雙向擋水式鋼閘門施工技術應用

董黨

摘 要：雙向擋水式鋼閘門止水是否嚴密，主要與閘門安裝精度和止水結構有關。以鄭東新區(qū)東風渠如意河互通工程為例，探討雙向擋水式鋼閘門在鄭州水系中的應用。實踐證明：該技術的應用實現了如意河的通航要求，較好地滿足了安全、質量和進度履約要求，社會效益和經濟效益顯著。

關鍵詞：雙向擋水式鋼閘門;安裝精度;止水結構

中圖分類號：TV663.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0059-03

Abstract： Whether the water stop of the two-way water retaining steel gate is tight is mainly related to the installation accuracy of the gate and the water stop structure. Taking the Ruyi River Interchange Project of Dongfeng canal in Zhengdong New Area as an example， this paper discussed the application of two-way water retaining steel gate in Zhengzhou water system. Practice has proved that the application of this technology has realized the navigation requirements of Ruyi River， better met the performance requirements of safety， quality and progress， and achieved remarkable social benefits and economic benefits.

Keywords： two-way water-retaining steel gate;installation accuracy;water-stop structure

隨著國內外水利設施的建設與發(fā)展，作為水利水電工程泄水建筑物調節(jié)咽喉的水工鋼閘門正向著高水頭、大孔口、大泄量的大型化和輕型化方向發(fā)展[1]。它是否能夠安全靈活地運行決定著整個樞紐工程和下游人們生命財產的安全[2]。底軸翻轉式鋼閘門封閉性能好、啟閉靈活、結構緊湊、承載能力大、運行平穩(wěn)可靠、經久耐用、自動化程度高且美觀大方，是一種新型可調控溢流閘門。這種鋼壩可適應于河道孔口較寬（10～100 m）而水位差（1～6 m）比較小的工況，可任意角度開啟，既能控制水位、調節(jié)流量，又能在過多水流通過壩頂時因落差大而形成美麗的人工瀑布。它設計得比較寬，減少了閘墩的使用，其不僅結構簡單，而且可以節(jié)省土建投資。

1 工程概況

鄭東新區(qū)東風渠如意河互通工程是按照相關規(guī)劃，在東風渠（如意河口）建設2座鋼壩和1座倒虹吸。鋼壩位于東風渠樁號11+684和11+922.7處，壩長均為84 m，兩跨布置，壩高均為3.3 m。在東風渠左岸布置倒虹吸，將1#鋼壩上游來水導至2#鋼壩下游，倒虹吸按3孔方涵布置，單孔凈尺寸為3.0 m×2.5 m，總長為252.7 m。在倒虹吸進口閘上游設置沉砂池和攔沙坎。鋼壩底軸旋轉閘門運行的可靠性主要取決于壩基穩(wěn)定性和閘門安裝的精度?？刂坪脡位€(wěn)定性和安裝精度是本課題研究的方向，也是鋼壩施工質量控制的重中之重。鋼壩特性如表1所示。

2 技術原理

兩座鋼壩結構形式一致，均為兩跨布置，凈跨徑42 m，壩高3.3 m。通過現場控制鋼壩的安裝精度和止水密閉性，從而實現東風渠與如意河水體互不摻雜，形成“水上立交”的通航效果。

3 主要創(chuàng)新點

第一，安裝精度要求。①底軸軸承座中心垂直流道方向，安裝尺寸允許偏差為±2.0 mm，且相對差值不大于2.0 mm。②為保證鋼壩密閉性，橡膠止水厚度極限偏差為±1.0 mm，止水表面的平面度公差為2.0 mm。

第二，由傳統(tǒng)混凝土、瓷磚升級為304不銹鋼鋼板。通過在側控室、中控室墻體與門葉結合處預裝304不銹鋼鋼板，減輕門葉啟閉的摩擦阻力，延長止水橡膠壽命，增加止水密閉性。

第三，鄭州市水系工程穿墻套止水材料首次使用。本工程采用T1型進口密封套代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通橡膠。

第四，鄭州市水系工程面板材料首次使用。門頁采用復合鋼板，鋼板基材為Q235B，復合層為0Cr18Ni9，復合層厚度為4 mm。

4 施工工藝流程及操作要點

施工工藝流程如圖1所示。

一是支鉸座安裝固定。在土建施工過程中，按照設計圖紙，預留預埋支鉸座的位置，并在預留位置安裝插筋。插筋在一期混凝土中安裝完成。插筋與支鉸座的埋件牢固焊接在一起，保證下一步閘門底軸安裝不發(fā)生移位，從而確保閘門的施工精度。

二是底軸安裝調整。安裝底軸時，務必采用全站儀進行全程跟蹤測量，保證底軸的水平性和垂直性。嚴格按照預拼接好的底軸進行安裝，先安裝中間部位的底軸，然后安裝兩側短底軸。安裝時，允許短底軸適當軸向的暫時移動，以便于焊接操作。安裝過程中務必保證裝配時的基準線對準記號，且底軸、拐臂等的方位不能錯，以免造成返工。

三是門葉吊裝焊接。由于閘門跨度較大，因此可采用門葉與底軸平行焊接施工。門葉拼裝時，應當處于豎立狀態(tài)，并按照廠家預拼裝的編號進行拼裝。待閘門門葉定位完成后，要檢驗門葉與門葉之間的間隙、中心線、水平、垂直情況是否滿足設計及規(guī)范要求。起重吊車將閘門保持好預定狀態(tài)，將閘門的門葉按照制造廠家提供的焊接工藝方案進行嚴格施焊并控制焊接質量。施焊前要認真清理焊道，焊縫坡口及其兩側10～20 mm范圍內不得殘留油漬、水分和其他污物。焊接門葉時，先焊各梁及筋的對接縫，再焊面板的對接縫。焊接時采用同步、對稱、分段、退步和多層多道焊接的方式，以減少焊接變形和焊接應力。對封閉焊縫，焊接時可配合錘擊法消除應力。

四是閘門拐臂安裝。本工程為兩個液壓缸控制一扇閘門，拐臂分別安裝在側控室和中控室中。先將拐臂吊裝至預定位置。在吊裝過程中，先使用吊車進行試吊裝，及時處理吊裝過程中出現的各種問題。由于控制室的作業(yè)面狹小，可將吊具距離預留口10～20 cm，然后查看吊裝的情況。由于拐臂精度較高，直接影響閘門的安裝質量，確認吊裝無問題后，方可進行正式拐臂吊裝。拐臂與短底軸連接，安裝過程中采用水準儀及時進行水平方向復核，確保拐臂與底軸處于水平狀態(tài)[3]。

五是穿墻密封止水安裝。本工程采用T1型進口密封套代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通橡膠。T1型進口密封套具有以下特點：密封可靠，清潔，無死角，可以防止雜菌污染;使用壽命長;維修周期長，在正常工作情況下不需要維修;軸或軸套磨損率小;摩擦功率耗損少，一般為填料函密封的10%～50%;對旋轉軸的振擺和軸對殼體孔的偏斜不敏感，對軸的振動敏感性小;適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高真空、高壓、各種轉速以及腐蝕性、磨蝕性、易燃、易爆、有毒介質的密封。安裝完成后，用塞尺檢查穿墻密封套管與底軸之間的間隙，要求間隙不得大于0.5 mm，然后將穿墻套管與一期土建預埋的插筋焊接牢固，保證安裝的位置和精度滿足設計及規(guī)范要求。各個部位安裝完成后，經測量復核完成后可澆筑二期混凝土。

六是側止水焊接。在側控室、中控制與閘門相接觸的位置采用304不銹鋼鋼板。安裝時，閘門門葉靠近側控室，中控室可留出一塊空隙，便于側墻處不銹鋼鋼板的安裝。在施工側控室、中控室預留出20 cm鋼板的位置用于二期澆筑。傳統(tǒng)閘門啟閉行程范圍內采用瓷磚或者清水混凝土涂抹環(huán)氧砂漿的處理方式。該方法對閘門邊緣處止水橡膠的磨損較嚴重，且壽命短。另外，側墻采用瓷磚粘貼容易脫落，不利于后期的管養(yǎng)和維護，而側墻采用304不銹鋼鋼板適應各種不利環(huán)境，對閘門橡膠止水保護好，密閉效果好，可延長管養(yǎng)和維護時間[4]。

七是完工。閘門施工完成后，進入閘門的調試階段，主要進行3項試驗。其一，無水啟閉試驗。對閘門與304不銹鋼鋼板結合處灑水，以保證濕潤，防止閘門止水橡膠啟閉過程中損壞。采用安裝好的液壓啟閉機進行全行程啟閉試驗。試驗過程中，檢查滑道是否存在卡阻現象，并檢查止水橡膠與側止水鋼板之間是否存在漏光現象。其二，靜水啟閉試驗。在靜水啟閉試驗過程中，檢查滑道運行是否存在卡阻現象，并檢查閘門是否運行平穩(wěn)、是否存在振動現象、是否存在異響情況或其他異?，F象。其三，動水啟閉試驗。有條件時盡可能在設計水頭下進行啟閉試驗，保證閘門啟閉滿足設計及規(guī)范要求。

5 材料與設備

主要材料包括復合材料閘門面板（鋼板基材為Q235B、復合層為0Cr18Ni9）、底軸、拐臂、支鉸座以及304不銹鋼板等。

主要施工機具包括100 t吊車、手拉葫蘆、電焊機、全站儀、水準儀、鋼卷尺以及電動砂輪切割機等一般施工機具及施工人員必備的勞保用品。

具體的安裝進度如表2所示。

6 結語

鄭東新區(qū)是鄭州市展示城市形象的“窗口”和“名片”。水系之間相互通航，能真正體現河道水系的景觀價值和綜合魅力。航道的打通將大大提高東區(qū)水系的整體層次和城市吸引力，為鄭東新區(qū)的社會發(fā)展注入新的活力。雙向擋水式鋼閘門在鄭州水系市場屬于首次應用，實現了如意河的通航要求，是實現龍湖—如意湖通航的標志工程。目前，該工程已經順利完工，在鄭州市的成功應用可以為類似閘門施工提供一定的借鑒[5]。

參考文獻：

[1]王正中，張雪才，劉計良.大型水工鋼閘門的研究進展及發(fā)展趨勢[J].水力發(fā)電學報，2017（10）：1-18.

[2]陳揚.平面鋼閘門流固耦合振動特性及穩(wěn)定性研究[D].泰安：山東農業(yè)大學，2019：11-12.

[3]黃紅，高振海，劉鵬，等.液壓啟閉大跨度上翻式拱形鋼閘門：CN203144978U[P].2013-08-21.

[4]劉軍，李兵，高虎，等.一種鋼閘門水位的液壓平衡裝置：CN202559313U[P].2012-11-28.

[5]陳軍，王波，姜超億，等.城市景觀鋼閘門：CN202644491U[P].2013-01-02.

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