三角閘門運(yùn)行過程中主要故障分析及思考
——以大治河西樞紐二線船閘為例

戴文淵 上海市港航事業(yè)發(fā)展中心

三角閘門因其能承受雙向水頭、利用門縫輸水等特點(diǎn)，在船閘上的應(yīng)用越來越廣泛。但其門體大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生故障的可能性較大。本文首先闡述三角閘門常見故障現(xiàn)象及危害，并以大治河西樞紐二線船閘為研究分析對(duì)象，對(duì)閘門運(yùn)行過程中主要故障及相應(yīng)檢測(cè)方法進(jìn)行分析，并有針對(duì)性地提出預(yù)防措施，對(duì)提高大治河西樞紐二線船閘運(yùn)行保障度具有較大的意義，也可提供其他類似船閘參考。

1.工程基本情況

大治河西樞紐二線船閘地處上海市閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)，是大治河段西段入黃浦江航道的重要控制口門，是上海市“一環(huán)十射”高等級(jí)航道“大蘆線”上的重要節(jié)點(diǎn)，也是上海市區(qū)95%的生活垃圾通往老港處置廠的咽喉要道。船閘為III級(jí)船閘，設(shè)計(jì)最大船舶載重噸位1000噸級(jí)，設(shè)計(jì)年通過能力2900萬噸（單向）。閘室長350m，寬27m，深4.5m，閘首采用凈寬27m的三角閘門，是上海地區(qū)最大規(guī)模三角閘門。工程于2015年9月1日開工，2019年9月底通過交工驗(yàn)收，2020年7月1日正式通航。

大治河西樞紐二線船閘布置在現(xiàn)狀樞紐節(jié)制閘南側(cè)，與節(jié)制閘平行，縱向中心線與節(jié)制閘縱向中心線距離127m；外閘首布置在樞紐外河側(cè)，外閘首橫向中心線與節(jié)制閘交通橋中心線距離100m，外閘首門檻頂高程為-3.20m，內(nèi)閘首橫向中心線與節(jié)制閘交通橋中心線距離283m，內(nèi)閘首門檻頂高程為-2.50m。內(nèi)外閘首均采用三角門，平面尺度均為33.0×62.6m（縱向×橫向），其中口門寬27m，單側(cè)邊墩寬17.8m。

工程采用短廊道集中輸水形式，每個(gè)閘首設(shè)置兩個(gè)輸水廊道，廊道尺寸為4.0×3.6m，平均輸水時(shí)間約為5.5分鐘。

外引航道總長度為750m，均為直線段，外引航道凈寬76m，可靠泊3列船隊(duì)，外引航道北側(cè)駁岸較閘首北偏31m，靠泊兩列船隊(duì)，南岸駁岸較閘首南偏18m，靠泊1列船隊(duì)。內(nèi)引航道總長750m，均為直線段。北側(cè)駁岸較閘首北偏33m，南側(cè)駁岸與閘首順直，內(nèi)引航道凈寬60m，引航道南岸靠泊兩列船舶，北岸不設(shè)靠泊泊位。

工程外河側(cè)設(shè)置有躉船一處。船閘外引航道出口與黃浦江連通，出口段航道北側(cè)為二線船閘和節(jié)制閘主河道間的隔堤，南側(cè)為二線船閘和閘港間導(dǎo)堤堤頭，引航道直線段末端采取圓弧防汛墻與兩側(cè)現(xiàn)狀防汛墻進(jìn)行順接。內(nèi)引航道與大治河主航道間連接段設(shè)置在浦星公路以東，連接段中心線與大治河主航道中心線、連接段中心線與內(nèi)引航道中心線間夾角均為16.3°。連接段中心線與大治河主航道中心線、連接段中心線與內(nèi)引航道中心線間均采用轉(zhuǎn)彎半徑為640m圓弧順接，大于4倍設(shè)計(jì)船型及兼顧船型船長。為便于車輛及人員進(jìn)出，船閘辦公管理設(shè)施主要布置在船閘南側(cè)陸域范圍內(nèi)。船閘生產(chǎn)管理區(qū)主要包括綜合管理樓、門衛(wèi)、閘上啟閉機(jī)房等。綜合管理樓內(nèi)主要布置高壓開關(guān)室、低壓配電室、二次設(shè)備室、辦公管理用房、配件倉庫等；總控制室布置在外閘首閘上建筑二樓；門衛(wèi)布置在大門口附近。

工程內(nèi)外閘首口門寬度均為27m，工作閘門采用三角門，可利用平潮機(jī)會(huì)開“通閘”（內(nèi)外閘首閘門同時(shí)開啟），提高船閘通過能力，非常時(shí)期可利用船閘泄洪，可以兼顧門縫輸水，從而減小輸水時(shí)間，增大通航能力。三角門中心角為70°，面板朝向引航道，面板采用多主梁式圓柱曲面結(jié)構(gòu)閘門面板采用圓柱曲面，使水壓力和波浪壓力均向心作用，受力合理。閘門采用上下雙主橫梁，梁系采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。閘門支承采用頂、底樞靜定結(jié)構(gòu)，支承桿夾角為50°。在閘室的迎水面?zhèn)鹊木W(wǎng)架桿件外設(shè)置防撞結(jié)構(gòu)，以防船只碰撞閘門迎水面的桿件。閘門全開時(shí)，門體及防撞結(jié)構(gòu)均位于門庫內(nèi)。閘門門頂設(shè)工作橋，當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)能溝通兩岸的人員交通。工作閘門啟閉設(shè)備采用臥式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，布置在閘首邊墩的空箱內(nèi)，一臺(tái)啟閉機(jī)控制一扇閘門，啟閉力400kN，行程5.3m。輸水閥門啟閉機(jī)設(shè)備采用倒掛式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，啟閉力200kN，行程3.8m。油缸缸體安裝在閥門門葉中，另一端固定在閘首平臺(tái)的槽內(nèi)，平時(shí)用蓋板將槽封閉。工程共設(shè)四個(gè)液壓泵站，分別布置在內(nèi)外閘首兩岸的液壓泵房內(nèi)，每個(gè)液壓站分別控制就近的一扇工作閘門和一扇輸水閘門，液壓站采用二組油泵機(jī)組，一用一備。

二線船閘黃浦江側(cè)導(dǎo)堤頭設(shè)置船舶通航尺寸標(biāo)志，通過LED大屏、廣播、微信平臺(tái)等形式滾動(dòng)告知通航要求。外河船舶進(jìn)行報(bào)港登記后按秩序在停靠區(qū)依次3列靠泊；內(nèi)河船舶到內(nèi)河報(bào)港點(diǎn)領(lǐng)牌后依次在停靠區(qū)侯泊。船閘實(shí)行上、下行交替過閘，具體開閘時(shí)間根據(jù)候閘船舶數(shù)量、水位條件等確定。

2020年7月1日上午8點(diǎn)，大治河西樞紐二線船閘正式投運(yùn)。2020年12月25日～2020年12月30日針對(duì)21年運(yùn)行方案開展了為期7天的24h試運(yùn)行。

根據(jù)《大治河西樞紐二線船閘2021年度運(yùn)行方案》，二線船閘自2021年1月1日起實(shí)施24h通航。

2.三角閘門常見故障分析

2.1 閘門傾斜

2.1.1 故障現(xiàn)象

船閘受自然沉降、高通航量、大型船只不斷拖曳撞擊的影響，閘門出現(xiàn)明顯位移變形，頂樞和底樞拉座的螺栓螺母等固定件松動(dòng)，閘門跳動(dòng)量超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，影響船閘通航安全。

2.1.2 故障危害

1）閘首沉降變形會(huì)引起閘門軸線位置發(fā)生偏斜，導(dǎo)致閘門漏水更加嚴(yán)重。

2）閘門傾斜會(huì)使得底檻與閘門底部之間的距離變小，從而增大底檻復(fù)合不銹鋼板與底止水橡皮之間的摩擦力，該摩擦力的增大會(huì)造成邊羊角連接段尼龍止水脫落和固定架變形、閘門運(yùn)行阻力過大，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致閘門卡死。

3）閘門傾斜可能會(huì)導(dǎo)致蘑菇頭、密封圈等底樞部件受力不均，從而產(chǎn)生不同程度的損壞。當(dāng)閘門偏斜較大時(shí)，蘑菇頭、密封圈擋圈會(huì)壓迫脫落，底樞軸下層摩擦片可能磨斷。

2.2 閘門振動(dòng)

2.2.1 故障現(xiàn)象

三角閘門的振動(dòng)問題是一個(gè)較普遍的問題，閘門振動(dòng)有多種表現(xiàn)，主要發(fā)生在閘門啟閉過程中，在閘門靜止時(shí)受到水壓力影響產(chǎn)生震動(dòng)的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

2.2.2 故障危害

1）閘門振動(dòng)會(huì)造成閘門支臂發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，出現(xiàn)屈曲破壞，繼而影響到整個(gè)閘門的工作。

2）閘門振動(dòng)帶動(dòng)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸振動(dòng)，對(duì)油缸密封性和穩(wěn)定行造成影響。

3）閘門振動(dòng)帶動(dòng)閘門開度儀等觀測(cè)設(shè)備連接松動(dòng)甚至脫落的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2.3 閘門異常漏水

2.3.1 故障現(xiàn)象

閘門漏水是水工建筑物中比較常見的現(xiàn)象，但有時(shí)因故障會(huì)出現(xiàn)漏水量較大的現(xiàn)象。

2.3.2 故障危害

1）閘門異常漏水使混凝土表層長期處于飽和與潮濕狀態(tài)，在冬季凍融循環(huán)的作用下，容易受凍害而出現(xiàn)表層剝落、鋼筋裸露、銹蝕等現(xiàn)象。

2）閘門異常漏水會(huì)在某些特定水位差時(shí)引起閘門振動(dòng)，造成底樞和頂樞拉座固定螺栓螺母松動(dòng)。

3.故障案例分析

3.1 故障檢測(cè)及分析

大治河西樞紐二線船閘在外河水位為2.14m，內(nèi)河水位為2.82m時(shí)，外閘閘門無法關(guān)閉到位，此時(shí)啟閉機(jī)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓缸壓力持續(xù)為16MPa（正常啟閉時(shí)，峰值壓力約9MPa），溢流閥開啟，其他設(shè)備均正常。針對(duì)該故障，采取了如下檢測(cè)措施：

（1）檢測(cè)潤滑系統(tǒng)的各潤滑點(diǎn)連接是否可靠，是否有油脂滲漏。檢測(cè)結(jié)果為：各潤滑管路暢通且連接牢靠，運(yùn)行時(shí)管路無異常震動(dòng)，管接頭處未發(fā)生油脂滲漏。

（2）檢測(cè)各設(shè)施設(shè)備是否運(yùn)行正常。檢測(cè)結(jié)果為：?jiǎn)㈤]機(jī)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓缸壓力較大，溢流閥開啟，其他設(shè)備均正常。

（3）通過水下攝像探摸檢測(cè)止水是否正常，檢測(cè)結(jié)果為：閘門靠近中止水側(cè)的底水封磨損較嚴(yán)重，長度約1.5m。

（4）開展閘門啟閉全過程多點(diǎn)垂直位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖1所示，1號(hào)點(diǎn)、2號(hào)點(diǎn)、3號(hào)點(diǎn)、4號(hào)點(diǎn)分別位于外閘首南側(cè)閘門南端、北端、北側(cè)閘門南端、北端，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 閘門啟閉全過程多點(diǎn)垂直位移（單位：m）

圖1 閘門啟閉全過程多點(diǎn)垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)

由表1可知，3號(hào)點(diǎn)、4號(hào)點(diǎn)在全開至全關(guān)的過程中有明顯的下降。

（5）檢查支承系統(tǒng)有無異常。檢測(cè)頂、中、底樞拉桿及拉座有無裂紋或明顯變形，以及頂、中、底樞調(diào)整螺母防松裝置是否可靠鎖緊。檢測(cè)結(jié)果為：頂樞B 拉桿花藍(lán)螺母產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)變化，花藍(lán)螺母與錨固螺母之間有14m m間隙。A 拉桿目測(cè)未發(fā)生變化。經(jīng)測(cè)量，南北兩側(cè)頂樞中心跨距為28788mm，比理論尺寸小12mm。用水準(zhǔn)儀測(cè)量門葉遠(yuǎn)端跳動(dòng)值變化31mm。

綜合檢測(cè)結(jié)果分析，大治河西樞紐二線船閘運(yùn)行較為頻繁，閘門運(yùn)行工況復(fù)雜多變，船只對(duì)門葉的擦碰、運(yùn)行過程中的細(xì)微振動(dòng)、調(diào)整螺母沒有可靠的防松措施等多種原因?qū)е禄ɑ@螺母出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，從而引發(fā)頂樞中心產(chǎn)生位移，門軸柱旋轉(zhuǎn)中心傾斜，卡阻狀態(tài)時(shí)中止水尼龍板底部與底坎相碰導(dǎo)致門葉無法全關(guān)到位。

3.2 故障解決措施

對(duì)外閘首閘門頂樞中心進(jìn)行調(diào)整，以保證門軸柱旋轉(zhuǎn)中心鉛垂，并設(shè)置可靠的螺母防松裝置。

為減小螺母調(diào)整時(shí)對(duì)船閘通航的影響，頂樞花籃螺母重新調(diào)整擬采用帶水調(diào)試。

方案1：將門葉全開，此時(shí)B桿受力最小，用專用扳手卡住花籃螺母，利用3噸手拉葫蘆帶動(dòng)扳手旋轉(zhuǎn)螺母，將花籃螺母與錨固螺母間的間隙全部收完，再檢測(cè)門葉跳動(dòng)值，如果跳動(dòng)值偏差過大，再根據(jù)具體數(shù)據(jù)分析，對(duì)頂樞花籃螺母進(jìn)行微調(diào)，直至合格。

方案2：若方案1實(shí)施過程中旋轉(zhuǎn)螺母困難，將門葉停留在距全開位約300mm處，利用門庫上游側(cè)閘墩墻護(hù)角處設(shè)置頂門裝置，對(duì)應(yīng)的門葉面板上焊接臨時(shí)擋塊，利用100T千斤頂將門葉上頂約5～10mm，使B桿在不受力的狀態(tài)下進(jìn)行螺母的調(diào)整，在螺母調(diào)整過程中扭力增大的同時(shí)逐漸上頂閘門，直至調(diào)整合格。

考慮到通航影響，采用方案1調(diào)整頂樞花籃螺母。

3.3 預(yù)防措施

（1）除外閘北側(cè)閘門外，對(duì)外閘南側(cè)、內(nèi)閘北側(cè)閘門頂樞調(diào)整螺母均進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)均有松動(dòng)痕跡，但變化均小于2mm，因此除對(duì)外閘北側(cè)閘門進(jìn)行重新復(fù)位調(diào)整外，對(duì)其他頂樞調(diào)整螺母也均進(jìn)行了細(xì)微調(diào)整。

（2）定期檢測(cè)頂、中、底樞調(diào)整螺母防松裝置是否鎖緊，螺栓及止動(dòng)板應(yīng)無松動(dòng)。通過給閘門頂、底樞調(diào)整螺栓螺母劃定位線的方式進(jìn)行，定期檢查定位線是否變化，若調(diào)整螺栓螺母松動(dòng)，定位線就會(huì)出現(xiàn)較為明顯的移動(dòng)，對(duì)此應(yīng)及時(shí)進(jìn)行緊固處理。

（3）定期測(cè)量閘門跳動(dòng)量并做好記錄和數(shù)據(jù)分析。在檢測(cè)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)跳動(dòng)量有較大突變，則應(yīng)加大監(jiān)測(cè)頻率，必要時(shí)請(qǐng)專業(yè)單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)并確定進(jìn)一步處理方案。

（4）定期開展水下檢查，摸排閘門水下部分，掌握底樞各部分的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)重大變化和故障時(shí)，及時(shí)與專業(yè)單位溝通，確定進(jìn)一步處理方案。

4.結(jié)語

本文闡述了三角閘門閘門傾斜、振動(dòng)、異常漏水等常見故障，并以大治河西樞紐二線船閘為實(shí)例，分析其閘門出現(xiàn)故障原因，并提出了預(yù)防措施，對(duì)提高大治河西樞紐二線船閘運(yùn)行保障度具有較大的意義，也可提供其他類似船閘參考。