三峽船閘人字門底樞檢修低位頂門方案

陶 然，陳 飛，陳明華，龍宇恒

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

近年來，三峽過壩運量迅猛增加，三峽船閘已呈現(xiàn)滿負荷運行狀態(tài)，船閘人字門運行頻次高，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，影響人字門的安全穩(wěn)定運行，須定期實施門體頂升進行底樞檢查與修理。2011—2018年，三峽船閘共進行了6次計劃性停航檢修，目前人字門檢修通常是在計劃性停航檢修期間，采用高位頂門檢修工藝，須同時拆除頂樞啟閉機構、頂門、固門等，適合工期較長的人字門計劃性大修項目。

歷次三峽船閘計劃性停航檢修工程還未進行過底樞裝置整體移出檢修。當人字門底樞日常運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)故障需要進行底樞修理或更換時，如何快速將底樞拆除、移出及更換回裝，尚無成熟的施工工藝可借鑒。為滿足快速檢修需求[1]，提出人字門低位頂門底樞修理方案，為三峽船閘人字門頂門檢修提供備選方案。

1 三峽船閘人字門頂門檢修

1.1 人字門頂門檢修分類

根據(jù)門體頂升高度，人字門頂門檢修可分為高位頂門和低位頂門[2]。

1)高位頂門。拆除人字門頂樞，同時解除啟閉機活塞桿與門體的連接，安裝固門裝置，將門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，通常頂門高度較大，稱之為高位頂門。

2)低位頂門。無須拆除人字門頂樞和解除啟閉機活塞桿與門體的連接，取出頂樞A桿與人字門下耳板之間墊片(圖1)，利用其產(chǎn)生的間隙，將門體與底樞共同頂升高度為25 mm以內，拆除蘑菇頭墊板、頂蓋鉸制孔螺栓，割除一段止水座板，底樞沿人字門門寬方向移出，稱之為低位頂門。A桿與門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 頂門高度選擇

對于三峽船閘人字門的檢修，高位頂門和低位頂門各有利弊。在檢修時，可以從實際需要和工期要求出發(fā)進行頂門高度的選擇。

1)根據(jù)歷年三峽船閘計劃性停航檢修情況，由于未取出底樞頂蓋，人字門高位頂門在680 mm，在頂門落門過程中以及頂樞回裝期間，門體約束完全解除，僅靠固門裝置作為安全保證，增加了門體穩(wěn)固風險；而低位頂門，頂樞及啟閉機構不需要拆除，人字門本身的防傾倒能得到保證。

2)高位頂門在落門回裝時，底樞頂蓋球瓦與蘑菇頭安裝位之間會存在一定的偏差，最大可達30 mm，須靠蘑菇頭與球瓦之間的接觸面對門體下落進行導向，會損壞底樞密封件。

3)低位頂門工作量較小，工期可控；高位頂門工作量大，由于需要拆除頂樞，不確定因素多，工期不可控，而且高位頂門的前期準備工作量大，時間相對緊張。

4)低位頂門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)氧墊層等技術難點。

2 低位頂門底樞移出檢修方案

2.1 技術難點

人字門在低位頂門情況下，底樞整體移出檢修面臨諸多技術難點：人字門低位頂門高度確定、蘑菇頭墊板拆除、底樞裝置整體移出方向、人字門止水座板割除長度等。

2.1.1人字門低位頂門高度的確定

低位頂門情況下，由于頂樞沒有拆除，A桿與門體下耳板之間的墊片和墊圈對頂門高度有所限制，必須取出部分墊片和墊圈(圖2)，確保人字門存在低位頂門空間，同時由于A桿固定于錨架，頂升過量會造成A桿或門體結構損傷。

圖2 取出頂樞墊片、墊圈

墊片為U形，墊圈為O形，考慮到低位頂門底樞檢修的需要，可在三峽船閘計劃性停航檢修中，對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A桿施加支撐，釋放承重將墊片、墊圈取出，預留頂門空間。

為了確保低位頂門安全可靠，頂門高度須小于A桿與門體下耳板之間的間隙，頂門過小也不利于底樞裝置的整體移出。根據(jù)現(xiàn)場對每扇門的實測數(shù)據(jù)，以中北四人字門為例，A桿與門體下耳板實測間隙為30 mm，則中北四人字門低位頂門高度確定為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圖3，而上述低位頂門高度為25 mm，所以不拆除蘑菇頭墊板無法將底樞移出。人字門低位頂門后，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)人字門頂門現(xiàn)場布置情況，底樞整體從閘墻方面移出空間不夠，可從3、4號同步頂之間或人字門背水面即4號頂與門坎之間移出。底樞整體移出路徑見圖4。

1)底樞從同步頂之間移出。3、4號同步頂(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，移出過程與3、4號同步頂?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，移出過程裝備須行走至少7 800 mm才能將底樞移出門體底部，不確定因素多。

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

2.1.4人字門止水座板割除長度

人字門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。底樞從3、4號同步頂之間移出，止水座板須割除長度約為4 900 mm，位于活動座板右邊界至3號同步頂附近(圖5)，才能保證移出過程底樞不與止水座板發(fā)生碰撞。

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

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

2)低位頂門后，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)從人字門背水面移出，底樞裝置整體移出空間較大，移出過程裝備行走距離相對較短，對比其他移出方向優(yōu)勢明顯。

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

3 底樞移出裝備及配套工裝應用

3.1 底樞移出小車

研制一種底樞裝置整體移出裝備，實現(xiàn)在人字門低位頂門狀態(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：底樞工作位基礎延伸到人字門外側的導軌，軌道上設有移動小車，車上有高度可調節(jié)支架，該支架采用2套液壓油缸伸縮調節(jié)，上、下支架通過活動連接板連接，支架底部為萬向輪，支架頂部布置有鋼板，鋼板上設圓柱形滾動體，支架伸出段設有底樞移出平臺，平臺兩側設置有吊耳，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，同時在移動小車上設置液壓泵站和操作平臺。移動小車上平面高于底樞工作位基礎上平面，高差為支架伸出段厚度。

若低位頂門25 mm，利用軌道式移出裝備將底樞裝置整體下降160 mm，再向人字門背水面移出底樞，底樞頂蓋上平面與門體底端底間隙為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，移出過程穩(wěn)定性強，且不會占用較大空間。

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底樞檢修經(jīng)驗，底樞結構頂蓋和蘑菇頭之間無連接件，人字門頂升過程中不能整體升降。利用底樞蘑菇頭法蘭，設計專用工裝，在人字門頂升時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行10多年，由于長期受剪，個別可能出現(xiàn)變形擠卡，拆除難度大，影響拆除時間。根據(jù)鉸制孔螺栓結構及安裝方式，設計鉸制孔螺栓拆除工裝(圖8)，包括2個材料為40 Cr的半圓柱夾緊工裝，裝置一端為深35 mm的半六方孔，2個半圓柱夾緊工裝通過2組M16×200螺桿、螺母相連，夾緊頂蓋與門體連接的鉸制孔螺栓六方，在工裝4處細牙螺紋孔上安裝M16×1.5-260的螺栓，級別為12.9級，材料為40 Cr，螺栓頭部為六方，內開內六角槽，通過扳手緊固，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，由于重心在設置筋板結構部位，在底樞整體移出移入過程中必須可靠固定，根據(jù)頂蓋結構采用16 t螺旋千斤頂與花籃螺栓結合的方式，依靠2臺螺旋千斤頂與蘑菇頭的三點支撐和2套花籃螺栓的牽拉實現(xiàn)穩(wěn)固。

圖8 鉸制孔螺栓拆除工裝

4 結論

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

2)低位頂門底樞移出技術難點為：低位頂門高度確定、蘑菇頭墊板拆除、底樞裝置整體移出路徑和人字門止水座板割除長度的確定。

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