受限環(huán)境下石門水庫泄洪中孔閘門更換施工技術(shù)探討

聶抗意　侯敏奇

摘 要：金屬結(jié)構(gòu)更換是大壩除險加固中的重要建設(shè)內(nèi)容，許多高拱壩和小型水電站壩面狹窄，施工環(huán)境受限，無法使用常規(guī)起吊設(shè)備進行閘門的吊裝施工。本文介紹一種利用自制的龍門吊和運輸臺車配合中孔排架上方固定卷揚式啟閉機進行閘門更新安裝的施工技術(shù)，解決了因運輸?shù)缆藩M窄，施工場地有限，不能運用常規(guī)起吊設(shè)備帶來的安裝困難，可為類似工程提供技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：受限環(huán)境 除險加固 閘門更換 施工技術(shù)

一、石門水庫除險加固工程概況

石門水利樞紐工程由原國家電力公司西北勘察設(shè)計研究院勘察、設(shè)計，原水利部第三工程局施工，于1969年10月動工興建，1972年4月下閘蓄水，1983年建成。該工程是以灌溉為主、結(jié)合發(fā)電等綜合利用的大（2）型水利工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，水庫總庫容為1.098億m3。2014年經(jīng)水利部大壩安全鑒定中心評定為“三類壩”，建議除險加固。其中對金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的現(xiàn)狀和安全進行了比較全面的評價，除大壩表孔檢修門、左岸泄洪洞閘門及啟閉設(shè)備外（2001年10月第一次除險加固新增項目），其余閘門從20世紀70年代開始，均超期服役，現(xiàn)閘門整體銹蝕嚴重，部分銹蝕坑達4mm，這類腐蝕會影響面板強度、主梁強度和剛度，因此對現(xiàn)狀閘門更新改造是需要的且是迫切的。

二、工程特點

石門大壩為混凝土雙曲薄拱壩，最大壩高為88.0m，壩頂寬度僅為5m，厚高比為0.31，壩頂高程620.0m。在壩體中部596.0m至604.0m高程處沿徑向開設(shè)6個泄洪孔口，每孔寬7.0m，高8.0m，最大泄洪為5350m3/s，在孔口出口設(shè)有平板鋼閘門。由于地形條件的限制，在閘門更換施工過程中，平板閘門進場運輸只有經(jīng)庫區(qū)右岸上壩公路至壩頂一條運輸通道，途經(jīng)寬度僅為4m的隧洞到達壩頂，且壩頂寬度狹窄，施工空間有限，無法使用常規(guī)起吊設(shè)備進行吊裝，因此泄洪中孔閘門在拆除和安裝中面臨著運輸和吊裝困難的問題（大壩平面布置圖見圖1）。經(jīng)施工階段多次研究論證，結(jié)合石門水庫特殊的施工環(huán)境，提出了技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的施工方案，即采用自制龍門吊、運輸臺車以及布設(shè)臨時軌道的方式，將閘門運送至中孔門槽孔口上方，利用中孔排架上方固定卷揚式啟閉機進行吊裝拼接。

三、新閘門安裝施工

泄洪中孔工作閘門共6扇，為雙吊點平板鋼閘門，前止水形式，每扇閘門寬9000mm，高8295mm，重量約88t（含配重20.8t）。由于施工場地空間限制，每扇閘門在制造過程中分為上、中、下三節(jié)門葉，門葉高度依次為2720mm、2520mm、3055mm，其中重量最大一節(jié)約25t。

（一） 門葉卸車及運輸

制造廠家用運輸汽車依次按下節(jié)、中節(jié)、上節(jié)運送至壩頂東側(cè)東干渠進水口處?，F(xiàn)場利用原泄洪中孔工作閘門的拉桿與定輪制作卸車專用龍門吊和運輸專用的運輸臺車，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。龍門吊凈高6500mm，跨距3400mm，低端布置有4個行走輪，起升機構(gòu)由側(cè)面卷揚機配合門梁中部動滑輪組組成，用于吊起閘門門葉。運輸臺車框架由4節(jié)舊拉桿焊接而成，下有車輪為鋼結(jié)構(gòu)焊接組成，可以360°旋轉(zhuǎn)。其輪距與大壩移動門機的軌道間距保持一致，為2460mm，臺車基距為3500mm。

卸車時，龍門吊橫跨運輸汽車上，將門葉吊起后，撤走運輸汽車，將運輸臺車移動至門葉下方，接著把門葉放置在運輸臺車上，固定牢靠，最后利用排架處卷揚機將運輸臺車沿著門機軌道牽引至孔口排架處。

（二）門葉橫移至孔口上方

當閘門運至孔口正前方時，在門機軌道與閘門孔口之間用兩根20#工字鋼改造成臨時軌道，垂直于門機軌道布置，利用千斤頂及撬棍等工具把運輸臺車的萬向輪轉(zhuǎn)90°，方向朝閘門孔口處，然后利用卷揚機將臺車牽引至閘門孔口正上方。

（三）閘門拼裝及水封安裝

利用中孔排架上方固定卷揚式啟閉機進行吊裝，三塊門葉依次吊入門槽內(nèi)，采用立式現(xiàn)場拼裝，根據(jù)定位卡板將門葉拼裝到位，穿入臨時螺栓再點焊固定。三節(jié)門葉全部拼接完成后，提升至孔口處，利用鎖定梁鎖住，在門葉及吊頭懸掛鋼線并采用水平儀等儀器進行整體調(diào)整，檢查各項控制尺寸合格后，進行門葉節(jié)間焊縫焊接。焊接過程中為防止焊接變形，采用偶數(shù)焊工同時對稱施焊，并在施焊過程中隨時檢測閘門各項形體尺寸，觀察閘門變形情況，以便及時調(diào)整焊接順序、焊接參數(shù)等。

完成焊接后，把閘門的配重塊整齊裝入閘門內(nèi)，最后按設(shè)計要求對閘門現(xiàn)場損壞部位及焊縫區(qū)進行防腐處理，然后按規(guī)范要求進行水封安裝。

（四）閘門試運行及調(diào)試

以上工序完成后，對中孔平板閘門進行安裝質(zhì)量評定，在各項指標符合設(shè)計及規(guī)范要求時，進行靜平衡試驗和無水、動水起閉試驗。

（五）增設(shè)導流板

閘門在進行動水起閉試驗過程中，存在閘門局部開啟和關(guān)閉時，頂水封橡膠被向上翻滾的高速水流沖擊破壞的現(xiàn)象，導致閘門再次關(guān)閉后不能完全止水，閘門頂部存在漏水情況。依據(jù)頂水封橡膠的破壞形式和原閘門的運行經(jīng)驗，在閘門頂水封處增加一道導流板保護裝置，同時增加閘門頂水封壓板及轉(zhuǎn)角水封壓板厚度。導流板采用兩塊厚度為10mm的鋼板焊接至閘門面板上，長度7070mm，沿門體中心對稱布置，具體如圖4所示。轉(zhuǎn)角水封壓板厚度，由原來的20mm調(diào)整至30mm，具體截面尺寸如圖5所示。經(jīng)過增設(shè)導流板和加厚轉(zhuǎn)角水封壓板后，閘門在第二次動水試驗時，頂水封在閘門動水局部開啟和關(guān)閉運行中，未發(fā)生被高速水流沖擊破壞現(xiàn)象，達到了預期效果。

四、舊閘門拆除

舊閘門的拆除方式是新閘門安裝的倒序方式，先用啟閉機把舊閘門吊起，固定在孔口處的運輸臺車上，采用氣割把閘門分解為上、中、下三塊。依次沿臨時軌道、門機軌道運至左壩肩，然后再利用龍門架裝上貨車運到指定位置，避免了將舊閘門分割成更小的塊體，加快了閘門更換施工的進度。

五、結(jié)語

第一，石門水庫泄洪中孔平面閘門更新改造，現(xiàn)場利用自制的龍門吊和運輸臺車將三節(jié)門葉運送至孔口上方，配合中孔排架上方固定卷揚式啟閉機進行門葉吊裝拼接的施工方案，很好地解決了因運輸?shù)缆藩M窄，施工場地有限，不能運用常規(guī)的起吊設(shè)備帶來的安裝困難，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。第二，導流板的增設(shè)和轉(zhuǎn)角水封壓板厚度的調(diào)整很好地解決了頂水封在閘門動水局部開啟和關(guān)閉運行時被向上翻滾的高速水流沖擊破壞的現(xiàn)象，可為其他工程存在類似情況提供參考。第三，受限環(huán)境下，石門水庫閘門更新施工方案的成功運用不僅保證了6孔閘門的及時更換和其他項目的順利實施，而且為類似條件下大型金屬結(jié)構(gòu)改造升級的施工積累了寶貴經(jīng)驗、提供了技術(shù)借鑒，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻

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