超小寬高比弧型工作門安裝與質(zhì)量控制

摘要：向家壩水電站表孔弧形工作門形體為超小高寬比，門體高度大、寬度小、分節(jié)多。施工中結(jié)合向家壩工程的特點(diǎn)，提出了一種預(yù)先拼裝部分構(gòu)件再安裝的工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)。該工藝具有施工簡捷、速度快、安全性好，而且安裝精度高，可為類似工程提供有效借鑒。

關(guān)鍵詞：向家壩； 弧形工作門； 超小寬高比； 安裝工藝； 質(zhì)量控制

1 工程概況

向家壩水電站泄洪建筑物共設(shè)有12個表孔，10個中孔。其溢流表孔設(shè)由兩道閘門控制，孔口尺寸8m×26m，堰頂高程354m，上游為一道平面定輪事故檢修門，下游為一道露頂式表孔弧形工作門。

表孔弧形工作門為主橫梁直支臂結(jié)構(gòu)，門體尺寸8m×27.215m（寬×高），曲率半徑30m，底檻高程353.285m；支承形式為自潤滑球面滑動軸承支鉸，支鉸中心高程367.000m，壓力角α=9.74134°；設(shè)計(jì)水頭26.715m，采用2×3200kN雙吊點(diǎn)擺動式單作用液壓啟閉機(jī)操作。其門體寬高比僅為8m×27.215m=0.294，遠(yuǎn)小于水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范中孔口尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)寬高比0.727～2.5，屬超小寬高比型弧形工作門，在實(shí)際運(yùn)用較為罕見。

因表孔弧形工作門寬高比非常小，門葉高度達(dá)到27.215m，為此其支臂采用三支臂結(jié)構(gòu)。門葉制造橫向分為10節(jié)，節(jié)間為現(xiàn)場焊接。左右支臂制造均分為上支臂、中支臂、下支臂和褲衩四部分，現(xiàn)場焊接。左右鉸鏈均組裝成整體運(yùn)至工地。門葉由下至上第1節(jié)、第3節(jié)、第6節(jié)分別與下支臂、中支臂、上支臂通過法蘭螺栓連接。門體出廠前在制造廠將1～6節(jié)門葉、左右支臂與鉸鏈按照立式組拼后驗(yàn)收，并保留組拼檢查驗(yàn)收基準(zhǔn)點(diǎn)線供工地安裝使用。

2 工程特點(diǎn)

因2013年向家壩水電站工程防洪度訊和提前抬高水位運(yùn)行要求，12扇表孔弧形工作門及液壓啟閉機(jī)需在6月底前安裝完成6扇，8月初完成3扇，11月份完成3扇，比合同工期提前了兩個月。而且在7～9月份汛期期間，必須保證有9個表孔參與泄洪。為此，12扇表孔弧形工作門及啟閉機(jī)安裝需要在短時間內(nèi)快速安裝完成，特別是前9扇，關(guān)系著大壩防洪度訊安全問題。根據(jù)大壩混凝土施工進(jìn)度情況，1月底至3月中旬大壩才陸續(xù)澆筑到頂。首扇弧形工作門3月上旬才具備門體安裝條件。要保證前9扇安裝按期完成，具備擋水運(yùn)行條件，工期十分緊張。

3 表孔弧形工作門安裝

表孔弧形工作門門葉分為10節(jié)，左右支臂各分上中下，并與褲衩分離。分析認(rèn)為，在門槽內(nèi)逐節(jié)逐段安裝，勢必安裝調(diào)整難度大，工期長，并且因弧門底檻下游流道底板坡度大，施工作業(yè)面高差大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。為此，采取在壩區(qū)金結(jié)廠內(nèi)先進(jìn)行部分門葉節(jié)間及構(gòu)件組拼，減少門槽內(nèi)安裝中的構(gòu)件組裝件數(shù)，以達(dá)到快速安裝的目的。

在壩區(qū)金結(jié)廠內(nèi)選擇何種預(yù)先組拼方式。分析認(rèn)為，需考慮：①壩區(qū)交通道路通行能力，組拼后的構(gòu)件尺寸應(yīng)滿足運(yùn)輸?shù)缆芬?；②大壩現(xiàn)場安裝用纜機(jī)的起重能力，組拼后的構(gòu)件重量應(yīng)滿足小于起重設(shè)備的額定起重量；③安裝中質(zhì)量重要控制項(xiàng)目門葉與支臂之間法蘭連接面緊密度、支臂與活動支鉸座連接面應(yīng)能達(dá)到規(guī)范要求；④有利于安裝過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)的控制。

經(jīng)過分析比較，采取在壩區(qū)金結(jié)廠內(nèi)將下支臂與褲衩組拼成一個吊裝單元，中支臂與上支臂各為一個吊裝單元。10節(jié)門葉中將第1與第2節(jié)、第4與第5節(jié)、第7與第8節(jié)、第9與第10節(jié)組各組拼成一個吊裝單元。

3.1 工作門槽埋件安裝

1）大壩混凝土澆筑至高程360m后，進(jìn)行底檻安裝與二期混凝土澆筑。

2）大壩混凝土澆筑至高程366m后，進(jìn)行支鉸錨栓架安裝。

3）大壩混凝土澆筑至高程375m后，進(jìn)行弧門鉸鏈安裝與二期混凝土澆筑。

4）大壩混凝土澆筑至高程372m后，進(jìn)行高程370m以下部分側(cè)軌安裝與二期混凝土澆筑。

5）大壩混凝土澆筑至壩頂設(shè)計(jì)高程384m后，進(jìn)行高程384m以下部分側(cè)軌和門體鎖定梁安裝與二期混凝土澆筑。

6）埋件節(jié)間焊縫焊接與安裝現(xiàn)場防腐涂裝。

3.2 工作門體安裝

工作門體安裝前需完成的準(zhǔn)備工作。將門槽清理干凈，檢測門槽孔口流道寬度，在底檻上設(shè)置門葉擋板；鉸鏈（已隨門槽埋件先期安裝）安裝前，將活動支鉸與固定鉸座之間按照下支臂安裝角度方向固定牢固，以便安裝支臂；在鉸鏈安裝部位下方設(shè)置臨時作業(yè)平臺，平臺固定在閘室左右閘墻上。

工作門體安裝方式與工序流程如下：

1）第1/2節(jié)門葉組件吊裝。將門葉放置在底檻上，上部略向上游傾斜。

2）左（右）下支臂與褲衩組件吊裝。首先與活動支鉸連接緊固完成后，打開活動支鉸與固定鉸座之間的臨時固定件，再進(jìn)行左（右）下支臂與第1/2節(jié)門葉組件連接，調(diào)整門葉及下支臂，螺栓緊固。

3）第3節(jié)門葉吊裝。第3節(jié)門葉與第1/2節(jié)門葉組件對接，并將第3節(jié)門葉略向上游傾斜。

4）左（右）中支臂吊裝。

5）第3節(jié)門葉與中支臂調(diào)整、螺栓緊固、驗(yàn)收，中支臂與褲衩之間焊縫焊接，第1/2節(jié)門葉組件與第3節(jié)門葉之間焊縫焊接。

6）第4/5節(jié)門葉吊裝。第4/5節(jié)門葉與第3節(jié)門葉組件對接，并粗調(diào)。

7）第6節(jié)門葉吊裝。第6節(jié)門葉與第4/5節(jié)門葉組件對接，并將第6節(jié)門葉略向上游傾斜。

8）左（右）上支臂吊裝。

9）第6、4/5節(jié)門葉與上支臂調(diào)整、螺栓緊固、驗(yàn)收，上支臂與褲衩之間焊縫焊接，第4/5節(jié)門葉組件與第3節(jié)門葉之間焊縫焊接，第6節(jié)門葉組件與第4/5節(jié)門葉之間焊縫焊接。

10）第7/8節(jié)門葉組件吊裝。第7/8節(jié)門葉組件與第6節(jié)門葉對接、調(diào)整、驗(yàn)收，第7/8節(jié)門葉組件與第6節(jié)門葉之間焊縫焊接。

11）第9/10節(jié)門葉組件吊裝。第9/10節(jié)門葉組件與第7/8節(jié)門葉組件對接、調(diào)整、驗(yàn)收，第9/10節(jié)門葉組件與第7/8節(jié)門葉組件之間焊縫焊接。

10）待液壓啟閉機(jī)安裝聯(lián)門后，完成水封及附件安裝。

11）門體現(xiàn)場防腐涂裝。

采用上述表孔弧形工作門安裝方式，減少了門體吊裝單元數(shù)量與現(xiàn)場拼裝、調(diào)整、焊接工藝難度，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，縮短了安裝所需時間，每扇閘門安裝工期減少28天時間。

4 表孔弧形工作門安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)

通常露頂式弧形工作門安裝質(zhì)量中的尺寸精度控制重點(diǎn)是支鉸中心的同軸度與傾斜度、門體與門槽埋件之間的相對位置誤差、支臂兩端與門葉和鉸鏈之間的連接法蘭結(jié)合面連接緊密程度等。超小寬高比弧形工作門與一般的弧形工作門相比較，在外形尺寸上具有門體高、半徑大，寬度小，門體啟閉高度范圍大的特點(diǎn)。啟閉運(yùn)行過程中，門葉與門槽側(cè)軌之間的相對位置因制造安裝存在的偏差易產(chǎn)生較大的變化，從而影響到門體的運(yùn)行穩(wěn)定性。如：左右兩個支鉸中心同軸度的偏差在門體啟閉機(jī)過程中會產(chǎn)生門葉隨之向一側(cè)較大位移的現(xiàn)象，偏差較大時嚴(yán)重的會影響門體密封止水，甚至產(chǎn)生卡阻問題；支臂兩端與門葉和鉸鏈之間的連接法蘭結(jié)合面緊密程度較差，接觸面小，運(yùn)行時在水推力作用下各支臂處因壓縮變形相差較大，使門葉各處半徑大小產(chǎn)生較大差異，則會在門體上產(chǎn)生一個側(cè)向水平推力，使門葉向?qū)?yīng)的一側(cè)移動，嚴(yán)重的也同樣會影響門體密封止水，甚至發(fā)生卡阻問題。

超小寬高比表孔弧形工作門安裝過程中針對尺寸精度控制要點(diǎn)和門體特點(diǎn)，提出并制定了相應(yīng)的技術(shù)措施。

1）提高兩節(jié)門葉之間、下支臂與褲衩在金結(jié)廠內(nèi)的組拼精度，為保證門槽內(nèi)門體組裝質(zhì)量提供好的條件。根據(jù)門體制造出廠的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，控制門葉的半徑和兩側(cè)半徑差值。下支臂與褲衩組拼以上下和左右中心線為基準(zhǔn)控制其直線度。使門體組拼減小與制造廠內(nèi)拼裝時的相對偏差值。

2）門體鉸鏈安裝精度的高低是保證弧形工作面安裝質(zhì)量的關(guān)鍵，特別是超小寬高比弧門。鑒于表孔弧形工作門鉸鏈支承形式為自潤滑球面滑動軸承，在安裝調(diào)整左右支鉸同軸度與傾斜度滿足規(guī)范允許誤差（同軸度≤1mm，傾斜度≤1/1000）時，可較容易地實(shí)現(xiàn)將左右支鉸球面滑動軸承球心點(diǎn)的相對高程誤差與里程誤差減小到0.3mm以下，能夠很大程度上提高弧門的安裝精度，防止弧門啟閉運(yùn)行時卡阻現(xiàn)象的發(fā)生。

3）門體鉸鏈與錨栓架安裝基準(zhǔn)點(diǎn)線的放置必須以已安裝的門槽埋件為準(zhǔn)，防止門槽埋件與門體之間相對位置出現(xiàn)較大的安裝誤差。

4）門葉在門槽內(nèi)安裝時，需以門槽底坎、孔口中心線、支鉸中心為基準(zhǔn)，控制門葉底緣水平度、中心位置、半徑及兩側(cè)半徑差。為保證門葉與支臂之間連接法蘭面結(jié)合緊密，門葉與支臂調(diào)整后，先緊固門葉與支臂之間連接法蘭的螺栓，再進(jìn)行中支臂（上支臂）與褲衩之間焊縫的焊接，最后進(jìn)行門葉節(jié)間焊縫的焊接。焊接過程中需嚴(yán)格控制焊接變形。

5）水封安裝注意控制預(yù)壓縮量，特別是L型側(cè)水封，其主要是利用水壓力再加上安裝時的預(yù)壓縮使水封緊貼門槽上的止水座板面上，達(dá)到止水的目的。由于在水深小于5m段側(cè)水封上作用的水壓力較小，該段水封止水效果取決于水封安裝時的預(yù)壓縮量。目前L型水封兩邊的夾角通常為100°，安裝時夾角為90°，其壓縮量大小是由夾角變形10°的量決定。在使用過程中水深小于5m段的側(cè)水封止水效果不太理想。如將L型水封兩邊的夾角改為105～110°，增加預(yù)壓縮量，其止水效果有很大的改善。

三、結(jié) 語

向家壩水電站泄水壩段12扇露頂式表孔弧形工作門具有門體高，寬度小，寬高比遠(yuǎn)小于閘門設(shè)計(jì)規(guī)范推薦值下限，為超小寬高比弧門。門體半徑大，門葉到貨分節(jié)多，因大壩安全度汛及提前抬高水位運(yùn)行的需要，安裝工期非常緊。采用部分構(gòu)件預(yù)先組拼的快速安裝方式，并有效控制和提高了弧形工作門安裝精度，保證了弧形工作門的安裝質(zhì)量，按期安裝完成投入運(yùn)行。到目前，12扇表孔弧形工作門已經(jīng)歷了近三年的汛期考驗(yàn)，每扇閘門已平均安全運(yùn)行了320余次，未發(fā)生故障，其年運(yùn)行頻次遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)次數(shù)。安裝質(zhì)量優(yōu)良，其安裝工藝與質(zhì)量控制方式可謂今后類似工程項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

作者簡介：張耀華（1961-） 中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司向家壩施工，高級工程師