三峽船閘人字門(mén)底樞檢修低位頂門(mén)方案

陶 然，陳 飛，陳明華，龍宇恒

(長(zhǎng)江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

近年來(lái)，三峽過(guò)壩運(yùn)量迅猛增加，三峽船閘已呈現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，船閘人字門(mén)運(yùn)行頻次高，加速了底樞球瓦和蘑菇頭磨損、密封件損壞、球瓦油道堵塞等，影響人字門(mén)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，須定期實(shí)施門(mén)體頂升進(jìn)行底樞檢查與修理。2011—2018年，三峽船閘共進(jìn)行了6次計(jì)劃性停航檢修，目前人字門(mén)檢修通常是在計(jì)劃性停航檢修期間，采用高位頂門(mén)檢修工藝，須同時(shí)拆除頂樞啟閉機(jī)構(gòu)、頂門(mén)、固門(mén)等，適合工期較長(zhǎng)的人字門(mén)計(jì)劃性大修項(xiàng)目。

歷次三峽船閘計(jì)劃性停航檢修工程還未進(jìn)行過(guò)底樞裝置整體移出檢修。當(dāng)人字門(mén)底樞日常運(yùn)行中由于磨損引起接觸面減少、接觸表面磨痕，發(fā)生突發(fā)故障需要進(jìn)行底樞修理或更換時(shí)，如何快速將底樞拆除、移出及更換回裝，尚無(wú)成熟的施工工藝可借鑒。為滿足快速檢修需求[1]，提出人字門(mén)低位頂門(mén)底樞修理方案，為三峽船閘人字門(mén)頂門(mén)檢修提供備選方案。

1 三峽船閘人字門(mén)頂門(mén)檢修

1.1 人字門(mén)頂門(mén)檢修分類(lèi)

根據(jù)門(mén)體頂升高度，人字門(mén)頂門(mén)檢修可分為高位頂門(mén)和低位頂門(mén)[2]。

1)高位頂門(mén)。拆除人字門(mén)頂樞，同時(shí)解除啟閉機(jī)活塞桿與門(mén)體的連接，安裝固門(mén)裝置，將門(mén)體與底樞共同頂升至蘑菇頭底面高于底坎不銹鋼止水面，底樞沿垂直于閘室中軸線的方向移出，通常頂門(mén)高度較大，稱(chēng)之為高位頂門(mén)。

2)低位頂門(mén)。無(wú)須拆除人字門(mén)頂樞和解除啟閉機(jī)活塞桿與門(mén)體的連接，取出頂樞A桿與人字門(mén)下耳板之間墊片(圖1)，利用其產(chǎn)生的間隙，將門(mén)體與底樞共同頂升高度為25 mm以?xún)?nèi)，拆除蘑菇頭墊板、頂蓋鉸制孔螺栓，割除一段止水座板，底樞沿人字門(mén)門(mén)寬方向移出，稱(chēng)之為低位頂門(mén)。A桿與門(mén)體下耳板之間安裝有墊片和墊圈，分別為墊片δ=2 mm和δ=1 mm各1塊，墊圈δ=10 mm和δ=5 mm各2塊。

圖1 頂樞墊片、墊圈(單位：mm。下同)

1.2 頂門(mén)高度選擇

對(duì)于三峽船閘人字門(mén)的檢修，高位頂門(mén)和低位頂門(mén)各有利弊。在檢修時(shí)，可以從實(shí)際需要和工期要求出發(fā)進(jìn)行頂門(mén)高度的選擇。

1)根據(jù)歷年三峽船閘計(jì)劃性停航檢修情況，由于未取出底樞頂蓋，人字門(mén)高位頂門(mén)在680 mm，在頂門(mén)落門(mén)過(guò)程中以及頂樞回裝期間，門(mén)體約束完全解除，僅靠固門(mén)裝置作為安全保證，增加了門(mén)體穩(wěn)固風(fēng)險(xiǎn)；而低位頂門(mén)，頂樞及啟閉機(jī)構(gòu)不需要拆除，人字門(mén)本身的防傾倒能得到保證。

2)高位頂門(mén)在落門(mén)回裝時(shí)，底樞頂蓋球瓦與蘑菇頭安裝位之間會(huì)存在一定的偏差，最大可達(dá)30 mm，須靠蘑菇頭與球瓦之間的接觸面對(duì)門(mén)體下落進(jìn)行導(dǎo)向，會(huì)損壞底樞密封件。

3)低位頂門(mén)工作量較小，工期可控；高位頂門(mén)工作量大，由于需要拆除頂樞，不確定因素多，工期不可控，而且高位頂門(mén)的前期準(zhǔn)備工作量大，時(shí)間相對(duì)緊張。

4)低位頂門(mén)存在需要割除一段固定止水座板、處理一部分底樞埋件、破壞一段支墊塊環(huán)氧墊層等技術(shù)難點(diǎn)。

2 低位頂門(mén)底樞移出檢修方案

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

人字門(mén)在低位頂門(mén)情況下，底樞整體移出檢修面臨諸多技術(shù)難點(diǎn)：人字門(mén)低位頂門(mén)高度確定、蘑菇頭墊板拆除、底樞裝置整體移出方向、人字門(mén)止水座板割除長(zhǎng)度等。

2.1.1人字門(mén)低位頂門(mén)高度的確定

低位頂門(mén)情況下，由于頂樞沒(méi)有拆除，A桿與門(mén)體下耳板之間的墊片和墊圈對(duì)頂門(mén)高度有所限制，必須取出部分墊片和墊圈(圖2)，確保人字門(mén)存在低位頂門(mén)空間，同時(shí)由于A桿固定于錨架，頂升過(guò)量會(huì)造成A桿或門(mén)體結(jié)構(gòu)損傷。

圖2 取出頂樞墊片、墊圈

墊片為U形，墊圈為O形，考慮到低位頂門(mén)底樞檢修的需要，可在三峽船閘計(jì)劃性停航檢修中，對(duì)O形墊圈改造更換，全部采用U形方式。利用32 t螺旋千斤頂對(duì)A桿施加支撐，釋放承重將墊片、墊圈取出，預(yù)留頂門(mén)空間。

為了確保低位頂門(mén)安全可靠，頂門(mén)高度須小于A桿與門(mén)體下耳板之間的間隙，頂門(mén)過(guò)小也不利于底樞裝置的整體移出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每扇門(mén)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以中北四人字門(mén)為例，A桿與門(mén)體下耳板實(shí)測(cè)間隙為30 mm，則中北四人字門(mén)低位頂門(mén)高度確定為25 mm。

2.1.2蘑菇頭墊板拆除

墊板位于蘑菇頭底部，對(duì)蘑菇頭起限位作用，墊板半圓擋塊伸出蘑菇頭圓形底座高度為95 mm，與蘑菇頭圓形底座上平面齊平，蘑菇頭墊板安裝位置見(jiàn)圖3，而上述低位頂門(mén)高度為25 mm，所以不拆除蘑菇頭墊板無(wú)法將底樞移出。人字門(mén)低位頂門(mén)后，拆除蘑菇頭墊板與底座12顆M42×135的連接螺栓，拖出墊板，消除底樞移出障礙。

圖3 蘑菇頭墊板安裝位

2.1.3底樞裝置整體移出路徑

根據(jù)人字門(mén)頂門(mén)現(xiàn)場(chǎng)布置情況，底樞整體從閘墻方面移出空間不夠，可從3、4號(hào)同步頂之間或人字門(mén)背水面即4號(hào)頂與門(mén)坎之間移出。底樞整體移出路徑見(jiàn)圖4。

1)底樞從同步頂之間移出。3、4號(hào)同步頂(400 t)之間最大間距約為2 666 mm，底樞最大外型尺寸(位于頂蓋)為1 950 mm×1 866 mm，移出過(guò)程與3、4號(hào)同步頂?shù)淖钚￠g距約為358 mm，能夠滿足底樞裝置整體移出空間，但移出方向存在止水座板、同步頂、液壓油管、傳感器、通信電纜等干擾，移出過(guò)程裝備須行走至少7 800 mm才能將底樞移出門(mén)體底部，不確定因素多。

2)底樞從人字門(mén)背水面移出。門(mén)坎到4號(hào)同步頂之間的最大間距約為2 887 mm，底樞移出過(guò)程與門(mén)坎、4號(hào)同步頂?shù)淖钚￠g距約為468 mm，能夠滿足底樞裝置整體移出空間，移出過(guò)程裝備行走約3 800 mm就能將底樞移出門(mén)體底部。該移出方向的優(yōu)點(diǎn)是移出空間大、裝備行走距離短。

2.1.4人字門(mén)止水座板割除長(zhǎng)度

人字門(mén)止水座板阻礙底樞裝置整體移出，可先割除止水座板干涉段，在底樞檢修完畢回裝后焊接恢復(fù)。底樞從3、4號(hào)同步頂之間移出，止水座板須割除長(zhǎng)度約為4 900 mm，位于活動(dòng)座板右邊界至3號(hào)同步頂附近(圖5)，才能保證移出過(guò)程底樞不與止水座板發(fā)生碰撞。

底樞從人字門(mén)背水面移出，即門(mén)坎與4號(hào)同步頂之間移出，止水座板須割除長(zhǎng)度約為2 300 mm，位于活動(dòng)座板右邊界至止水座板第1處圓弧過(guò)渡段(圖6)，才能保證移出過(guò)程底樞不與止水座板發(fā)生碰撞。該移出方向的優(yōu)點(diǎn)是止水座板割除長(zhǎng)度短、修后焊接恢復(fù)難度較小。

圖5 同步頂之間移出止水座板割除段

圖6 背水面移出止水座板割除段

2.2 移出方案

1)在三峽船閘計(jì)劃性停航檢修中，對(duì)O形墊圈改造更換成U形方式。利用螺旋千斤頂對(duì)A桿施加支撐，釋放承重，取出墊片、墊圈，預(yù)留低位頂門(mén)空間。低位頂門(mén)高度確定為25 mm，小于A桿與門(mén)體下耳板之間的間隙5 mm。

2)低位頂門(mén)后，拆除蘑菇頭墊板與底座12顆 M42×135的連接螺栓，拖出墊板，消除底樞移出障礙。

3)從人字門(mén)背水面移出，底樞裝置整體移出空間較大，移出過(guò)程裝備行走距離相對(duì)較短，對(duì)比其他移出方向優(yōu)勢(shì)明顯。

4)從人字門(mén)背水面移出，止水座板須割除長(zhǎng)度約為2 300 mm，位于活動(dòng)座板右邊界至止水座板第1處圓弧過(guò)渡段，止水座板割除長(zhǎng)度相對(duì)較短[3-6]。

3 底樞移出裝備及配套工裝應(yīng)用

3.1 底樞移出小車(chē)

研制一種底樞裝置整體移出裝備，實(shí)現(xiàn)在人字門(mén)低位頂門(mén)狀態(tài)下底樞裝置的快速移出及修后回裝。該裝備采用軌道式(圖7)，主要包括：底樞工作位基礎(chǔ)延伸到人字門(mén)外側(cè)的導(dǎo)軌，軌道上設(shè)有移動(dòng)小車(chē)，車(chē)上有高度可調(diào)節(jié)支架，該支架采用2套液壓油缸伸縮調(diào)節(jié)，上、下支架通過(guò)活動(dòng)連接板連接，支架底部為萬(wàn)向輪，支架頂部布置有鋼板，鋼板上設(shè)圓柱形滾動(dòng)體，支架伸出段設(shè)有底樞移出平臺(tái)，平臺(tái)兩側(cè)設(shè)置有吊耳，吊耳與液壓油缸采用剛性或柔性連接，液壓油缸布置在支架頂部固定支鉸上，同時(shí)在移動(dòng)小車(chē)上設(shè)置液壓泵站和操作平臺(tái)。移動(dòng)小車(chē)上平面高于底樞工作位基礎(chǔ)上平面，高差為支架伸出段厚度。

若低位頂門(mén)25 mm，利用軌道式移出裝備將底樞裝置整體下降160 mm，再向人字門(mén)背水面移出底樞，底樞頂蓋上平面與門(mén)體底端底間隙為35 mm，滿足底樞整體移出空間要求。采用軌道式移出，隨軌道方向前行，移出過(guò)程穩(wěn)定性強(qiáng)，且不會(huì)占用較大空間。

圖7 軌道式底樞裝置整體移出裝備

3.2 底樞移出配套工裝

1)頂蓋與蘑菇頭連接工裝。根據(jù)歷次三峽船閘人字門(mén)底樞檢修經(jīng)驗(yàn)，底樞結(jié)構(gòu)頂蓋和蘑菇頭之間無(wú)連接件，人字門(mén)頂升過(guò)程中不能整體升降。利用底樞蘑菇頭法蘭，設(shè)計(jì)專(zhuān)用工裝，在人字門(mén)頂升時(shí)將頂蓋和蘑菇頭整體連接，以便于底樞整體移出檢修。

2)鉸制孔螺栓拆除工裝。鉸制孔螺栓在水下惡劣工況運(yùn)行10多年，由于長(zhǎng)期受剪，個(gè)別可能出現(xiàn)變形擠卡，拆除難度大，影響拆除時(shí)間。根據(jù)鉸制孔螺栓結(jié)構(gòu)及安裝方式，設(shè)計(jì)鉸制孔螺栓拆除工裝(圖8)，包括2個(gè)材料為40 Cr的半圓柱夾緊工裝，裝置一端為深35 mm的半六方孔，2個(gè)半圓柱夾緊工裝通過(guò)2組M16×200螺桿、螺母相連，夾緊頂蓋與門(mén)體連接的鉸制孔螺栓六方，在工裝4處細(xì)牙螺紋孔上安裝M16×1.5-260的螺栓，級(jí)別為12.9級(jí)，材料為40 Cr，螺栓頭部為六方，內(nèi)開(kāi)內(nèi)六角槽，通過(guò)扳手緊固，施加反作用力將鉸制孔螺栓拆除。

3)底樞移出移入頂蓋固定工裝。底樞頂蓋在拆除鉸制孔螺栓后，由于重心在設(shè)置筋板結(jié)構(gòu)部位，在底樞整體移出移入過(guò)程中必須可靠固定，根據(jù)頂蓋結(jié)構(gòu)采用16 t螺旋千斤頂與花籃螺栓結(jié)合的方式，依靠2臺(tái)螺旋千斤頂與蘑菇頭的三點(diǎn)支撐和2套花籃螺栓的牽拉實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固。

圖8 鉸制孔螺栓拆除工裝

4 結(jié)論

1)三峽船閘人字門(mén)底樞日常運(yùn)行中可能存在突發(fā)故障，在不拆除頂樞構(gòu)件的情況下，進(jìn)行人字門(mén)低位頂門(mén)底樞移出檢修方案是可行的。

2)低位頂門(mén)底樞移出技術(shù)難點(diǎn)為：低位頂門(mén)高度確定、蘑菇頭墊板拆除、底樞裝置整體移出路徑和人字門(mén)止水座板割除長(zhǎng)度的確定。

3)本文提出的移出方案，結(jié)合底樞移出裝備及配套工裝，適用于三峽船閘人字門(mén)低位頂門(mén)底樞移出檢修，可為底樞移出檢修提供參考。