懷柔水庫溢洪道金屬結構安全檢測與評價

趙立庭 孫乙升 呂 游

(北京市京密引水管理處，北京 101400)

懷柔水庫位于北京東北部，流域面積為525km2，庫容1.44億m3。水庫設有東西2孔溢洪道，分別設有2扇弧形鋼閘門，其寬度均為12.0m，高度為6.3m，底檻高程56.0m，東溢洪道的設計流量186m3/s，校核流量1545m3/s，西溢洪道設計流量510m3/s，校核流量1491m3/s，其固定式卷揚式啟閉機的參數為2×150kN。

作為重要的供水水利樞紐，懷柔水庫建成后發揮了巨大的社會和經濟效益，但盡管建成多年，對水庫運行至關重要的金屬結構卻未進行過系統全面的安全檢測。為消除安全隱患，確保水庫的安全運行，依據現行規范開展了金屬結構安全檢測與評價工作。

1 檢測內容

水庫東西溢洪道金屬結構重點開展金屬閘門的外觀、銹蝕量、焊縫超聲波探傷、材料檢測以及啟閉機等方面的現場檢測和試驗工作。

a.閘門外觀：外觀檢查主要基于目測展開，銹蝕情況的檢查主要針對閘門構件銹蝕的面積分布及部位等，從直觀角度評價閘門的銹蝕情況。

b.閘門銹蝕量：銹蝕量是判斷閘門銹蝕程度的主要依據之一，銹蝕量的量測可以得到閘門主要構件的銹蝕速率和蝕余厚度，進而為閘門強度的復核計算提供基礎數據。銹蝕量的主要檢測設備為超聲波測厚儀、游標卡尺和涂層厚度測定儀。

c.焊縫超聲波探傷：超聲波探傷是閘門無損檢測中的一種常用方法，該方法主要利用聲學性質的改變來評判對超聲波的傳播影響，從而獲得構件內部缺陷的基本情況。焊縫檢測儀器采用EPOCH2300型超聲波探傷儀以及CSK-ⅢA試塊。

d.材料檢測：主要包括材料化學分析法、機械性能試驗法以及綜合分析法。但材料化學分析法和機械性能試驗法通常需要從正在運行的設備構件中獲得測試所需的材料，實際檢測往往無法實現，本次材料檢測采用綜合分析法。

e.啟閉機檢測：主要是檢測機架及各機構機械零部件的磨損、損傷、裂紋、變形、銹蝕以及密封滲漏等，對電氣設備和裝置進行檢查；運行狀況檢測主要是檢測啟閉機各機構主要零部件及安全保護裝置的功能和運行可靠性。

2 檢測結果

2.1 東溢洪道

a.東溢洪道工作閘門整體狀況完好，閘門主要構件未見損傷變形；閘門主要構件涂層完好；連接狀況和止水裝置均良好，無漏水現象發生；閘門軌道完好，未見異常；底檻完整，未見銹蝕；閘門吊耳裝置零部件齊全，未見異常。工作閘門典型檢查結果見圖1、圖2。

圖2 工作閘門迎水面銹蝕狀況

b.工作閘門的銹蝕量頻數分布、銹蝕量和銹蝕速率見表1、表2。

表1 銹蝕量的頻數分布

表2 銹蝕量和銹蝕速率分布

c.焊縫檢測表明主橫梁腹板與翼緣板T形連接焊縫、支臂腹板與翼緣板T形連接焊縫、邊梁腹板與面板T形連接焊縫、邊梁腹板與后翼緣板T形連接焊縫、吊耳板與連接板T形連接焊縫局部存在未焊透制造缺陷，但未焊透深度均沒有超過規范允許值。

d.工作閘門材料檢測主要選取左閘門縱梁后翼緣、支臂加勁板和縱梁加勁板取樣，主要構件用料為Q235(A3)，與設計圖紙一致，化學成分分析結果見表3，材料硬度及抗拉強度結果見表4。

表3 化學成分分析 單位：%

表4 材料硬度及抗拉強度結果

e.啟閉機檢測結果。設備運行維護、保養及整體狀況良好，室內環境整潔干凈；啟閉機操作運行控制功能正常，附件齊全，運行平穩。個別地方存在齒輪制造缺陷等，見圖3。

圖3 啟閉機大齒輪制造缺陷

f.啟閉力檢測結果見表5。結果表明閘門空載實測最大啟門力為157.7kN，設計水位下最大啟門力不超過205.0kN，均小于額定值，功能正常。

表5 實測應變值和啟門力

檢測結果反映出工作閘門存在的主要問題包括：?右閘門有2個側導輪的銷軸板采用鋼板點焊固定。?閘門面板迎水面距門底約100cm范圍內(閘門經常擋水區域)，老銹坑分布密集，局部區域銹坑連接成銹塘；迎水面止水連接螺栓銹跡斑斑，存在較重銹蝕，少數側止水連接螺栓銹損；閘門面板迎水面其他部位分布零星的淺銹坑，銹蝕相對較輕。?閘門主橫梁和小橫梁局部區域分布有密集的老銹坑，左閘門銹蝕狀況較右閘門相對嚴重。

東溢洪道檢修閘門完好，無明顯的損傷和變形現象；止水裝置連接情況良好；疊梁構件表面局部區域銹跡斑斑或薄銹皮脫落，但未見深銹坑。

2.2 西溢洪道

a.西溢洪道工作工作閘門狀況良好，未見損傷和變形；閘門構件涂層完好；構件之間連接完好牢固，螺栓無銹蝕；止水裝置完整，不漏水；閘門軌道和底檻完好，但底部止水壓板及連接螺栓存在部分銹蝕現象，工作閘門整體狀況見圖4。

圖4 工作閘門整體狀況

b.閘門銹蝕情況。對溢洪道左閘門進行銹蝕量檢測，共獲得檢測數據105個，通過對銹蝕量檢測數據進行整理，閘門主要構件銹蝕量頻數分布的統計結果見表6。閘門各主要構件銹蝕量和銹蝕速率的平均值見表7。

表6 工作閘門銹蝕量頻數分布

表7 銹蝕量和銹蝕速率統計

c.焊縫超聲波探傷。對左閘門進行焊縫超聲波探傷，檢測結果表明閘門各焊縫局部存在未焊透制造缺陷，未焊透深度在規范允許之內，其余焊縫狀況良好，且所有受檢焊縫均無裂紋缺陷。

d.閘門材料檢測。主要選取左閘門縱梁加勁板、上下支臂之間斜撐桿節點板和下支臂加勁板取樣，主要構件材料為碳素結構鋼Q235，與設計圖紙一致，檢測結果見表8、表9。

表8 材料檢測試樣化學成分測試結果 單位：%

表9 硬度及抗拉強度結果

續表

e.啟閉機檢測顯示整體狀況良好，具體見圖5。主要零部件完好，潤滑良好；啟閉機附屬系統齊全，啟閉機操作運行控制功能正常，運行平穩；鋼絲繩外觀良好，運行狀況正常；啟閉機開式齒輪副大、小齒輪存在齒寬方向劃痕，但深度較淺，典型的劃痕見圖6。

圖5 啟閉機整體狀況

圖6 開式齒輪副輪齒表面劃痕

f.啟閉力檢測。檢測結果見表10，結果表明空載狀況下左閘門最大啟門力為153.0kN，設計水位下左閘門最大啟門力不超過198.9kN，均小于啟閉機的額定容量。

表10 實測應變值和對應的啟門力

3 安全評價及建議

a.東溢洪道工作閘門整體狀況良好，但右側啟閉機齒輪存在1處較大的制造缺陷和卷筒預留鋼絲繩圈數不符合規范要求，建議更換右側啟閉機右開式副大齒輪，調整啟閉機卷筒預留鋼絲繩圈數；啟閉機操作控制柜無設備銘牌、開度顯示儀表數值不準確，建議補充和調整。

b.西溢洪道工作閘門整體狀況良好，主要構件未見損傷變形破舊，啟閉機無設備銘牌，建議補充。

c.東、西溢洪道都存在檢修閘門止水效果差、閘門漏水嚴重等問題，并且啟閉方式簡陋，費時費力，與水庫的整體環境和面貌不相匹配。考慮到懷柔水庫今后有可能經常在高水位運行，檢修閘門的運行工況和運行要求也將發生改變，建議更新或改造檢修閘門及啟閉設備。

4 結 語

懷柔水庫是向北京市供水的關鍵水利樞紐，本文在工程調查的基礎上，對懷柔水庫的東西溢洪道的相關金屬結構進行了檢測和分析，消除了安全隱患，確保了水庫的安全運行。依據檢測結果對水庫金屬結構進行的綜合評價，為結構改造及檢修提供了技術支撐。