葛洲壩船閘輸水廊道平板檢修門漏水原因及對(duì)策

冉曉俊，曹棟梁，譚 勇

(長江三峽通航管理局,湖北 宜昌 443002)

1 背景

1.1 基本情況

葛洲壩1、2、3號(hào)船閘輸水廊道充、泄水工作閥門的上、下游側(cè)均設(shè)有平板檢修門。在靜水狀態(tài)下，該檢修門可以依靠起重設(shè)備落放后對(duì)輸水廊道進(jìn)行臨時(shí)封閉，再通過抽排水將閥門井或閘室的水排干。每座船閘配備平板檢修門4套，其中1號(hào)、2號(hào)船閘廊道平板檢修門門體由上、下2節(jié)連接組成，下節(jié)門葉尺寸5 800 mm×3 800 mm×865 mm(寬×高×厚)，上節(jié)門葉尺寸5 800 mm×3 380 mm×800 mm(寬×高×厚)。3號(hào)船閘廊道平板檢修門為整體式結(jié)構(gòu)，門體外型尺寸3 680 mm×4 200 mm×795 mm(寬×高×厚)[1]。門體反向支承為彈簧鋼板，側(cè)向支承為金屬滑塊或?qū)л?。門體吊裝采用數(shù)根吊桿與起重機(jī)吊點(diǎn)連接，上節(jié)門體設(shè)有平壓閥，采用平蓋式，開啟時(shí)可向閥門井充水。門體設(shè)有頂止水、側(cè)止水、底止水和節(jié)間止水，其中頂止水、側(cè)止水為P型橡膠止水，主要依靠水壓力將止水與止水座板貼合止漏；底止水、節(jié)間止水為條形橡膠止水，主要依靠門體自重壓縮橡膠止水止漏。

1.2 門體漏水情況及其影響程度

在葛洲壩船閘排干檢修實(shí)際工程運(yùn)用中，輸水廊道平板檢修門落放后產(chǎn)生漏水現(xiàn)象較為普遍，其中又以葛洲壩船閘1號(hào)、2號(hào)船閘較為突出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察及調(diào)查統(tǒng)計(jì)，底止水、4處轉(zhuǎn)角止水、節(jié)間止水等部位漏水頻率較高(圖1)。

圖1 門體各部位漏水概率分布

檢修抽排水是船閘大修的關(guān)鍵項(xiàng)目之一，對(duì)于需要排干閘室的停航性大修工程，平板檢修門落放后一旦發(fā)生較大漏水，就難以準(zhǔn)確判斷(尤其是抽排水初期)漏水的門體漏水程度、部位；即使找出漏水部位，也難以采取實(shí)施直接、有效的封堵措施，更不允許有二次落放或重新調(diào)整門體的機(jī)會(huì)。因此，漏水對(duì)船閘檢修工期的影響，輕則延長抽排水時(shí)間4～6 h，重則延長抽排水時(shí)間1～3 d，相應(yīng)地增加了船閘檢修工期保障的不確定性。在當(dāng)前船閘有限的通過能力和日益增長的過閘需求的情況下，顯然不能適應(yīng)船閘快速檢修的要求和滿足黃金水道發(fā)展的需要。因此，如何保證平板檢修門落放后的止水效果具有重要的意義。

2 門體漏水原因

2.1 門體姿態(tài)傾斜

在船閘檢修實(shí)踐過程中，常會(huì)遇到這樣的情況：同一扇檢修門、相同的落放方式，在不同時(shí)間點(diǎn)的2次落門，止水效果截然不同。該情況基本可以排除門體、門槽等客觀因素導(dǎo)致漏水的可能性。通過對(duì)門體構(gòu)造和起吊作業(yè)特點(diǎn)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)主要原因在于門體在落放過程中很容易發(fā)生姿態(tài)傾斜，若在落放到位前不能調(diào)整適應(yīng)，則會(huì)導(dǎo)致門體止水與座板之間局部間隙較大而漏水。一方面，門體寬高比接近1，且采用單吊點(diǎn)進(jìn)行落放操作，自身穩(wěn)定性差，落放時(shí)因門體中心線與門槽中心未對(duì)中、兩側(cè)受力(導(dǎo)向支承或止水與埋件之間摩擦力)不均衡等因素容易導(dǎo)致門體姿態(tài)傾斜；另一方面，因門體下部側(cè)向滑塊設(shè)置部位距離門體下緣1.5 m，門體在落放到位前進(jìn)行自行調(diào)整的過程中，側(cè)向?qū)к壓芸赡軙?huì)對(duì)該側(cè)滑塊產(chǎn)生支承用力，形成三點(diǎn)受力(圖2)，其中最大傾斜角θmax≈0.4°，對(duì)應(yīng)的最大間隙將達(dá)到34 mm。在這種情況下，門體止水與止水座板之間將產(chǎn)生嚴(yán)重漏水甚至漏量超過抽排流量。

注：F與f為支座反力。

另外，從止水形式上說，頂、側(cè)止水采用P型止水，在一定水頭的作用下，圓頭型橡膠止水具有良好的變形適應(yīng)性。國內(nèi)相關(guān)研究成果表明：圓頭P型橡膠止水與止水板之間即使存在一定的初始間隙，當(dāng)擋水水頭超過一定高度后，仍可進(jìn)行封水[2]。因此，門體落放過程中的姿態(tài)傾斜通常對(duì)底止水、節(jié)間止水效果影響較大。這與近幾次落門后的漏水檢查情況基本一致，底止水、節(jié)間止水處產(chǎn)生漏水概率較側(cè)止水大，且該漏水受門體落放后門槽空間局限，難以實(shí)施有效封堵。因此，門體落放過程中的姿態(tài)傾斜是影響門體止水效果的關(guān)鍵因素之一。

2.2 頂部平壓閥門未有效閉合

船閘輸水廊道平板檢修門落放后期處于水下，其難度在于不能直觀、有效地掌握其落放狀態(tài)，在抽排水初期也難以確定門體漏水情況和部位，但也有規(guī)可循。在葛洲壩船閘幾次門體落放后的漏水封堵處理中，采用向門體傾倒煤渣的方法，使部分門體漏水程度明顯減輕，取得了較好的效果。根據(jù)門體構(gòu)造情況，煤渣難以到達(dá)側(cè)止水、底止水部位，對(duì)于能起到良好封堵效果的門體漏水情況來說，說明平壓閥漏水的可能性較大。

葛洲壩船閘平板門平壓閥采用平蓋式，主要在檢修完成后起到閥門井充水平壓作用，在平板門落放時(shí)要求處于關(guān)閉狀態(tài)。影響平壓閥有效關(guān)閉的因素很多，如平壓閥自身有無損壞、卡澀現(xiàn)象，吊桿長度選配是否合理等。通過對(duì)3座船閘吊桿使用情況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)得知，1、2號(hào)船閘間平板檢修門吊桿在使用過程中存在交叉借用現(xiàn)象；同一船閘不同檢修門間吊桿共用，導(dǎo)致單個(gè)檢修門吊桿配置非固定。另外，因吊桿制造精度誤差及后期門槽改造后鎖定位高程變化等因素，吊桿在共用或借用過程中常出現(xiàn)富余長度不足或過長的問題。平壓閥在門體到位后尚有200～240 mm的關(guān)閉行程，難以確定其是否處于閉合狀態(tài)，因此吊桿配置太短導(dǎo)致的平壓閥未有效閉合常常不易被發(fā)現(xiàn)。另外，若選配的吊桿過長，吊桿容易在節(jié)間產(chǎn)生較大彎折，導(dǎo)致門體平衡梁和平壓閥吊點(diǎn)部位斜向受力，也有可能影響平壓閥的正常閉合。

2.3 止水選型安裝與設(shè)計(jì)不符

平板檢修門主要依靠安裝在門體上的止水與門槽止水座板埋件之間的緊密貼合達(dá)到封水效果，而止水壓縮量是衡量該效果的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)[3]。現(xiàn)場(chǎng)檢查分析表明，船閘現(xiàn)有門體止水與設(shè)計(jì)相比較，因使用過程中的老化徐變[4]和安裝時(shí)的誤差等因素影響，主要存在以下幾個(gè)問題：1)底止水下緣高度不等，呈現(xiàn)波浪形彎曲，不滿足平整度要求，高度相差5 mm；2)底止水與其墊層同高或止水厚度過大；3)底止水下緣未做倒角處理；4)側(cè)面P型止水與底止水、側(cè)面P型止水與節(jié)間止水在銜接處兩者齊平；5)底止水與側(cè)止水過渡部位水封損壞(圖3)。

圖3 門體止水安裝

根據(jù)橡膠元件應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計(jì)算底止水壓縮量，結(jié)果如下：下節(jié)門底止水壓縮量5.3 mm(若考慮墊層協(xié)同受力，下節(jié)門壓縮量3.2 mm)；上節(jié)門節(jié)間止水壓縮量1.9 mm(考慮止水墊板協(xié)同受力，上節(jié)門節(jié)間止水壓縮量1.2 mm)。

為保證良好的止水效果，船閘門體止水預(yù)壓縮量一般在2～4 mm[5]。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，止水厚度選型過大、止水墊板與止水協(xié)同受力、底止水下緣不平整都會(huì)減少局部區(qū)段壓縮量，導(dǎo)致門體止水的局部漏水，但是上述因素通常在門槽底檻不平等因素共同作用下，可能會(huì)加劇橡膠止水的漏水程度。

2.4 門槽異物卡阻

門槽異物來源途徑很多，會(huì)直接導(dǎo)致門體落放不到位，底止水與底檻之間因存在間隙或止水壓縮量不足而漏水，漏水量往往較大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，檢修中主要的異物來源有：1)在輸水過程中門槽底部有殘留異物滯留，或者井內(nèi)水體懸浮或漂浮類異物；2)門槽蓋板揭開后，蓋板承臺(tái)或閘面異物在施工過程中落入井內(nèi)；3)門體門格內(nèi)異物。

除上述因素可能導(dǎo)致門體漏水外，還有門槽二期混凝土及埋件狀況、門體吊裝時(shí)吊車位置、門體上下兩節(jié)在落放過程中的錯(cuò)位等，都有可能導(dǎo)致門體漏水。但是相對(duì)來說，上述因素出現(xiàn)的幾率較小，部分因素影響程度有限，或在預(yù)先可以通過水下檢查等方式發(fā)現(xiàn)并予以排除。

3 處理措施

3.1 避免門體姿態(tài)傾斜

避免門體姿態(tài)傾斜最為直接的方式就是在門體最下部(主梁附近)增加側(cè)導(dǎo)向裝置，或在條件允許的情況下減小側(cè)導(dǎo)向與側(cè)軌之間的間隙，但該間隙不可小于5 mm，以消除或改善門體姿態(tài)傾斜的影響。對(duì)于葛洲壩1、2號(hào)船閘來說，門槽因靠近門槽底部一段未設(shè)側(cè)導(dǎo)軌，其中1、4槽均需要進(jìn)行水下工程，難度較大，因此可以考慮將門體側(cè)導(dǎo)向裝置由原來的剛性金屬滑塊更換為彈性滑塊或?qū)л?圖4)。由于彈性滑塊具有一定的壓縮余量，門體能滿足門體在落放到位前對(duì)自身姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，避免門體發(fā)生因側(cè)導(dǎo)向限制而落放不到位的問題[6]。

圖4 側(cè)向彈性導(dǎo)向裝置

除上述改造措施外，還可以通過在門體上安裝高精度水下傾斜儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)門體落放過程中的水平姿態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常立即進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

3.2 合理配置吊桿

重新配置3座船閘吊桿，充分考慮鎖定梁頂部高程、門檻底部高程、平壓閥關(guān)閉行程、頂節(jié)吊桿鎖定位至吊耳中心高度等參數(shù)，建議富余距離在0.2～0.4 m。吊桿總體按照“n節(jié)標(biāo)準(zhǔn)桿+1節(jié)頂部調(diào)整桿”的原則(圖5)，其中標(biāo)準(zhǔn)桿規(guī)格一致，可以共用；調(diào)整桿為單個(gè)閥門井固定使用。

圖5 門體吊桿配置

3.3 更換或修復(fù)止水

更換或修復(fù)現(xiàn)有受損和超標(biāo)止水，保證止水足夠壓縮量，內(nèi)容包括：調(diào)整下節(jié)門、節(jié)間底止水下緣高度，保證高度齊平；對(duì)下節(jié)門、節(jié)間底止水下緣進(jìn)行銳角倒角處理；更換厚度超標(biāo)的條形止水，對(duì)止水墊層超出部分進(jìn)行割除；調(diào)整P型側(cè)止水與底止水銜接部位高度，確保門體落放后兩者高度相匹配；對(duì)側(cè)止水與底止水銜接部分止水受損部位進(jìn)行修復(fù)；修復(fù)平壓閥受損止水。

3.4 檢查清除門槽異物

針對(duì)門槽異物，在對(duì)門槽軌道、止水座板貼合面等預(yù)埋件進(jìn)行詳細(xì)檢查的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大檢查范圍，包括檢查門槽井口承臺(tái)及其周邊、井內(nèi)水面狀況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即進(jìn)行清理。

對(duì)個(gè)別門體落放異常的門槽水下部分軌道、止水面及底檻等部位埋件進(jìn)行水下詳查和復(fù)核，確保門槽及其埋件狀況良好且正確。

3.5 其他

在落放工藝方面，為盡量減少摩擦力對(duì)門體落放的影響，將一次性落放到位調(diào)整為二次落放到位工藝：即第1次落放到位后，提升50 cm的高度，重新檢查、調(diào)整吊桿和門體中心線是否對(duì)中，確認(rèn)無誤后第2次再勻速落放。其目的在于：采用二次落放時(shí)，各部位摩擦系數(shù)隨次數(shù)的增加而減小，即摩擦的“軟化效應(yīng)”，有助于門體姿態(tài)的重新調(diào)整。

4 結(jié)論

1)門體落放過程中的姿態(tài)傾斜對(duì)門體止水效果的影響程度較大且發(fā)生幾率較大。一方面，可以通過安裝高精度水下傾斜儀，對(duì)門體落放過程中的水平姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取有針對(duì)性的糾偏措施；另一方面，可以將門體導(dǎo)向裝置由剛性改造為柔性，避免門體發(fā)生因?qū)蜓b置而產(chǎn)生落放不到位的問題。

2)門體吊桿配置因素導(dǎo)致平壓閥未有效閉合的情況是在一定特定條件下形成的，具有特殊性，可以重新測(cè)量、統(tǒng)計(jì)吊桿配置參數(shù)，制定合理的吊桿配置方案，減少甚至消除該因素對(duì)門體落放后止水效果的影響。

3)門體止水安裝精度超標(biāo)直接影響止水壓縮量，可以采取更換或修復(fù)的方法予以保證。

4)優(yōu)化門體落放措施和工藝，如增加落放前的水下檢查與清理、采用二次落放工藝等，避免或減少外部因素對(duì)門體止水效果的影響。