淺析水下多節(jié)疊梁門快速關(guān)閉封水工藝措施

蔣 承 鋒

(中國(guó)水利水電夾江水工機(jī)械有限公司，四川 夾江 614100)

1 概 述

巴基斯坦塔貝拉(Tarbela)水電站4期擴(kuò)建項(xiàng)目是將原用于灌溉泄洪的4號(hào)隧洞擴(kuò)建為集發(fā)電、泄洪和灌溉為一體的發(fā)電引水隧洞，需在下游新增壓力鋼管和叉管群并新建1 410 MW的廠房，因此，必須在4號(hào)隧洞的原低位取水口(高水位時(shí)水下約120 m深)的門槽內(nèi)安裝疊梁門(一套4節(jié)，2套8節(jié))進(jìn)行封堵，以便后續(xù)幾年內(nèi)新建的高位取水塔的豎井貫通以及下游廠房的開挖和混凝土施工。

2 疊梁門具有的特點(diǎn)、安裝要求與快速關(guān)閉方案的比選

2.1 疊梁門具有的特點(diǎn)

該疊梁門是在下游側(cè)布置橡膠水封，受上游側(cè)水壓后封水。水下安裝后各節(jié)疊梁在門槽內(nèi)自由重疊，各節(jié)間與下游門槽的封水面存在較大的間隙，上游水流經(jīng)縫隙流入下游側(cè)后形成上游水壓才能不斷地將各節(jié)疊梁由下至上擠推并貼合到下游門槽的封水面上。但其下游已經(jīng)形成小圍堰并且已經(jīng)在進(jìn)行新廠房的地基開挖，因此，其泄水量必須降低至最低程度，以減少對(duì)下游小圍堰的施工影響。

該疊梁門寬度為4 450 mm，從底到頂四節(jié)的高度和重量依次為：3 500 mm，28 t；3 240 mm，26 t；3 275 mm，26 t；4 250 mm，32 t，總高度為14 270 mm，總重量為112 t。

各節(jié)疊梁依次安裝之后，因其尚未受到上游水壓、各節(jié)疊梁呈自由疊放狀態(tài)，經(jīng)潛水員使用直尺并經(jīng)視頻錄像后發(fā)現(xiàn)2套疊梁門底節(jié)底檻處距離下游門槽封水面約0～5 mm，從底到頂，其間距不斷增大至58 mm(頂節(jié)安裝后，受門槽內(nèi)空間限制，潛水員無(wú)法進(jìn)入底部查探其它各節(jié))。

2.2 疊梁門的安裝要求

為推動(dòng)該疊梁門向下游方向移動(dòng)以達(dá)到封水密閉的目的，至少需要在下游隧洞內(nèi)形成2 000 m3/h的排水量。因疊梁門門葉與下游門槽的間距較大，需要在大量泄水之后才能完全封閉這2套疊梁門。一旦泄水流量過(guò)大，將會(huì)滿灌正在施工的下游小圍堰、增加下游的排水時(shí)間，延緩工程直線工期的進(jìn)度。

為最小化泄水量，需要減小各節(jié)疊梁與下游門槽的封水面間距，要求在總高14 270 mm、寬度為4 450 mm的門框上總縫隙面積不得大于0.27 m2，底部第二至頂部第四節(jié)疊梁門與下游門槽的封水面間隙按2.5 mm控制。

2.3 疊梁快速關(guān)閉方案的比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，項(xiàng)目部編制了以下兩套方案?jìng)溥x：

(1)只提頂節(jié)后進(jìn)行頂推。

鑒于各節(jié)疊梁已經(jīng)安裝，采用千斤頂推動(dòng)各節(jié)疊梁向下游側(cè)移動(dòng)，待減小間隙后再使用楔塊從上游側(cè)進(jìn)行鎖定，從下往上依次推動(dòng)和鎖定以達(dá)到所要求的最小封水間距。

為使?jié)撍畣T和千斤頂以及楔塊進(jìn)入門槽，首先需將頂節(jié)疊梁吊運(yùn)出水并安全放置到水上浮箱平臺(tái)的移動(dòng)小車上。

根據(jù)槽內(nèi)三節(jié)疊梁的重量和狀態(tài)，計(jì)算推動(dòng)單節(jié)門葉所需的推力至少為3.25 t，且門葉的左右兩側(cè)需同樣布置?？紤]到一定的安全系數(shù)，選用10 t千斤頂。

該千斤頂在水下供潛水員使用，采用機(jī)械式千斤頂，潛水員可通過(guò)壓搖方式進(jìn)行推擠。

千斤頂?shù)捻斖莆恢靡步?jīng)過(guò)謹(jǐn)慎選擇，以防止千斤頂未能推動(dòng)門葉、反而會(huì)造成門體個(gè)別點(diǎn)位損傷。將頂推位置放在門葉后翼板(板厚58 mm)通過(guò)工裝傳導(dǎo)推力。在頂推過(guò)程中，對(duì)上游門槽的混凝土狀態(tài)也應(yīng)進(jìn)行觀察，防止由于混凝土損壞后造成意外回退。

由于門葉向上游側(cè)傾斜，其后翼板有可能已經(jīng)與上游側(cè)墻緊靠在一起，沒(méi)有空間放置千斤頂和工裝頂推后翼板。作為備選方案，可以頂推門葉邊梁(板厚25.4 mm)位置的工裝也要被制作出來(lái)。

下窄、上寬的鋼制楔塊將在潛水員完成頂推后放置在門葉與上游門槽側(cè)，以防止門葉再次向上游側(cè)傾倒。

底部三節(jié)疊梁頂推到位并放置鋼制楔塊之后，再將頂節(jié)疊梁下放入水進(jìn)入門槽。

該方案只提出頂節(jié)疊梁，只增加了一次潛水員引導(dǎo)入槽的作業(yè)，但水下約120 m深處的三節(jié)疊梁共6處的頂推和放置楔塊作業(yè)將考驗(yàn)潛水員的操作能力和身體極限。

(2)全部提出各節(jié)疊梁后再進(jìn)行頂推。

首先將上面三節(jié)疊梁依次提出水面并安全放置到水上浮箱平臺(tái)的移動(dòng)小車上，然后將最底一節(jié)吊離底檻，使其脫離底檻的摩擦約束，同時(shí)采用千斤頂頂推裝置在底節(jié)門葉的2/5高度位置處向下游進(jìn)行頂推，頂推到位后，再按照同樣的程序依次安裝上面的三節(jié)疊梁。

對(duì)于上面三節(jié)疊梁的側(cè)導(dǎo)向的上游側(cè)位置還需增加限位塊，以減小其向上游側(cè)傾倒的距離，并保證其更容易頂推到位。

該方案將增加3次疊梁入槽時(shí)的潛水員引導(dǎo)作業(yè)，并不能減少各節(jié)疊梁的頂推次數(shù)且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)——在門機(jī)吊住疊梁時(shí)潛水員在門槽內(nèi)實(shí)施頂推，故將其作為最后的方案?jìng)溥x。

3 疊梁封水方案的實(shí)施

項(xiàng)目部最終選擇了只提頂節(jié)的頂推方案并進(jìn)行實(shí)施，潛水員在水下頂推作業(yè)過(guò)程中發(fā)揮了積極和有效的作用，從開啟蓋板到抓梁入槽抓取頂節(jié)都需要潛水員的指引和水下確認(rèn)。

提出頂節(jié)之后，潛水員能夠進(jìn)入門槽，在水下能見(jiàn)度幾乎為零的情況下通過(guò)探摸確定頂推位置、在水中漂浮無(wú)處借力的情況下放置千斤頂并手動(dòng)頂推到位，再放入已經(jīng)預(yù)制好的楔形頂塊。閘門兩側(cè)的頂推只能先后進(jìn)行，先頂推一側(cè)通過(guò)探摸來(lái)觀察另一側(cè)的間隙情況，以確保兩側(cè)同時(shí)頂推到位并嵌入楔形頂塊。

兩套閘門共需頂推6節(jié)，每節(jié)需頂推左右兩側(cè)，共需頂推12次。潛水員每天能否下潛尚需看水面的風(fēng)浪，且從下午大約16∶00開始就不能繼續(xù)潛水，因?yàn)槠渌噜彽乃矶磳⒆詣?dòng)進(jìn)行發(fā)電操作，潛水員存在被吸入隧洞的風(fēng)險(xiǎn)。每次潛水員下降到水下120 m深處，其可供工作的時(shí)間長(zhǎng)度不能超過(guò)10 min，否則在水下需要解壓的時(shí)間長(zhǎng)度將會(huì)繼續(xù)延長(zhǎng)，將會(huì)影響到潛水員出水時(shí)間的規(guī)定。專業(yè)的潛水隊(duì)伍克服了以上種種不利因素，確保了水下頂推工作的順利進(jìn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

塔貝拉項(xiàng)目采用只提頂節(jié)的頂推實(shí)施方案，在15個(gè)工作日內(nèi)完成了頂推。疊梁門下游側(cè)的隧洞中間豎井的工作門開啟，對(duì)洞內(nèi)形成排水流量，成功將封水流量降低至最小，將對(duì)下游的廠房施工區(qū)域小圍堰的影響降低至最低程度，為廠房開挖和混凝土施工的直線工期開啟了一個(gè)好的開端，所取得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)后續(xù)其他類似項(xiàng)目是一個(gè)很好的啟發(fā)。