船閘閘門吊裝工藝的研究與應(yīng)用

耿新林

（中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

我國京杭運河水運工程正處于大力發(fā)展時期，貨運量逐年增加，需要快速地提升航道的通航能力。船閘正是提升通航能力的重要措施，船閘項目的施工進(jìn)度是其中關(guān)鍵問題，提升重要節(jié)點的施工進(jìn)度是制約整個項目施工進(jìn)度的重要難題。

1 工程簡介

韓莊船閘為Ⅱ級船閘，位于微山縣韓莊鎮(zhèn)東南約1 km 處，下游距棗莊市萬年閘16.4 km，上游距微山湖湖口約4 km。韓莊船閘自2000 年12月竣工以來，已經(jīng)連續(xù)運行15 a。近年來，由于江蘇沿運河經(jīng)濟(jì)及上海、浙江等地對山東資源需求不斷增加，船閘實際貨運量已超過設(shè)計通過能力。為確保京杭運河航道高效暢通，充分發(fā)揮京杭運河的航運功能和效益，適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，迫切需要建設(shè)韓莊復(fù)線船閘。

韓莊復(fù)線船閘按Ⅱ級船閘進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計最大船舶噸級為2 000 t。船閘尺寸為230 m×23 m×5.0 m（閘室有效長度×閘室寬×門檻最小水深）。船閘承受單向水頭作用，設(shè)計水頭5.9 m，全閘共布置4 扇工作閘門和4 扇閥門，上、下閘首工作閘門各2 扇，左右對稱，采用橫梁式鋼質(zhì)平板人字門。

閘門吊裝的施工質(zhì)量、安全及進(jìn)度是船閘施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是制約項目整體工期的關(guān)鍵因素，其按照規(guī)范GB/T 14173—2008《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗收規(guī)范》[1]進(jìn)行，其評價按照規(guī)范JTS 257—2008《水運工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)》[2]，閘門防腐滿足規(guī)范SL 105—2007《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》[3]中的要求。本文對閘門的整體吊裝及分節(jié)吊裝2 種施工工藝進(jìn)行分析，進(jìn)一步明確各自優(yōu)缺點、適用環(huán)境，并重點對分節(jié)吊裝施工工藝進(jìn)行闡述，供類似工程參考借鑒。

2 施工方案優(yōu)化

2.1 方案比選和確定

以上閘首閘門為例，其單扇閘門尺寸為10.98 m×13.584 m×1.5 m（高×寬×厚），為3 節(jié)閘門拼裝成型，如圖1 所示，單扇最重一節(jié)29.5 t。

圖1 上閘首閘門背面結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural diagram of the back of the upper head gate

從適用性、施工效率、質(zhì)量安全、經(jīng)濟(jì)適用性等方面考慮，對整體吊裝及分節(jié)吊裝進(jìn)行對比，如表1 所示，綜合比選確定分節(jié)吊裝施工工藝，并成功實施。

表1 整體吊裝與分節(jié)吊裝施工工藝對比表Table 1 Comparison of construction technologies between integral hoisting and sectional hoisting

2.2 方案工藝流程

閘門吊裝主要分為分節(jié)吊裝工藝和整體吊裝工藝，分節(jié)吊裝工藝流程見圖2。

圖2 閘門分節(jié)吊裝施工工藝流程圖Fig.2 Flow chart of sectional hoisting construction of lock gate

2.3 操作要點

上閘首閘門由于閘室檢修門底檻阻隔，無法搭接拼裝、焊接施工平臺，如圖3 所示，故上閘首閘門采用單扇分節(jié)吊裝工藝，因地形狹小需先進(jìn)行施工機(jī)械的位置確定，后根據(jù)施工機(jī)械調(diào)整材料的堆放。

圖3 上游側(cè)吊車吊裝位置示意圖Fig.3 Schematic diagram of hoisting position of crane on upstream side

下閘首工作閘門尺寸13.18 m×13.584 m×1.5 m（高×寬×厚）。下閘首可在閘室底平臺上進(jìn)行搭接拼裝、焊接施工，所以采用閘門整體吊裝工藝，平臺搭設(shè)的位置應(yīng)處于吊車吊裝時合理作業(yè)區(qū)域內(nèi)，見圖4。

圖4 下游側(cè)吊車吊裝位置示意圖Fig.4 Schematic diagram of hoisting position of crane on downstream side

上閘首進(jìn)場道路需滿足200 t 汽車吊（配重69 t）和40 t 運輸車加閘門的承載，并保證距離檢修門底檻20 m 范圍內(nèi)的工作區(qū)域。下閘首進(jìn)場道路需滿足400 t 汽車吊（配重120 t）的承載和40 t運輸車加閘門的承載。

進(jìn)場道路及上閘首距離檢修門底檻20 m 區(qū)域和下閘首閘室底部需填平做硬化處理，吊裝位置根據(jù)現(xiàn)場實際情況準(zhǔn)備預(yù)鋪設(shè)鋼板。

吊裝前需拆除吊裝物件回轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)的腳手架及其它支架等，作業(yè)區(qū)域內(nèi)堆放的模板、鋼管、機(jī)具、設(shè)備及其它障礙物均需清離，作業(yè)區(qū)域需打掃干凈，進(jìn)行臨時圍擋警戒。

吊車從預(yù)先修好并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可的臨時進(jìn)場道路到閘室。閘室寬23 m，設(shè)備拖車將閘門移到主吊車能起吊的位置，主吊車和輔吊車一起把閘門抬起約2 m，然后主吊車起鉤緩緩立起閘門，將閘門在空中翻身。閘門完全站立后，輔吊車撤離，主吊車就位。

1）上閘首閘門吊裝方法

上閘首閘門單扇分節(jié)吊裝，閘門進(jìn)場后，用200 t 吊車將閘門底節(jié)抬至上游底檻上待吊裝。200 t 吊車經(jīng)過總包方提供的現(xiàn)場道路開至上閘首上游側(cè)，上閘首上游距離檢修門底檻20 m 應(yīng)填實硬化處理并鋪設(shè)鋼板，將200 t 吊車倒入上閘首上游側(cè)盡量貼近檢修門底檻的位置，順行車的方向鋪設(shè)穩(wěn)定層厚20 mm 墊板道，由50 t 吊車輔助主吊車，將吊鉤掛在閘門兩側(cè)吊環(huán)上開始起吊，當(dāng)閘門離開地面高度2 m 左右時，50 t 吊車撤離，200 t 吊車?yán)^續(xù)起吊，直至閘門處于與閘室地面垂直位置，校正安裝位置后，閘門底樞的回轉(zhuǎn)中心（蘑菇頭中心）應(yīng)保證有足夠精確的同心度，反復(fù)檢查安裝位置直到閘門落到閘室底部，中節(jié)和頂節(jié)吊裝同底節(jié)，分節(jié)處固定牢固，并焊接固定。

2）下閘首閘門吊裝方法

下閘首閘門在現(xiàn)場平臺上拼裝焊接后整體吊裝，將完成的閘門平行拖至安裝位置，將400 t 吊車駛?cè)胂麻l首閘門安裝處，盡量貼近閘門安裝位置，下閘首底檻下游側(cè)應(yīng)用土填實并鋪設(shè)鋼板，由100 t 吊車輔助400 t 主吊將閘門吊起，待閘門豎直后100 t 吊車撤離，然后400 t 吊車將閘門旋轉(zhuǎn)至閘門安裝位置，校正安裝位置后，閘門底樞的回轉(zhuǎn)中心（蘑菇頭中心）應(yīng)保證有足夠精確的同心度，反復(fù)檢查安裝位置直到閘門落到閘室底部。

2.4 受力計算

1）鋼絲繩的許用拉力計算采用估算法。上閘首閘門最大起吊重量為29 500 kg，下閘首最大起吊重量85 000 kg；計算采用2 對鋼絲繩起吊受力，吊裝時鋼絲繩夾角為60°～90°，計算角為60°，選用繩φ60-6×37（a），公稱抗拉強(qiáng)度1 570 MPa，安全系數(shù)取6。

根據(jù)GB/T 20118—2006《一般用途鋼絲繩》[4]第4 組6×37（a）表19，考慮鋼絲繩不均勻受力，折減系數(shù)取ψ=0.82。

計算結(jié)果滿足要求。

2）卸扣強(qiáng)度計算

上閘首閘門最大起吊重量為29 500 kg，下閘首閘門最大起吊重量85 000 kg。

上閘首采用16 t 卸扣，卸扣的彎曲直徑選用d=52 mm，卸扣銷子直徑為φ64 mm，根據(jù)SL 74—2013《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》[5][σ]=150 MPa，計算結(jié)果滿足要求。

下閘首采用50 t 卸扣，卸扣的彎曲直徑選用d=107 mm，卸扣銷子直徑為φ96 mm，根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》[σ]=150 MPa，計算結(jié)果滿足要求。

3）上閘首臨時吊耳

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》，容許局部緊接承壓應(yīng)力[σcj]=80 MPa；孔壁抗拉應(yīng)力[σk]=115 MPa；容許拉應(yīng)力[σ]=150 MPa；焊縫的容許應(yīng)力[σ]=150 MPa。

上閘首單節(jié)門葉最重29 500 kg，設(shè)計吊裝時采用2 只吊耳均勻受力。取吊鉤卸扣所配中心孔徑r=40 mm，d=80 mm，板寬取B=240 mm，材質(zhì)為Q235，板厚δ=30 mm，R=120 mm。經(jīng)計算：

吊耳孔壁承壓應(yīng)力為60.23 MPa＜[σcj]；吊耳孔壁抗拉應(yīng)力為75.29 MPa＜[σk]；焊縫的應(yīng)力為20.07 MPa＜[σ]。

最終選擇吊耳參數(shù)：δ×H×B=30 mm×220 mm×240 mm，d=80 mm，R=120 mm，兩邊開坡口焊接。

4）下閘首臨時吊耳

下閘首單節(jié)重85 000 kg；設(shè)計吊裝時采用2只吊耳均勻受力，每只吊耳均承受荷載。經(jīng)計算，最終選擇吊耳參數(shù)：δ×H×B=66 mm×340 mm×340 mm，d=100 mm，R=340 mm，兩邊開坡口焊接。

經(jīng)過對閘門吊裝、焊接的各個主要受力部件進(jìn)行受力分析、剛度計算和強(qiáng)度計算，所有部件均能夠滿足現(xiàn)場的使用要求，安全可靠。

3 工藝實施效果

3.1 依托工程的實施效果

本工程上閘首結(jié)構(gòu)復(fù)雜有門檻制約沒有足夠的施工場地，無法進(jìn)行整體吊裝，故采用分節(jié)吊裝的施工工藝，共耗時5 d，成本約6 萬元。下閘首閘門靠近閘室底板有足夠的施工空間，可以搭建拼裝、焊接的施工平臺，所以采用整體吊裝，共耗時10 d，成本約18 萬元。整體吊裝與分節(jié)吊裝相較而言，分節(jié)吊裝具有施工效率高，工期較短，成本較低的優(yōu)點，整體吊裝的優(yōu)點是焊接過程中質(zhì)量較好控制，吊裝過程中高處作業(yè)較少。

3.2 實踐中的經(jīng)驗教訓(xùn)

施工過程中需加強(qiáng)閘門拼裝、焊接的精度控制，在吊裝、焊接過程中需采用儀器進(jìn)行不間斷垂直度檢測，確保精度合格[6-9]。施工人員安全措施做到位，有專業(yè)人員進(jìn)行吊裝指揮。施工前編寫專項施工方案并論證，組織專項施工技術(shù)交底及安全技術(shù)交底。

3.3 存在的問題及改進(jìn)措施

閘門分節(jié)吊裝過程中，高處作業(yè)較多，安全風(fēng)險較高。減少吊裝過程中的焊接施工，僅保留必須的水平向焊接縫，其他焊接縫均在吊裝前完成焊接，減少高處作業(yè)，降低施工風(fēng)險。

4 社會經(jīng)濟(jì)效益評估

4.1 社會效益

閘門是船閘施工的核心部位，也是船閘后期施工的關(guān)鍵線路，閘門吊裝施工期縮短為后期閘閥門啟閉機(jī)調(diào)試留出充足時間，直接帶來總工期的縮短，工程提前投入使用，可產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

閘門分節(jié)吊裝施工場地小、施工速度快、無需搭設(shè)施工平臺、節(jié)省了大型吊車費用等，以韓莊復(fù)線船閘工程閘門吊裝為例，上閘首閘門分節(jié)吊裝較下閘首閘門整體吊裝節(jié)約費用約12 萬元。

5 結(jié)語

我國京杭運河水運工程正處于大力發(fā)展時期，建設(shè)逐漸完善。航道戰(zhàn)線長、貨運量增加、通航壓力較大，船閘得到了廣泛的應(yīng)用，對于項目施工進(jìn)度要求較為迫切。閘門采用分節(jié)吊裝工藝，施工速度快、成本低，工藝可操作性強(qiáng)，有較強(qiáng)的適應(yīng)性，尤其是對于施工場地狹小的項目，經(jīng)濟(jì)合理，易于推廣，具有較高的借鑒意義。