大型鋼閘門支鉸翻身技術(shù)在曹娥江大閘樞紐工程中的應(yīng)用

王英祿,張仲放,朱迎春

(1.紹興市曹娥江大閘建設(shè)管理委員會(huì),浙江 紹興 312000;2.浙江江能建設(shè)有限公司,浙江 杭州 310020)

曹娥江大閘樞紐工程位于浙江省紹興市曹娥江河口,為國內(nèi)第一河口大閘,是一座具有防洪(潮)、治澇、水資源開發(fā)利用以及航運(yùn)、改善水環(huán)境和提高土地使用價(jià)值等多種功能的綜合利用工程.閘室全長 697 m,共28孔.擋潮泄洪工作閘門寬21.74 m,高5.5 m,吊點(diǎn)間距11.2 m,為雙拱空間桁架結(jié)構(gòu)平面鋼閘門[3],閘門桁架腹高3.9 m,單重126 t,共28套,平面鋼閘門總重3 528 t.為保證雙拱空間桁架結(jié)構(gòu)平面鋼閘門制作質(zhì)量,采用工廠化生產(chǎn),場(chǎng)外加工,工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工方案.為方便運(yùn)輸,閘門水平向分為兩塊、面板向下運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng).為了工作閘門及檢修閘門安裝、檢修,現(xiàn)場(chǎng)配有兩臺(tái)MQ2×800 kN/2×320 kN門式啟重機(jī),通過專用平衡梁與閘門吊點(diǎn)配套;副起升機(jī)構(gòu)固定于懸臂處,專為上游檢修閘門配套.門機(jī)軌道沿閘室全長布置并延伸至門庫(拼裝場(chǎng))處.閘門現(xiàn)場(chǎng)拼裝及檢修場(chǎng)位于閘室左右兩岸的檢修門門庫頂部,檢修門門庫與大閘左右岸翼墻相連,門庫尺寸為長44 m、寬16 m的狹長的箱形結(jié)構(gòu).除長度方向僅有一側(cè)與進(jìn)場(chǎng)道路相連接外,下游場(chǎng)地低于門庫頂部5 m,上游為施工主干道,可用場(chǎng)地面積非常狹小.

1 問題的提出

曹娥江大閘樞紐工程建設(shè)工期緊,加之工作閘門及檢修閘門數(shù)量巨大,安裝任務(wù)十分繁重.同時(shí),場(chǎng)外加工與工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝之間;閘門現(xiàn)場(chǎng)拼裝、吊運(yùn)入槽與大閘主體土建施工之間;場(chǎng)外加工與現(xiàn)場(chǎng)存放場(chǎng)地之間均存在較大矛盾.因此,利用場(chǎng)地現(xiàn)有條件,制定一套與之相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后的大型閘門翻身方案和施工工藝就顯得尤為重要.

2 方案制定

閘門在施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后,需要將閘門從平置狀態(tài)轉(zhuǎn)換到豎立狀態(tài),才能吊入閘門槽安裝就位.為保證大型閘門的拼裝質(zhì)量及工程進(jìn)度,尤其是閘門底止水座板在翻身時(shí)不出現(xiàn)擠壓變形,按常規(guī)采用凌空翻身(即在門式起重機(jī)利用閘門頂端臨時(shí)吊耳起吊閘門豎立的同時(shí),汽車吊配合門式起重機(jī)吊起閘門底端,使閘門凌空)工藝.為此,需要在拼裝場(chǎng)下游側(cè)填筑起一個(gè)20 m×20 m左右的吊機(jī)工作平臺(tái),并使用200 t以上的汽車吊配合抬吊(工作閘門自重126 t,單側(cè)重量為63 t,而200 t的汽車吊在回轉(zhuǎn)半徑9 m,吊臂長度18～26 m時(shí)的起吊能力只有65 t).但抬吊時(shí),受到鋼閘門臨時(shí)吊位的限制,吊裝鋼絲繩將對(duì)一側(cè)的桁架管造成擠壓,導(dǎo)致桁架梁的局部或整體變形,因此,常規(guī)的汽車抬吊凌空翻身方案在曹娥江大閘樞紐大型鋼閘門施工中已不再適用.根據(jù)曹娥江大閘樞紐工程實(shí)際,結(jié)合工作閘門的結(jié)構(gòu)型式和現(xiàn)場(chǎng)拼裝場(chǎng)地條件,充分利用已配備的門式起重設(shè)備,制定出了比抬吊凌空翻身方案更加切實(shí)可行的大型鋼閘門支鉸單邊翻身方案.

2.1 翻身支鉸的設(shè)計(jì)[1-2]

經(jīng)過對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的研究分析,設(shè)計(jì)的翻身支鉸,見圖1.該支鉸由鉸座、鉸軸和定位塊等部分組成.

圖1 翻身支鉸結(jié)構(gòu)圖

翻身支鉸的鉸軸采用板厚16 mm鋼板卷制的單側(cè)開口的筒形結(jié)構(gòu),內(nèi)置筋板以增強(qiáng)鉸軸剛度,以鉸軸外筒面與鉸座弧面滑動(dòng)接觸,實(shí)現(xiàn)鉸軸的轉(zhuǎn)動(dòng),使用時(shí),在滑動(dòng)面內(nèi)涂潤滑脂,以減小鉸座與鉸軸間滑動(dòng)面的摩擦系數(shù).鉸軸開口尺寸與閘門下梁厚度相匹配,另配一組鋼質(zhì)斜契,通過斜契的調(diào)整,使閘門底橫梁順利地進(jìn)、出支鉸,以方便支鉸的裝拆,同時(shí)增大受力面積.在閘門底梁與鉸軸間設(shè)置定位塊,其厚度大于閘門底止水寬度,使閘門底止水始終處于不受擠壓的凌空狀態(tài),同時(shí)將閘門翻身所產(chǎn)生的重力通過鉸座直接作用到閘門的底梁上.鉸座采用偏口結(jié)構(gòu),受推力側(cè)弧板高度大于鉸軸中心位置,增加其穩(wěn)定性.為進(jìn)一步平衡閘門翻身過程中的閘門對(duì)翻身支鉸的推力,避免翻身支鉸出現(xiàn)水平移動(dòng)或傾覆,在使用中增設(shè)了防止水平移動(dòng)和抗傾覆的輔助支撐梁.

1.2 翻身支鉸的使用

曹娥江大閘樞紐工程閘門的拼裝場(chǎng)分別設(shè)置在大閘主體兩端,制作了兩套(共四只)支鉸用于大型鋼閘門翻身.從使用效果來看,閘門現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后,在門式啟重機(jī)提升作用下,利用翻身支鉸,輕松、快捷地實(shí)現(xiàn)了閘門從水平狀態(tài)向豎立狀態(tài)的過渡.創(chuàng)造了大型鋼閘門從翻身到吊入門槽只需30 min的新紀(jì)錄.確保了施工過程安全可靠,從而緩解了場(chǎng)外加工與工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝之間;閘門現(xiàn)場(chǎng)拼裝、吊運(yùn)入槽與大閘主體土建施工之間;場(chǎng)外加工與現(xiàn)場(chǎng)存放場(chǎng)地之間的矛盾.同時(shí),閘門翻身時(shí)的受力條件得到進(jìn)一步改善,閘門底止水座板和桁架管不直接受到外力擠壓,徹底消除了閘門底止水座板和桁架梁受外力擠壓出現(xiàn)變形可能.

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

3.1 經(jīng)濟(jì)比較

若采用常規(guī)的門機(jī)起吊、汽車吊配合抬吊凌空翻身作業(yè)方案,在不考慮由于填筑起重機(jī)平臺(tái)對(duì)相關(guān)施工的影響及吊索對(duì)閘門結(jié)構(gòu)損傷的情況下,曹娥江大閘樞紐工程28套工作閘門在兩個(gè)拼裝場(chǎng)進(jìn)行翻身作業(yè)費(fèi)用需80余萬元(主要包括供汽車吊使用工作平臺(tái)的土石方填筑及清除費(fèi)用、設(shè)備租賃費(fèi)用等);而采用支鉸單邊翻身作業(yè)方案,在兩個(gè)拼裝場(chǎng)進(jìn)行翻身作業(yè)費(fèi)用僅需3萬余元(主要包括支鉸制作費(fèi)用、支撐材料費(fèi)用等).

僅通過簡單的計(jì)算分析,翻身支鉸方案在經(jīng)濟(jì)上比常規(guī)的抬吊作業(yè)方案可節(jié)約直接費(fèi)用70余萬元.

3.2 技術(shù)比較

翻身支鉸的使用,解決了大型鋼閘門翻身過程中使用常規(guī)設(shè)備臺(tái)數(shù)多、占用施工場(chǎng)地面積大的問題;閘門從翻身到吊入門槽工作只需短短的30 min即可完成,由于加快了工程進(jìn)度,緩解了場(chǎng)外加工、工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝之間的矛盾;解決了施工標(biāo)段與標(biāo)段之間相互擠占施工場(chǎng)地的問題;大型鋼閘門制作完成后現(xiàn)場(chǎng)存放場(chǎng)地設(shè)置及費(fèi)用不再發(fā)生.同時(shí),在質(zhì)量上避免了由于翻身損傷閘門結(jié)構(gòu)的問題;保證了施工的安全可靠.

4 結(jié) 語

通過在曹娥江大閘樞紐工作閘門安裝過程中的使用和探索,驗(yàn)證了翻身支鉸技術(shù)在水利工程大型鋼閘門現(xiàn)場(chǎng)施工中的實(shí)用性及先進(jìn)性.具備了其結(jié)構(gòu)簡單、制作費(fèi)用低、安裝及拆卸操作方便等特點(diǎn),經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用檢驗(yàn),證明閘門從翻身到吊入門槽工作只需短短的30 min就可完成,使閘門翻身作業(yè)成為了一個(gè)即安全,又快捷的工序,曹娥江大閘樞紐工作閘門的安裝工期從計(jì)劃工期的150 d提前到了96 d,為整個(gè)曹娥江大閘樞紐按期建成和提前發(fā)揮效益創(chuàng)造了條件.

[1] 楊逢堯.水工金屬結(jié)構(gòu)[M].北京：中國水利水電出版社,2005.

[2] 武漢大學(xué),大連理工大學(xué),河海大學(xué).水工鋼結(jié)構(gòu)[M].3版.中國水利水電出版社,1980.

[3] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5018-2004水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國電力出版社.