jì)與計(jì)算［J］.四川水利，2011（6）.

［2］蔡立.事故閘門(mén)臨時(shí)啟閉措施方案優(yōu)化［J］.新疆水利，2012（2）.

［中圖分類(lèi)號(hào)］TV66

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）03－0065－04

[收稿日期]2015-12-26