閘門在運行中發(fā)現(xiàn)的問題及解決對策探析

鐘 興

(中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東 中山 528403)

1 前言

閘門的選型設計在滿足工程布置合理的前提下，盡量使設計的閘門達到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理和運行安全的要求，為優(yōu)化門葉結(jié)構(gòu)，目前基本上仍然采用平面假定體系和容許應力法進行結(jié)構(gòu)設計。閘門門葉結(jié)構(gòu)的制造，除應選擇有相關資質(zhì)的企業(yè)按圖施工外，還需要做好相關的檢測、調(diào)試和驗收工作。閘門埋設件的安裝施工，除應嚴格控制安裝的質(zhì)量外，還需要選擇合理的施工工藝。閘門設備在交付管理單位以后，應定期對其進行管養(yǎng)和維護。以上均是決定閘門后期正常運行的直接原因，也是決定閘門使用壽命的關鍵因素。

水利水電工程中大部分的閘門在正常使用過程中，均有出現(xiàn)閘門銹蝕嚴重、止水不嚴、支承損壞及啟閉困難等問題，通過工程案例分析發(fā)現(xiàn)，均是由于設計、制造、安裝或后期運行管養(yǎng)不合理造成的。

2 運行中發(fā)現(xiàn)的問題

中山市中順大圍西河水閘，布置10孔15.0 m×7.3 m露頂式閘孔，水閘防潮按100 a一遇最高洪潮位設計，歷史最高洪潮位校核；采用50 a一遇泄洪標準設計，200 a一遇泄洪標準校核，校核最大下泄流量1559 m3/s。2009年12月17日，工程通過完工驗收。2014年4月25日，工程通過竣工驗收。水閘工作閘門采用直升式平板閘門，采用自潤滑材料滑塊支承，單扇門重38.44 t，采用液壓啟閉機操作，容量為2×400 kN，布置于工作閘門上部閘墩上，共設5套液壓控制系統(tǒng)，采用鍍陶瓷活塞桿。于2020年對閘門進行維護，該工程位于咸潮區(qū)，根據(jù)西河水閘運行管理人員反映及現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，啟閉機完好，現(xiàn)狀水閘閘門存在的主要問題為閘門基體表面出現(xiàn)涂層脫落、大面積銹蝕，支撐滑塊銹蝕、磨損嚴重，止水橡皮老化等一系列問題，嚴重影響水閘運行安全。

中山市中珠聯(lián)圍大涌口水閘，水閘共12孔，單孔凈寬14.2 m，總凈寬170.4 m，最大過閘流量為1774 m3/s，屬Ⅰ等大(1)型工程，其主要建筑物級別為1級，次要建筑物為3級。水閘防潮按100 a一遇最高洪潮位設計，歷史最高洪潮位校核；防洪按50 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核，于2006年底正式投入運行。水閘工作閘門采用實腹式主梁，懸臂輪支承，單扇閘門設置6套懸臂輪，每扇門重38.0 t，閘門運行方式為動水啟閉，啟閉設備采用QPPYⅡ-2×400-6.2雙吊點液壓啟閉機，布置于工作閘門上部閘墩上，共設6套液壓控制系統(tǒng)，控制12扇工作閘門的啟閉操作，采用鍍鉻活塞桿。于2020年11月對閘門進行現(xiàn)場檢查，該工程位于咸潮區(qū)，發(fā)現(xiàn)閘門門體、埋件、支承行走結(jié)構(gòu)均存在局部輕微銹蝕，閘門主輪均有傾斜，與軌道不能有效接觸，個別閘門下主輪缺失，閘門頂止水橡皮均有不同程度的老化、損壞、撕斷、缺失，止水壓板及螺栓銹蝕。啟閉機活塞桿采用鍍鉻處理，普遍存在銹蝕現(xiàn)象，銹蝕主要發(fā)生在活塞桿下半部位，活塞桿表面存在點蝕銹斑，局部較多，成片分布，呈麻面狀，表面鍍層破壞，形成點蝕銹坑，液壓油缸普遍存在漏油現(xiàn)象，造成閘門啟閉困難。

通過對中山市其余臨海擋潮閘的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分擋潮閘工作閘門都存在以上類似的問題。

3 原因分析

(1)銹蝕原因分析：由于臨海擋潮閘鋼閘門直接與海水接觸，海水中溶有大量的以氯化鈉為主的鹽類，同時海水中又溶解了大量的氧氣，碳鋼材質(zhì)在海水中發(fā)生去極化腐蝕，造成閘門及埋件整體銹蝕，在開閘泄水和擋潮時風浪的影響下，還易發(fā)生空泡腐蝕和沖刷腐蝕。另外海洋微生物、附著生物及它們的代謝產(chǎn)物等都對腐蝕過程產(chǎn)生直接或間接的加速作用。沿海地區(qū)的擋潮閘的鋼閘門受海邊鹽霧大氣的腐蝕[1]，海洋大氣中含有大量的鹽分，氣體中的氯化物含量較高，易造成水上部分金屬結(jié)構(gòu)設備發(fā)生點蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕。

(2)閘門漏水原因分析：閘門為擋潮閘同時兼顧蓄水，要求采用雙向止水布置，閘門采用雙P形止水設計[2]，實際上只能起到單向擋水嚴密的作用，止水橡皮布置在內(nèi)河側(cè)，當內(nèi)河側(cè)水壓力大于外河側(cè)時，門體向外河側(cè)靠緊，止水橡皮與內(nèi)河側(cè)止水埋件座板之間存在間隙，形成流水通道。同時因為擋潮閘閘門頻繁啟閉，側(cè)止水橡皮磨損嚴重，加上橡皮老化和磨損，導致壓縮量不夠[3]。同時閘門止水螺栓、壓板未采用不銹鋼材質(zhì)，表面腐蝕不易拆卸，為止水橡皮的更換帶來一定困難。

(3)閘門支承部件問題分析：由于擋潮閘工作閘門的孔口和跨度一般較大，寬度一般在10m以上，防洪時的總水壓力也比較大，采用定輪布置，結(jié)構(gòu)和材料等問題比較突出，具有一定的局限性[4]，尤其是采用懸臂主輪作為行走支承時，為適應閘門變形，通常設計時會考慮采用球面軸承，故一般會采用密封式主輪結(jié)構(gòu)[5]，由于閘門跨度大，整體塑性變形較大，沿海地區(qū)閉門時仍有較大的風浪作用力，導致滾輪軸承易疲勞破損，同時由于運行維護困難，導致滾輪支承整體結(jié)構(gòu)破壞。

(4)閘門啟閉困難分析：采用液壓啟閉機控制工作閘門啟閉，傳統(tǒng)的啟閉機活塞桿采用45號鋼表面鍍鉻材質(zhì)，受海邊鹽霧大氣的腐蝕作用，活塞桿易腐蝕[6]，導致液壓缸漏油，其穩(wěn)定性和同步性難以保證，加上傳統(tǒng)的行程傳感器采用鋼絲繩，容易受腐蝕及外部因素的影響，行程檢測精度不高。現(xiàn)場運行管理維護人員設備運行維護認識和重視程度不夠高，養(yǎng)護和維修經(jīng)費不足，設備老化，元器件更換不及時，設備運行維護較困難，降低了閘門使用壽命[7]。

4 解決措施與建議

(1)優(yōu)化協(xié)同設計。在閘門計算方法和計算機高速發(fā)展的水平上，運用有限元等三維分析軟件進行輔助計算和建模分析，在閘門結(jié)構(gòu)局部薄弱的地方通過設置加強板或加勁肋的方式予以加強，降低閘門應力位移和局部振動[8]。傳統(tǒng)CAD設計在修改圖紙中某一處的時候，需要設計人員對比該處與其他圖紙說明中相關的部分進行逐一排查并修改，增加工作量的同時，容易造成人為的遺漏和錯誤。運用BIM技術(shù)的參數(shù)化和協(xié)同化設計，使模型與實體相互關聯(lián)，以便查詢和核對項目信息，為項目生命周期的各個階段提供信息溝通和基礎數(shù)據(jù)共享[9]。BIM軟件中可對滾輪、主梁、工字鋼梁、槽鋼、止水裝置、鎖定裝置及螺栓連接件等常用的零部件通過建立參數(shù)化族文件，以便在其他項目中調(diào)用，節(jié)省建模時間，避免重復性勞動，提高設計工作效率。通過BIM技術(shù)建立基于BIM數(shù)據(jù)庫的協(xié)同平臺，把水利工程項目各階段、各專業(yè)間的數(shù)據(jù)信息納入到該平臺中，實現(xiàn)專業(yè)間數(shù)據(jù)共享、協(xié)同設計。業(yè)主、設計、施工及運維等各方還可以隨時從該平臺上任意調(diào)取各自所需的信息，通過協(xié)同平臺對項目進行優(yōu)化設計、施工模擬、進度把控、成本管控、管養(yǎng)維護等，最大程度地提升項目管理水平和設計品質(zhì)。在閘門止水設計中止水橡皮型式選擇時運用BIM設計，可以直觀地顯示閘門反向止水時閘門與埋件之間的縫隙，避免因設計考慮不周引起閘門擋水時漏水的問題。

(2)控制制造質(zhì)量、把控安裝精度。按圖施工一切制造的前提基礎，也是最終順利通過驗收的基本準則。選取有資質(zhì)、有能力的閘門設備制造廠家，并應根據(jù)圖紙中標明的材質(zhì)、尺寸、說明及相關技術(shù)要求嚴格按圖施工，在制造過程中遇到圖紙標識不清、不全或有明顯錯誤的地方要與設計單位溝通確認，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，制訂并實施正確的施工工藝[10]。閘門安裝時應嚴格控制埋件及啟閉機安裝精度，確保閘門入槽后能正常運行。從閘門及啟閉設備多年后的運行和管養(yǎng)情況來看，在閘門液壓啟閉機活塞桿選擇表面鍍鉻與鍍陶瓷的問題上，表面鍍陶瓷設備更能運行完好，抗腐蝕能力更強，閘門啟閉控制的精度更高。

(3)加強設備運行維護。運行管理單位應堅持積極保養(yǎng)，定期檢查和不定期檢查相結(jié)合的原則，及時發(fā)現(xiàn)閘門及啟閉設備在運行中的問題并予以解決，確保設備運行良好[11]。管理單位應完善運行管理制度，遵循崗位責任制度，逐級落實管理維護工作。在閘門及啟閉設備運行過程中，對于閘門止水橡皮，尤其是頂止水橡皮，止水螺栓等易損、易壞件應進行及時的更換。閘門銹蝕部位應予以及時的除銹和油漆防腐，沿海擋潮工作閘門更容易受到海水腐蝕，表面防腐前應對閘門表面銹蝕部位進行重新打磨和清潔，在選擇防腐涂料時，應根據(jù)原設計方案選擇合適的表面涂料。針對閘門支承結(jié)構(gòu)破壞或啟閉設備原因?qū)е聼o法正常啟閉時應及時上報上級管理單位，及時采取有效措施予以解決，并做好相關記錄。同時，運行管理單位應根據(jù)相關法律法規(guī)，對在役設備定期組織現(xiàn)場安全檢查、檢測和安全鑒定，確保其安全運行。

5 總結(jié)

通過對中山市沿海擋潮工作閘門的巡視檢查和運行狀況分析，閘門運行中出現(xiàn)的問題是由于設計、制造、安裝和后期維護管養(yǎng)等多方面原因?qū)е碌?。在設計時應綜合比選以選用合適的布置方案，通過多元化的設計軟件輔助設計，構(gòu)筑建筑信息模型，加強各專業(yè)之間的溝通、協(xié)作，保證設計質(zhì)量成果輸出。在閘門及啟閉設備制造時應選擇圖紙中明確的加工材料和適宜的施工工藝，按圖施工，并嚴格控制安裝精度，確保閘門安全運行。在設備后期的運行和維護中，應加強巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時上報并做好相關記錄，確保設備的安全、高效運行。