淺談西藏直孔水電站泄洪表孔弧型工作閘門安裝工藝優化

楊忠滿, 周紅雨

(1.中國人民武裝警察部隊水電第十一支隊,四川成都 610036;2.江西省九江職業技術學院,江西九江 332000)

淺談西藏直孔水電站泄洪表孔弧型工作閘門安裝工藝優化

楊忠滿1, 周紅雨2

(1.中國人民武裝警察部隊水電第十一支隊,四川成都 610036;2.江西省九江職業技術學院,江西九江 332000)

針對西藏特殊的地理環境及直孔水電站泄洪孔工作門安裝工程復雜的施工環境,結合有限的施工手段,優化了施工工藝,提高了施工質量,安全、順利、快速地完成了安裝工作,解決了直孔水電站泄洪表孔工作門的安裝技術難點,為西藏直孔水電站實現按期擋水和發電目標奠定了良好的基礎。

西藏直孔水電站;泄洪表孔;弧型工作閘門;安裝工藝優化

1 概 述

西藏直孔水電站泄洪壩段表孔工作門的主要任務是在大壩運行期間承擔泄洪作用。泄洪表孔工作弧門共設3孔,孔口尺寸為12.0 m× 16.985 m,閘門尺寸為:寬(12m)×高(11.8 m),弧面半徑為15m。底坎中心樁號0+03.196,高程3 875.615 m,弧形支鉸中心高程3 882.50 m,樁號0+016.50。弧門門槽埋件安裝高程從3 875.615m到3 892.60m。泄洪孔工作閘門為主橫梁式斜支臂弧形閘門,雙吊點動水啟閉,支鉸為圓柱鉸。閘門門體為焊接結構,門葉分為5個制造運輸單元在現場拼裝成整體,節間采用焊接連接和螺栓連接;支臂分為上、下支臂及豎桿等制造運輸單元,與門葉和節間采用螺栓、焊接形式連接。閘門側止水為圓頭L型橡塑水封,底止水為刀型水封。單孔門槽埋件的重量為5.8 t,單扇閘門的重量為107.8 t。工作門結構布置見圖1、2。

2 弧門安裝特點

(1)特殊的地理環境。直孔水電站位于西藏自治區拉薩河中游,平均海拔3 850m以上,氧氣含量不足內地的70%,早晚溫差比較大,施工時間短,勞動強度低,孔口內的穿堂風比較大,給閘門埋件及閘門的安裝和焊接帶來極大的困難。

(2)埋件布置形式。工作門孔口底板為曲線弧面,底坎為斜面布置,安裝精度要求高。由于左右支鉸的錨栓改變了傳統的錨栓架埋設形式而采用預埋鋼板作為一期埋件,將錨栓做成魚尾板螺栓直接焊在預埋鋼板上,錨栓的安裝精度受一期埋件安裝質量要求影響比較大,從而造成安裝施工的難度增大。

圖1 弧形閘門布置平面示意圖

圖2 弧形閘門布置立面示意圖

(3)現場施工條件的限制。泄洪壩段弧型工作閘門共3套,每套閘門門葉分5個制造單元,支臂分6個單元,壩面空間狹小,閘門堆放場地小,在壩頂僅布置一臺MQ540門機用于閘門安裝。由于MQ540門機使用年限較久,最大起重量不到20 t,故閘門門葉和支臂在安裝時必須在孔口內拼裝。

(4)安裝質量要求高,必須對施工方案進行優化。由于該電站為西藏重點項目,質量要求高,閘門的封水情況將直接影響電站的發電,施工中受內部和外部多種客觀因素的制約和影響,必須對這些因素進行充分研究。在保證質量安全的前提下優化施工方案。

3 埋件安裝工藝優化方案

工作門埋件主要由底坎、側軌和支鉸錨栓等組成,支鉸錨栓架與底坎結構分別布置在屬于上下兩個壩段的位置上。由于單孔埋件的分節數量多,現場組合焊接工作量大,埋件焊接變形較難控制等工藝問題,且支鉸錨栓架為活動式,現場拼裝難度較大,從而有必要對整個埋件系統安裝工藝進行深入、詳細地研究。

3.1 支鉸錨栓安裝工藝研究

在弧門支鉸下部預埋埋件,搭設施工平臺用于安裝支鉸錨栓架。利用位于弧門支鉸下部的施工工作平臺,在支鉸錨栓架一期預埋的鋼板上安裝支鉸托架,用于支鉸的安裝和調整。施工平臺及托架布置情況見圖3。

圖3 支鉸托架及施工平臺布置圖

使用閘壩壩頂的MQ 540施工門機將支鉸鉸座吊裝到位后,先將鉸座上的4根魚尾板螺栓點焊在預埋板上,然后按掛好的控制中心線通過鉸座的軸孔對鉸座位置進行精調,檢查驗收合格后將其加固牢靠并將全部魚尾板螺栓焊接在預埋板上。鉸座安裝后,按照表1的檢測標準進行檢查。驗收合格后進行鉸座部位混凝土的回填。

表1 檢測標準表/mm

3.2 反裝法在側軌埋件安裝中的應用

通常情況下,弧門安裝先安裝側軌埋件,待側軌埋件安裝驗收合格且二期混凝土回填完成后安裝門葉及水封。為保證閘門封水質量,根據直孔水電站泄洪壩段表孔工作門布置特點,采用反裝法即先安裝閘門,后安裝側軌和水封。首先將側止水座板吊裝入槽,門槽埋件盡量靠近一期混凝土面,暫不進行調整,只作臨時固定。側止水座板應保證側軌與門體間預留出門體上下游側的人行通道,待閘門進行劃弧試驗時再進行側止水座板的安裝、調整及加固。

3.3 埋件測量基準的控制

在底坎的下游側安裝預埋板,作為測量基準板,待混凝土凝固后在基準板上放出孔口中心線、樁號線(0+004.196)、基準高程(3 875.297 m)。底坎、支鉸托架等埋件的控制點均以此基準點作為測放點,每一個孔口內使用一個基準點,從而保證了埋件的安裝質量。施工中,要對基準點進行反復測量以保證測量放點的精度。

在支鉸托架安裝時,采用以單個支鉸托架獨立安裝,二次測量放點控制校核的方式進行左右支鉸托架的安裝,即先測放一個支鉸托架的安裝控制點進行托架安裝,待其安裝合格后再安裝支鉸和支臂,并以該托架為測量基準,測放另一個托架的控制點,對另一托架進行安裝。實踐證明,3孔工作門共6套支鉸托架安裝的偏差值和一致性均得到保證。該測量安裝工藝符合質量控制指標要求,達到了預期目標,并在特殊的施工條件下取得了成功。

4 弧形工作閘門安裝工藝優化方案

4.1 工作門安裝工藝

孔口內弧形閘門安裝的施工工藝:吊裝前,在泄洪孔門槽底坎上標出門葉就位的理論位置,并在底坎上焊接擋板防止底節門葉就位后下滑,底節門葉吊裝就位后,在底節門葉上游側采取臨時加固措施,然后安裝下支臂和支鉸。下支臂吊裝前,將底節門葉與支臂連接部位的連接板用螺栓連接好。將支臂與鉸座上的鉸鏈用螺栓連接,然后借助事先掛在下游門機軌道吊環上的倒鏈進行下支臂的調整,調整底節門葉與下支臂的位置,待其到位后進行點焊,然后依次安裝其它門葉,這種方法能消除制造工序中的單項誤差累積。

將上支臂和豎桿在壩頂臨時平臺上預拼裝成整體進行安裝,目的是為了保證支臂分節單元一端與門葉、另一端與支臂褲衩聯接的準確性。我們提出將制約弧門快速高效安裝的支臂部分進行預組裝,其目的是完成對結構到貨狀態的整體拼裝常規檢測并可在檢測合格后將支臂組合件焊接為整體,形成結構尺寸封閉。這種施工方案的難點在于支臂自身裝配的精度與整體門葉之間的裝配精度須得到高度保證。

為使整體焊接工藝達到規范要求的綜合技術標準,經過仔細研究結構特點,制訂了有效的控制變形及收縮量的焊接拼裝方案,使主要封閉尺寸及形位偏差精度穩定在±1.0 mm。此方案的成功應用,為3孔大型工作弧門在極為惡劣的條件下全部順利地安裝完成創造了條件。

4.2 工作門水封安裝工藝

閘門門體位于非工作部位時裝配閘門止水等附件。閘門止水等附件的安裝必須在閘門做完劃弧試驗后進行,根據劃弧試驗的檢測數據裝配止水等附件。止水和橡皮墊板長度預留有裕度,并在現場切割,止水和橡皮墊板均應與止水壓板、座板配合后沖孔,止水和橡皮墊板接頭處采用生膠熱壓法膠合,側止水橡皮可分為兩節,現場熱膠合。

5 焊接工藝設計及質量控制

正確和優化的焊接工藝設計及完善有效的質量控制管理是焊接施工質量的有力保證。工作門及埋件安裝焊接的主要工作量在于工作閘門門葉節間、門體支臂間的連接焊縫以及埋件之間的對接焊縫。在焊接過程中,重點控制焊接質量,確保焊縫質量符合國家的相關規范及驗收標準。

(1)設計制定合理的焊接工藝,以滿足各種不同焊縫的質量要求。工作門焊接工程量大,時間和空間跨度大,為此,針對焊接的具體要求進行了嚴格的分類控制。如根據各種焊接位置、接頭形式和焊材的特點,合理設計和試驗焊條直徑、焊接電流、焊接層次、焊接道數和焊接順序等各種工藝參數,以滿足焊接質量的需要。

(2)規范焊條管理,改善施工現場的焊接環境,減少焊接過程中各種不利因素的影響。由于工作門的現場焊接作業多,特別是現場埋件焊縫的焊接受局部施工環境干擾大,同時受氣候的影響較大,為此,建立了有效的保護措施,改善了焊接環境。

(3)注重對工作門焊接變形的控制。對工作門埋件現場焊縫采用合理的焊接順序,即在澆二期混凝土之前對埋件焊縫進行水密焊,達到了防止漏漿的目的。待二期混凝土澆筑完畢且混凝土強度達到規定要求后,對約束狀態的焊縫進行填充焊接,采取分層、分段、錘擊消應力等工藝措施,有效地控制了埋件的焊接變形。待閘門門體整體和支臂安裝尺寸檢查合格后,按事先制定的焊接工藝進行節間焊接,焊接過程中,隨時對焊接變形進行檢測并做好檢查記錄,根據焊接變形檢測情況,適當調整焊接順序和焊接參數。門體焊接完成后,再進行上下支臂間豎桿的焊接。

(4)支臂拼裝方案的成功與否,最終將取決于焊接收縮量和變形的控制水平。因為焊接工序作為最終定位控制工序,其變形直接反映于支臂結構整體形狀位置偏差。支臂拼裝結構要保持焊接質量在高水平上的高度穩定性,必須做到焊接質量管理的標準化、規范化、制度化,以保證所有拼裝精度的一致性。

直孔水電站泄洪表孔工作弧門及埋件安裝工藝經過多次方案研究,綜合了技術、質量、安全、經濟、進度及施工環境等各種因素并不斷優化,確保了方案實施的最佳優化。

6 結 語

目前該工程項目已全部安裝完畢,工程驗收質量情況優良且已投入運行,3孔弧門運行情況良好,均無漏、滲水現象,贏得了業主、設計及監理單位的一致好評。通過實踐檢驗,證明該安裝工藝完全滿足施工要求且安裝速度快,為西藏地區的同類工程提供了成功的范例。

(責任編輯:李燕輝)

TV 547;TV65

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1001-2184(2010)01-0003-03

2009-12-15

作者簡單:

楊忠滿(1974-),男,江西九江人,參謀長,高級工程師,學士,從事水利水電工程施工技術與管理工作;

周紅雨(1977-),女,江西九江人,副教授,工程碩士,從事電氣控制教學工作.