大橋水庫閘門及啟閉機安全檢測與評估

【摘 要】對運行10年的大橋水庫平面鋼閘門、弧形鋼閘門、固定卷揚啟閉機和液壓啟閉機進行全面安全檢測，根據(jù)檢測成果及實際運行條件復核閘門強度、剛度、穩(wěn)定性以及啟閉能力，采用綜合評估法對閘門及啟閉機進行多參數(shù)安全性綜合評估。

【關鍵詞】閘門;啟閉機;安全檢測;復核;評價

Big bridge reservoir gateway and Qi shut a machine safety an examination and valuation



Peng Wen-cheng1， Li juan

(1. Sicuan province water conservancy science institute for research Chengdu Sicuan 610072;2. Sicuan provincewater conservancy water electricity survey design research institute Chengdu Sicuan 610072)

【Abstract】To circulate the big bridge reservoir flat surface steel gateway， arc-shaped steel gateway for 10 years， fix book Yang Qi shut machine and liquid to press to shut machine to carry on overall safety examination， according to examination result and actual circulate the condition recheck gateway strength， degree， stability and just shut ability， adoption comprehensive valuation the method is to the gateway and the shut machine to carry on many parameter safety comprehensive valuation.



【Key words】Gateway;Switch machine;Safety examination;Recheck;Evaluation

1. 概況

大橋水庫是一座已經(jīng)運行十年的大型水利樞紐工程，總庫容6.58億m3，最大壩高93m。為滿足泄洪、引水、放空的要求，岸邊溢洪道、引水隧洞進口、放空底孔進口共設置鋼閘門5扇、啟閉機5臺。岸邊開敞式溢洪道設置弧形鋼閘門2扇，設計水頭5m，孔口尺寸=6.0m×5.0m，門重9.196t，由2×75KN固定卷揚式啟閉機啟閉;引水隧洞進口設置平面鋼閘門1扇，設計水頭52.26m，孔口尺寸=5.1m×5.1m，門重49.661t，由QPQ3200KN固定卷揚式啟閉機啟閉;放空洞設置弧形工作鋼閘門1扇，設計水頭55.0m，孔口尺寸=3.5m×3.5m，閘門重37.054t，由1000/600KN液壓啟閉機啟閉;放空洞設置平面檢修鋼閘門1扇，設計水頭55.0m，孔尺寸=3.5m×4.2m，門重25.588t，由QPQ-2000kN固定卷揚式啟閉機啟閉。

依據(jù)SL214-98《水閘安全鑒定規(guī)定》、SL101-94《水工鋼閘門和啟閉機安全性檢測技術規(guī)程》、SL252-2000《水庫大壩安全評價導則》等進行全面安全檢測;依據(jù)SL74-95《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》、SL41-93《水利水電工程啟閉機設計規(guī)范》、《水電站機電設計手冊》等對閘門及啟閉機能力進行設計復核;依據(jù)GB50199-94《水利水電結構可靠度設計統(tǒng)一標準》、《水閘安全檢測與評估分析》的綜合評估法進行綜合評價，提出安全級別，為閘門及啟閉機安全運行與科學管理提供依據(jù)。

2. 安全檢測

2.1 檢測成果分析。

2.1.1 巡視檢查。

進水口、門槽附近、閘門后水流狀態(tài)正常，漏閘門止水局部損壞與未完全封閉，存在漏水量超過SDJ249.2-88規(guī)定的0.1L/(s.m)要求，閘墩、門墩、門槽、胸墻、牛腿未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫、剝蝕、老化，底板伸縮縫未發(fā)現(xiàn)不均勻沉陷，通氣孔排氣暢通，啟閉機室未發(fā)現(xiàn)明顯錯動、裂縫、漏水、漏雨現(xiàn)象，閘門、啟閉機的附屬設施基本完善，電氣控制系統(tǒng)及設備能正常工作，自備電源不滿足要求。

表2

復核內容公式

面板強度σ=Ky×q×a2/α×δ2

主橫梁強度K=JX1×h/ JX2×b，V=qL/2，H=q×L02/4h+2α×(2k+3)-3×q×c2/2h×(2k+3)，

Mc=-qc2/2，Mk=-Hh，M=Mc+Mk ，Me0=q×L02/8+ Mc+Mk，

σ=V/A±Me0/W，σ=r/A±M/W

主橫梁剛度f/L=5q L04/ 384EJL

水平次橫梁強度Mmax=-0.107qL2，σ= Mmax/W

水平次橫梁剛度f/L=0.632q L4/ 100EJL

豎次梁強度σ= M/W，τmax=AS1/Jxδ

支臂強度σ=N/A+M/W，τ=QS1/2/Jx1δ

支臂穩(wěn)定性ε=Mh(huán)A/NW，rx2=(Jx2/Ah(huán))1/2，λx2=μh/ rx2

λ，=λ(σs/2400)1/2，σ=V/ФpA，σ=N/Ф1A

啟門力FQ=[nT(My+M+Mzd)+NGG]/R

閉門力FQ=[nT(My+M+Mzd)-NGG]/R

2.1.2 外觀形態(tài)檢測。

門體無明顯變形、折斷、損傷，焊縫及熱影響區(qū)無表面裂紋及異常變化，連接螺栓、側反向支承、制動器、鎖定裝置無表面裂紋、損傷、變形、脫落，閘門無卡阻現(xiàn)象，閘門軌道(弧型閘門軌板、鉸座)、門楣(包括鋼胸墻)、止水座板、鋼襯砌等埋設件無磨損和變形，啟閉機機架無損傷、裂紋、局部明顯變形，液壓啟閉機的缸體、端蓋、活塞桿等零件無損傷、裂紋、油路無泄漏，啟閉機傳動軸無裂紋、磨損、局部明顯變形，開式齒輪輪齒齒合狀況良好，輪齒無斷齒、崩角、磨損、壓陷等，卷揚啟閉機卷筒表面、卷筒幅板、輪緣無損傷和裂紋。

2.1.3 腐蝕狀況檢測。

采用LA-20型超小型數(shù)字式超聲波測厚儀輔以LAT-B型智能化涂層測厚儀及電動砂輪打磨相結合的方法進行檢測。面板、主梁(腹板、翼緣板)、邊梁(腹板、翼緣板)、次梁(腹板、翼緣板)、支臂(腹板、翼緣板)等構件的平均腐蝕厚度為0~0.2mm、平均腐蝕速率5~15μm/年、最大腐蝕深度為0.2mm、最大腐蝕速率為20μm/年，蝕余鋼板厚度未達到SL226-98規(guī)定因腐蝕的報廢條件。面板局部銹蝕10%左右，構件存在輕微腐蝕，無嚴重腐蝕，整個閘門、支臂防腐較好，基本沒有明顯蝕坑。

2.1.4 材料檢測。

鋼板設計材料明確，證明材料牌號和性能符合設計圖紙要求，不進行材料檢測。

2.1.5 無損探傷

對閘門一、二類焊縫的內部缺陷采用CTS-23金屬超生波探傷儀依據(jù)GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果的分級》進行探測，按DL/T5018-2004規(guī)定合格標準“檢驗等級可選作B級，一類焊縫BI級為合格，二類焊縫BⅡ級為合格”進行判定。一類焊縫探傷合格率100%，二類焊縫探傷合格率97%，符合SDJ249.2-88規(guī)定一次探傷合格率不小于95%的優(yōu)良標準，閘門焊縫質量合格，能滿足現(xiàn)階段安全運行要求，但要求對存在的超標缺陷修補處理合格。

2.1.6 應力檢測與閘門啟閉力:由設計復核驗證。

2.1.7 啟閉機考核。

電氣裝置接線正確、接地可靠、絕緣符合要求，過負荷保護裝置、制動器、限位開關、終點(極限)行程開關、信號裝置等零部件完好，動作基本正確、可靠，所有機械部件、連接裝置、潤滑系統(tǒng)等處于正常工作狀態(tài)、注油量符合要求，鋼絲繩在卷筒和滑輪上纏繞正確，繩端固定牢固，鋼絲繩安全可靠，液壓啟閉機泵站系統(tǒng)和管路系統(tǒng)工作正確，液壓缸密封和活塞桿密封的泄漏不超過允許值， 泄漏使活塞桿產生的沉降量符合要求，液壓缸的支撐或懸掛裝置牢固可靠。閘門試驗結果合格。

2.1.8 電氣設備的安全性。

電動機外殼無塵、無污、無銹，局部不符合要求;接線盒應防潮，壓線螺栓如松動應即時旋緊;軸承內的潤滑油脂應保持填滿空腔內1/2～1/3，油質合格;繞組的絕緣電阻值<0.5MΩ，符合要求。開關箱經(jīng)常打掃，保持箱內整潔;各種開關、續(xù)電保護裝置保持干凈，觸點良好，接頭牢固;主令控制器及限位裝置基本保持定位準確可靠，觸點無燒毛現(xiàn)象;保險絲符合要求。各種電力線路、電纜線路、照明線路基本能防止發(fā)生漏電、短路、斷路、虛連等現(xiàn)象;線路接頭連接良好，個別銅鋁接頭銹蝕;保持線路暢通;導線絕緣電阻值，對一次回路、二次回路及路線間的絕緣電阻值>0.5MΩ，滿足要求。自備電源無獨立柴油發(fā)電機不符合要求。避雷針及引下線銹蝕、導電部件的焊接點或螺栓接頭、接地裝置的接地電阻值3.7Ω<10Ω，符合要求。

2.1.9 水質與底質分析。

水樣PH值7.2、(CI+SO42-)5.79 mg/L;土樣PH值為6.9、氧化還原電位310.8mV、電阻率253.6Ω.m、極化電流密度0.025 mA/cm2、極化電流密度0.025 mA/cm2，質量損失0.27g，依據(jù)GB50021-94判定，環(huán)境水、土對鋼結構的具有弱腐蝕性。

2.2 存在問題。

2.2.1 運行中產生的問題。

閘門各構件存在輕微腐蝕，鋼板有效厚度減小;閘門止水老化、損壞，閘門漏水;液壓啟閉機該壓缸微滲漏，啟閉機控制箱主控元件普遍老化;閘門開度控制裝置老化落后;備用電源不可靠。

2.2.1 施工時遺留的問題。

閘門焊縫局部存在超標缺陷;個別部件鋼板厚度比設計減小4mm;閘門所用鋼板局部存在波狀變形、凹坑等缺陷;止水未完全封閉。

2.3 對設計復核的建議。

閘門所有鋼板厚度按原設計減去最大腐蝕厚度0.2或0.4mm進行復核;放空洞檢測閘門上主梁后翼緣比設計厚度減去4mm進行復核計算。

3. 設計復核

3.1 復核計算條件(表1)。

表1

基本參數(shù)放空洞工作門(弧形)放空洞檢修門溢洪道工作門(弧形)放水洞檢測門

孔尺寸(m)3.5×3.53.5×4.26.0×5.05.1×5.1

上游正常水位(m)2020.02020.02020.02020.0

閘底坎高程(m)1965.01965.02015.01967.74

運行條件動水啟閉動水下門，充水閥充水后5m水頭以下靜水啟門動水啟閉動水下門，充水閥充水后25m水頭以下靜水啟門

16Mn允許應力(MPa)鋼拉壓第1組230230230230

第2組220220220220

抗剪第1組135135135135

第2組130130130130

Q235鋼允許應力(MPa)抗、壓、彎160160160160

抗剪第1組95959595

第2組90909090

主梁撓度<1/750<1/750<1/600<1/750

次梁撓度<1/250<1/250<1/250<1/250

鋼板復核厚度(mm)設計厚度-0.2除頂梁后翼緣比設計小4mm，其余減小0.2設計厚度-0.4設計厚度-0.2

啟閉機(KN)1000/60020002×753200

3.2 復核公式(表2)。

3.3 復核結果與評價(表3)。

表3

復核內容放空洞工作門復核值放空洞檢修門復核值溢洪道工作門復核值放水洞檢修門復核值允許值復核結果

面板強度(MPa)70.7184.673.7158.9220滿足

主橫梁強度(MPa)111.8(壓)8.35(拉)69.4(剪)147(壓)114.2(拉)70.2(剪)59.1(壓)

38.4(剪)168.8(壓)179.2(拉)90.9(剪)220(壓)220(拉)130(剪)滿足

主橫梁剛度1/24701/15921/22781/9171/750滿足

水平次橫梁強度(MPa)32.7(壓)52.3(拉)70.2(壓)65.4(拉)20.9(壓)87.0(拉)38.4壓)71.6(拉)160滿足

水平次橫梁剛度1/116661/61761/27981/76411/250滿足

豎次梁強度(MPa)77.5(壓)97.1(拉)129.6(剪)35.2(壓)51.6(拉)56.1(剪)48.0(壓)108.2(拉)31.4(剪)101.9(壓)142.7(拉)68.2(剪)220(壓)220(拉)130(剪)滿足

邊梁強度(MPa)56.4(拉)85.2(壓)21.5(前)58.7(后)220滿足

支壁強度(MPa)1.42(壓)111.1(拉)69.4(剪)80(拉)38.4(剪)220(拉)220(壓)130(剪)滿足

支臂穩(wěn)定性(MPa)60.0(作用面)49.5(非作用面)53.7(作用面)46.9(非作用面)220滿足

啟門力(t)95(實際100)60(實際200)13.0(實際15)243.0(實際320)滿足

閉門力(t)52(實際60)190.6(實際194)-0.7295.3(實際298.5)滿足

持住力(t)88.9156.6滿足

頂主梁后翼緣厚度減小4mm強度193.8(前)171.5(后)51.0(剪)220130(剪)滿足

剛度1/21501/750滿足

4. 安全級別評估

4.1 評估方法。綜合評估法是以影響金屬結構安全的主要因素為主框架，以金屬結構在實際運行中容易出現(xiàn)的主要問題和主要檢測內容為評估項目，以結構的可靠性為總目標進行綜合評估。總目標由安全性和耐久性二個子目標構成，安全性說明結構的安全程度，耐久性說明結構的使用壽命。為使評估體系具有較完善的內容和較強的可操作性，將其分為一級評估項目和二級評估項目，二級項目是一級項目評估內容的細化，而且對每一細項內容在程度上將評估結果分成A、B、C、D四個等級。各等級指標值根據(jù)GB50199-94確定，其值分別為A=3.7，B=3.2，C=2.7，D=2.2。

根據(jù)評估項目對金屬結構可靠性的影響程度確定項目的權系數(shù)。其中，安全性子目標的權系數(shù)R1=0.7，耐久性子目標的權系數(shù)R2=0.3。

經(jīng)復核，閘門的強度、剛度、支臂穩(wěn)定性滿足要求，啟閉機的啟閉能力滿足要求。

子目標評估指標可用式(1)計算

q=R×[M]×[N]×[J] (1)

式中:q為子目標評估指標;R為子目標權系數(shù);[M]、[N] 為級一項目、二級項目的權系數(shù)矩陣;[J]為 二級項目等級指標矩陣，由A、B、C、D四個等級相應的指標值構成。

總目標評估指標的計算可用式(2)

P= q1+q2 (2)

式中:P為總目標評估指標;q1、q2為安全性子目標和耐久性子目標的評估指標。

水電工程金屬結構的安全級別參照規(guī)范GB50199-94確定。對于大型工程分為三級，分別為:P≥3.2安全級別為I級(設備可以安全運行);P≥2.7安全級別為Ⅱ級，P <2.7安全級別為Ⅲ級(設備則存在不安全因素，應當進行加固、維修或更新改造)。

(1)安全性q1:

0.7×0.20.20.10.10.10.10.150.05100 0 10000.5 0.5 0 0 00010.2 0.8 0 0 3.73.22.72.2

q1=2.47。

(2)耐久性q2:

0.3×0.40.20.4 1 0 0 00 1 0 01 0 0 0 3.73.22.72.2

q2=1.08。

(3)總目標評估指標P= q1+ q2=3.55，該閘閘門安全級別為I級， 閘門及啟閉機可以安全運行。



4.2 放空洞工作門安全級別評估(見表4)。

4.3 安全級別評估。

放空洞工作門安全級別評估指標P=3.55，安全級別為I級;放空洞檢修門安全級別評估指標P=3.55，安全級別為I級;溢洪道工作門安全級別評估指標P=3.43，安全級別為I級;放空檢修門安全級別評估指標P=3.58，安全級別為I級。

5. 結論

金屬結構的強度、剛度和穩(wěn)定性滿足要求;啟閉機的啟閉能力滿足要求;備用電源安裝完善后，在緊急情況時閘門能正常開啟;金屬結構的安全級別I級(或安全性為A級)，金屬結構可以安全運行。對存在的運行問題、施工問題在運行管理中應引起重視。

表4

子項目一級項目二級項目二級項目等級標準

項目名稱權系數(shù)M項目名稱權系數(shù)NABCD

安全性0.71.結構應力0.2主要承重結構σ/[σ]0.7<1

超載H實/H設0.3<1

冰壓力狀態(tài)(冰層厚σ)//

2.剛度與饒度0.2弧門支臂穩(wěn)定K0.6<1

弧門主梁饒度Δl/l0.41/2470

平面閘門主梁Δl/l1/

3.振動0.1開啟過程0.5無明顯振動

全開0.5無明顯振動

4.水流狀態(tài)0.1上游流態(tài)0.6平順

下游流態(tài)0.4平順

5.氣蝕0.1通氣孔0.5滿足要求

閘門及門槽附近0.5有輕微

6.啟閉力0.1啟閉力p能力/p啟1.01.05~1.15

7.制造安裝質量0.15焊接質量0.2合格

材質(鋼種、鋼號、尺寸)0.2承重結構符合要求

制造評級0.2合格

安裝評級0.2合格

性能0.2達到設計要求

8.零部件0.05零部件1完好

耐久性0.31.銹蝕0.4平均最大銹蝕速度/mma-10.40.02

平均最大銹蝕深度/mm0.30.2

銹蝕面積/m20.3≤1.0

2.工程年限0.2已運行年限110年

3.管理0.4規(guī)章年度0.3齊全

維修0.3定期維修

操作0.4遵守操作規(guī)程

參考文獻

[1] 洪曉林 柯敏勇 金初陽等，水閘安全檢測與評估分析，中國水利水電出版社，2007。

[文章編號]1619-2737(2010)08-23-188

[作者簡介] 彭文成(1962.12-)，男，研究所所長，質檢站副站長，高級工程師，主要從事水工材料、水利工程質量檢測與安全評估研究。