石頭河水庫泄洪洞弧形工作閘門改造實施方案

張軍旗 蔡大為

（陜西省石頭河水庫灌溉管理局 陜西 楊凌 712100）

1 工程概況

石頭河水庫位于陜西省眉縣斜峪關，水庫樞紐主要由攔河壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞及壩后電站組成，設計庫容1.47億m3，壩高114m，屬大（2）型水利工程。泄洪洞布設于左岸，深孔塔式進水口，塔內設事故閘門和弧形工作閘門各一扇。弧形工作閘門孔口尺寸5.5m×5m，設計水頭66m，設計泄洪流量850m3/s，啟閉設備采用BJQ－2×1000kN固定卷揚啟閉機，啟閉機布置于809.10m高程，啟閉機與23m長吊桿連接，通過導桿在滑槽內滑動，帶動閘門啟閉。

2 存在問題及初步設計方案

泄洪洞閘門及啟閉機自1981年7月建成投運以來，承擔了水庫的全部泄洪任務，在運行中暴露出以下安全隱患：由于設計啟閉力不足，高水頭下，必須依靠事故閘門和工作閘門相互配合才能完成閉門動作；如果在某一開度需要增加閘門開度，必須把閘門先行關閉后，重新開啟才能達到需要的開度。由于制造、安裝誤差，閘門出槽后，門葉整體向右偏移，關閉閘門時必須用千斤頂向左頂正后才能入槽。由于閘門起吊由“啟閉機—連接桿—滑槽—平衡梁—閘門”組成，導桿與滑槽為鋼對鋼摩擦，摩擦面銹蝕導致啟閉過程中卡阻嚴重。另外，由于支鉸軸套膠木材料老化，有抱軸現象。

為解決以上安全隱患，2009年，陜西省水電設計院依據閘門及啟閉機安全檢測報告對泄洪洞弧形工作閘門更新改造進行了初步設計，同年，黃河水利委員會對其進行批復，同意對弧門及啟閉機進行更新改造。更新改造后的工作閘門，支鉸位置不變，將鉸座高度減小20mm，作為鉸座基礎調平層，支鉸軸承為自潤滑球鉸；閘門弧面半徑由R10m變為R9.8m，門楣水封更換為轉鉸水封；閘門采用整體弧面加工技術，分兩節制造，節間采用高強螺栓連接；止水采用橡塑復合水封；為解決門葉偏移問題，對閘門埋件進行改造；閘門啟閉機更換為QHSY2500kN/1200kN-8.0m液壓啟閉機，提高了啟閉力。

3 改造實施方案

3.1 液壓啟閉機大梁加固

設計液壓啟閉機安裝于泄洪塔759.00m平臺原閘門鎖定大梁位置，梁斷面尺寸600mm×1000mm。為滿足液壓啟閉機的基礎受力，需要加大梁斷面和配筋，梁斷面外形尺寸加大到1100mm×1250mm。由于啟閉機梁是雙向受力，因此，梁的加固采取梁底增加配筋、梁面粘貼鋼板的方法。

施工時，加固梁的新舊砼結合面進行鑿毛，使原砼中的碎石外露約1/3～1/2。新增鋼筋錨固于兩端塔壁之中，為了便于植筋鉆孔，鑿出原有塔壁主筋，并對錨固質量進行了拉拔試驗。砼采用高強無收縮灌漿料，人工拌合、連續入倉振搗，澆筑完工后，精心養護。

3.2 閘門埋件改造

閘門門楣設計采用轉鉸水封結構，與原門楣止水結構完全不同，施工時對原門楣埋件全部鑿除更換。

由于門葉弧面半徑比原設計減少200mm，原底檻寬度不足，初步設計對原底檻全部鑿除更換。施工時，保留原有底檻，在原底檻后補加厚鋼板，用雙排錨桿進行錨固，上游側和原底檻鋼板相焊接，減少了改造工程量，降低了工程造價。

閘門側軌三面鑲嵌在混凝土中，如果按設計全部鑿除更換，施工難度大、工程造價高、原水工結構破壞嚴重，經過充分論證，以原側軌錨板為基礎，貼焊不銹鋼板是簡單可行的施工方案。在原閘門拆除完后，用碳弧氣刨清除原側軌上的不銹鋼板以及和不銹鋼面齊平的薄鋼板，露出側軌基礎鋼板，將基礎鋼板表面修補、打磨齊平，然后以閘門孔口中心為基準，對基礎錨板進行精確測量，繪制出基礎錨板位置偏差圖，依據偏差關系，畫出需要在側軌上貼焊的不銹鋼板分段圖，將厚度20mm的不銹鋼板點焊在托板上進行加工，將加工好的楔形不銹鋼板現場進行試裝，并進行復測。焊接定位除在不銹鋼板中間位置開設塞焊孔外，每500mm布設一個千斤頂，壓緊不銹鋼板。整個側軌不銹鋼板貼焊完畢后，對表面進行完整拋光。側軌的改造，修正了原閘門側軌不銹鋼面上下10mm偏斜，門葉整體向右偏移問題。經過閘門安裝后的試驗，門葉啟閉平順、密封良好。

3.3 液壓啟閉機性能及控制

設計閘門啟閉機選用QHSY2500/1200kN-8m液壓機，缸徑Φ540mm、桿 徑 Φ340mm、工作 行 程7748mm、最大行程 8000mm、啟門力2500kN、閉門力 1200kN、啟門速度0.8m/min、閉門速度0.5m/min、液壓桿總長（活塞桿全縮回時）12.5m，其中油缸總長9.22m。液壓啟閉機支承點位于油缸頂部下1.04m處，不同于常規的在缸筒中間位置的支承，目的是為了將759.00m高程作為支承平臺的需要。

活塞桿采用陶瓷噴涂防腐工藝，即高速火焰（超音速氣體）噴涂NiCr基礎層，陽極等離子噴涂Cr2O3+NiCr2面層，基礎層厚度100μm，面層厚度200μm。陶瓷層表面硬度大于HRC64，磨后表面粗糙度Ra0.2～0.3。

液壓泵為HYDCOM公司的手動變量柱塞泵，額定壓力28MPa，排量 100ml/r；電動機為SIMENS公司的Y250M-4-B35型，功率55kW，轉速1480rpm。

液壓缸行程檢測采用YQX-II-4內置式行程檢測裝置，密封安裝于液壓缸端蓋處，通過與活塞桿相連的鋼絲繩帶動高精度的旋轉編碼器輸出數據信號，實現閘門開度的數字化顯示和控制。行程檢測裝置采用絕對型輸出信號傳感器，開度檢測裝置不受電源斷電影響，輸出信號連續、可靠，具備優良的抗電磁干擾性能。檢測精度不低于±1mm。上、下極限保護精度偏差≤1mm，防護等級IP65。

現地控制機柜選擇開關有三個位置，分別為：遠方自動控制方式、現地自動控制方式、現地手動工作方式，上述工作方式之間相互互鎖，通過選擇開關進行切換。現場通信通過閘門控制系統網絡實現。現場設有視頻監控系統。

現地手動工作方式，啟閉機不受PLC控制，僅通過操作面板上的啟門、閉門按鈕，這樣可以保證在PLC故障的情況下，通過簡便快捷的單步操作，由繼電器硬線路控制完成閘門啟閉。

現地自動工作方式時，啟閉機受PLC控制，通過“啟門”、“閉門”、“停止”以及開度預置等，使閘門運行到需要開度。

遠方工作方式時，啟閉機通過PLC受控于中央控制單元，由中央控制單元控制現地設備運行，其控制功能與現地自動控制工作方式完全一致，只是啟閉機控制信號來自遠方監控系統。

4 改造后運行情況

泄洪洞工作弧門及液壓啟閉設備安裝完成后，參建各方按照閘門安裝規范《DL/T5018-2004》對安裝情況進行了檢測和試運行。經檢測，二次粘貼的側水封不銹鋼板，垂直度偏差1mm，平整度偏差1mm；門楣轉較水封垂直偏差1.5mm，水平偏差1.5mm；止水橡皮壓縮量4.0mm；門葉中心偏差1.5mm，門葉水平偏差1.5mm；支鉸同軸度偏差1.4mm；弧門在51m靜水水頭作用下無滲漏。液壓泵站及油管打壓23MPa，持壓35min，系統壓降0.0MPa；油箱油位正常、油溫25℃，均達到了規范要求；試運行過程中，啟門速度0.68m/s，液壓泵站系統壓力16.0MPa，有桿腔壓力10.0MPa，無桿腔壓力1.0MPa；閉門速度0.43m/s，液壓泵站系統壓力6.0MPa，有桿腔壓力8.2MPa，無桿腔壓力4.8MPa；液壓機及閘門運行平穩，閘門開啟到檢修位置，無偏移現象；48小時閘門自動下沉量3mm；手動、自動控制過程中，閘門開度傳感數據與實測數據相差最大值2mm；150m3/s動水試驗，閘門及啟閉機運行平穩，任意開度啟、閉門靈活自如。更新改造后的工作弧門及液壓啟閉機達到設計和規范要求，滿足水庫泄洪能力。

5 建議及體會

（1）改造項目前期的設計、實施方案僅是大原則，對實際施工僅具有參考意義，施工單位應結合工程結構特點和實際存在的問題，在施工前，以方便實施、經濟合理、安全可靠為原則，制定切實可行的實施方案。

（2）改造項目施工空間小，制約因素多、實施難度大，目前采用的概預算定額遠遠脫離改造工程實際，不能真實反映工程成本，應作具體研究修正。

（3）本工程液壓啟閉機油泵電機采用的是一用一備的補投備用方式，即正常工作時，一套泵組投入運行，另一套泵組不投入運行，當運行泵組發生故障時，未運行的泵組自動補充投入運行，液壓啟閉機運行速度恒定不變。設計液壓啟閉機啟門速度0.8m/min，按照該速度，閘門全開僅需要7min，從水庫多年的運行來看，這一速度過快，如果采用減速備用，即兩套泵組同時投入運行，達到設計啟閉速度，當其中一套泵組發生故障時自動退出運行，液壓缸以減速方式繼續運行，減速后的啟閉速度完全滿足使用要求。同時，減速備用可減小單套泵組電機功率，降低備用發電機容量，利于節能。水利水電工程液壓啟閉機大多運行不頻繁，且在實際運行中，液壓泵的故障率較低，不會對閘門正常啟閉產生影響。因此，本工程采用減速備用方式更為合理。

（4）改造后的機電設備較原設備技術先進，相對復雜，需對運行管理人員進行專業培訓，提高管理技能和水平。陜西水利