淺談岷江犍為航電樞紐工程船閘人字門安裝技術(shù)

曾 競，許 可

(中國水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1 工程概況

岷江犍為航電樞紐工程是岷江(樂山至宜賓)162km河段航電梯級規(guī)劃的第三級，是以航運(yùn)為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧供水、灌溉的水資源綜合利用工程。犍為航電樞紐工程的船閘按Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可通過1000t級船舶，閘室有效尺度為220m×34m×4.5m(有效長度×高度×門檻水深)，水級19m。犍為航電樞紐要求施工期不斷航，在船閘施工期由臨時(shí)航道通航，在臨時(shí)航道斷航前須完成船閘全部工作，以保證通航條件。

犍為航電工程船閘上閘首、下閘首工作門均選用人字閘門。人字閘門采用平板橫梁式閘門，橫梁基本按等水壓力布置，材料選用Q345B。上閘門高16.45m，厚3.016m；下閘門高25.00m，厚3.022m。上下閘門門寬均為20.2m。人字門其門扇軸線與閘室橫軸線夾角為22.5°。門葉兩端邊截面段即門軸柱與斜接柱，其作用是將水壓荷載通過支枕墊傳遞到閘墻上或另一扇門上。

本船閘采用與門高通長的連續(xù)式支、枕墊座，使支、枕墊座的應(yīng)力減小、閘門受力均勻，同時(shí)還利用通長的支、枕墊座形成剛性中、側(cè)止水。支、枕墊座材料采用鍛不銹鋼0Cr19Ni9N，與三峽船閘相同。頂樞通過兩根交叉布置的拉桿與預(yù)埋的拉架連接，頂樞軸套采用進(jìn)口銅基鑲嵌自潤滑軸套，頂樞采用鍥形柱調(diào)整機(jī)構(gòu)對頂樞中心進(jìn)行微調(diào)。座樞采用蘑菇頭面堆焊不銹鋼，進(jìn)口銅基鑲嵌自潤滑球面軸瓦。根據(jù)制造、安裝的具體條件，上閘人字門、門葉結(jié)構(gòu)分成六節(jié)，下閘人字門門葉結(jié)構(gòu)分成九節(jié)，在現(xiàn)場豎立拼裝成整體。

2 船閘人字門的安裝工藝

主要施工程序：安裝前測量放點(diǎn)→埋件及底樞安裝→門葉吊裝拼焊→頂樞安裝→背拉桿安裝調(diào)整→門葉跳動(dòng)值調(diào)整→支枕墊塊安裝→支枕墊塊環(huán)氧墊料澆注→底止水安裝→其他附件安裝→無水調(diào)試→有水調(diào)試→驗(yàn)收

2.1 門葉吊裝方案優(yōu)化

門葉單節(jié)重87t，選取260t起重機(jī)。

方案一：在閘頂布置起重機(jī)，閘門由場內(nèi)道路運(yùn)輸至閘頂，卸車后吊裝至閘室底部進(jìn)行拼裝。此方案優(yōu)點(diǎn)：大型設(shè)備不需要進(jìn)至閘室底部，不需要修建進(jìn)閘室的臨時(shí)道路(上引航道還未施工)，對上引航道土建施工不影響。缺點(diǎn)：閘頂布置起重機(jī)會影響啟閉機(jī)房及控制樓的施工(啟閉機(jī)房和控制樓還未施工)；只能單側(cè)人字門吊裝完成后轉(zhuǎn)至另一側(cè)，對工期影響較大，否則需同時(shí)布置兩臺起重機(jī)，起重機(jī)使用效率較低，成本高。

方案二：在閘底布置起重機(jī)，閘門經(jīng)場內(nèi)道路運(yùn)輸至閘底板，卸車后吊裝至安裝位拼裝。此方案優(yōu)點(diǎn)：一臺起重機(jī)可兼顧兩側(cè)人字門同時(shí)安裝，對閘門安裝工期影響較小，成本相對較小；不影響啟閉機(jī)房及控制樓的土建施工。缺點(diǎn)：需修建臨時(shí)道路至閘底板；對上引航道底板施工影響較大，但不致影響總工期。

經(jīng)過比較，最終選擇方案二，以保證主體工程工期。

2.2 安裝控制點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)置

人字門安裝最重要基準(zhǔn)點(diǎn)為底、頂樞旋轉(zhuǎn)中心，頂、底樞旋轉(zhuǎn)中心線的鉛垂度是關(guān)系到門葉安裝完成后開關(guān)質(zhì)量的關(guān)鍵，且門葉安裝后底樞中心點(diǎn)無法再進(jìn)行測量，只能通過其他控制點(diǎn)復(fù)核人字門頂、底樞中心的鉛垂度。因此，在底樞安裝前進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)尤為重要。

在左右兩側(cè)閘底分別做一條通過底樞中心并行于閘室中心線的兩條線AB和CD，再做一條同時(shí)通過兩側(cè)底樞中心的一條線EF，并將該三條線分別投影至閘頂，在閘頂三條線上任取一點(diǎn)做好標(biāo)記，作為底、頂樞中心控制線。同時(shí)測量出門葉合力線MZ、NZ。見圖1。

圖1 人字門安裝放樣控制線

2.3 底樞埋件的安裝

底樞埋件的安裝包括底座、墊板的安裝，吊裝前在安裝位置預(yù)先設(shè)置托架，托架頂部高程比底座底面高程低2mm～3mm，把底座精加工面用汽油清洗干凈后分出旋轉(zhuǎn)中心線和門葉的合力線，將底座吊于托架上，調(diào)整底座的中心、高程和角度，其中心控制偏差小于2mm，水平度偏差控制在1/1000以內(nèi)[1-2]，調(diào)整合力線與放樣線重合。

2.4 門葉安裝位置優(yōu)化

門葉拼裝布置在與全開成一定夾角位置豎立進(jìn)行，通常情況下一般人字門拼裝時(shí)與閘墻的夾角為12°[3]。但犍為船閘人字門葉寬度為20.2m，若按12°夾角布置，面板靠斜接端離閘墻距離達(dá)4.1m，相應(yīng)的加固材料較長，剛性不夠，安全性降低。為解決該問題，經(jīng)過模擬計(jì)算，充分考慮到門葉背側(cè)作業(yè)空間以及水平方向的加固因素，最終確定在與全開成3°夾角布置，面板離閘墻最小距離800mm，最大1500mm，門葉拼裝過程的操作空間和加固長度均較為合理。見圖2。

圖2 人字門安裝布置示意

2.5 門葉拼裝

2.5.1 拼裝前準(zhǔn)備工作

打磨清理干凈底樞座板，將月牙墊板先基本就位，將蘑菇頭按編號吊裝置于墊板上，用千斤頂調(diào)整墊板將蘑菇頭卡死，最后壓緊墊板螺絲。吊裝過程中需注意保護(hù)蘑菇頭表面不被碰擦損壞。

將預(yù)先準(zhǔn)備的墊梁、鋼支墩、墊塊、楔子及100t千斤頂?shù)戎С虚T體的設(shè)備沿3°安裝軸線垂直方向擺好。每扇門葉布置4個(gè)鋼支撐，對應(yīng)于底節(jié)門葉主梁下部專用頂門部位。

2.5.2 門葉安裝及質(zhì)量控制

(1)門葉吊裝采用260t履帶吊作為主吊，100t汽車吊配合門葉進(jìn)行空中翻身。吊裝時(shí)門葉底樞側(cè)用手拉葫蘆調(diào)整門葉的水平度，以防止下落過程中與蘑菇頭發(fā)生碰撞。

(2)門葉吊裝到位前1.5m左右拆除底樞頂蓋上的保護(hù)措施，并對正底樞中心；門葉下降至到位前100mm左右時(shí)，檢查球瓦與蘑菇頭的周邊間隙，進(jìn)一步校對中心，確保對位準(zhǔn)確；進(jìn)一步緩慢下降門葉使球瓦與蘑菇頭周邊間隙5mm左右時(shí)將斜接柱側(cè)兩臺千斤頂升起，頂住門葉后與門葉一起下降，門葉就位后形成三點(diǎn)支承狀態(tài)。下落過程中隨時(shí)檢查軸瓦底部密封圈，以防損壞。

(3)底節(jié)門葉就位后，在門軸柱端板，斜接柱端板和門葉正面中心線位置用鋼琴線懸掛重錘檢查門葉的垂直度，利用水準(zhǔn)儀檢查底橫梁水平度。為防止門葉在調(diào)整過程中球瓦與蘑菇頭出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，門軸柱側(cè)2個(gè)千斤頂先不使用，通過調(diào)整斜接柱端千斤頂，使底節(jié)門葉垂直滿足要求，且斜接柱端比門軸柱端的水平高1mm～2mm后，再將門軸柱側(cè)2個(gè)千斤頂頂起以剛接觸至門葉受力為宜，保證門葉由5點(diǎn)整體均勻受力(4個(gè)千斤頂加底樞)。

(4)底節(jié)門葉調(diào)整合格后，門葉底部4個(gè)支撐千斤頂旁利用鋼板及楔塊墊緊，各支撐楔子塊要求基本均勻受力，且滿足球瓦與蘑菇頭不脫離，并能使千斤頂承受部分荷載。

(5)其他分節(jié)門葉按編號順序吊裝，單節(jié)調(diào)整垂直度，焊縫焊接，探傷檢查及加固結(jié)束后，再用同樣的方法進(jìn)行下一節(jié)門葉安裝。

2.6 門葉的焊接變形控制

由于門葉尺寸大，在廠內(nèi)采取分節(jié)制造，在現(xiàn)場豎立拼裝焊接。但人字門上下游的結(jié)構(gòu)不對稱，且厚板多，焊接通常采用手工焊，焊接量大，門葉焊接變形控制困難。且分節(jié)門葉在運(yùn)輸、吊裝焊接過程中易產(chǎn)生變形難以恢復(fù)制造組對時(shí)的情況，這些變形需要靠安裝焊接過程中來予以消除，更加劇了變形控制的難度[4]。因此，在綜合分析后確定采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行門葉焊接，其原因有：①CO2焊接速度快，效率高，焊接變形較小；②CO2焊接技術(shù)發(fā)展已比較成熟，可進(jìn)行全位置焊接，焊接質(zhì)量能夠得到保證。正式焊接過程中，嚴(yán)格控制焊接順序，根據(jù)焊接工藝評定制定焊接參數(shù)，加強(qiáng)焊接監(jiān)控，控制焊接變形。

焊接變形控制措施：

(1)預(yù)留反變形。門葉面板側(cè)比后翼緣側(cè)焊縫更多，焊接的收縮更大，焊接后有向面板側(cè)傾斜變形的趨勢。在拼裝時(shí)向后翼緣側(cè)預(yù)留反變形，以每節(jié)門葉高3.5m計(jì)算，反變形數(shù)值約2mm～3mm，且在第一節(jié)門葉焊接變形后再根據(jù)實(shí)際變形情況進(jìn)行調(diào)整。

(2)焊接順序：焊接變形控制的重點(diǎn)是人字門斜接柱、門軸柱正向、側(cè)向直線度。具體門葉分段接縫焊接順序及工位布置：承插口立縫→兩側(cè)端板縫→推力隔板→端隔板→端柱下游翼板→隔板后翼板→中間隔板→面板。

(3)焊接監(jiān)控。焊接過程中，設(shè)專人監(jiān)視檢測門體變形。門軸柱鈄接柱中心各掛兩個(gè)重錘，焊接過程中一旦發(fā)現(xiàn)焊接變形較大，應(yīng)停止施焊，及時(shí)采取局部調(diào)整焊接順序或刨除局部焊縫重新施焊等措施來減小變形，刨削次數(shù)不宜超過2次。每兩節(jié)焊接流程結(jié)束，待焊縫冷卻后進(jìn)行測量。并與組裝時(shí)的測量結(jié)果做比較，若變形較大，需調(diào)整工序。

2.7 拉架及頂樞的安裝

(1)門葉安裝完成后根據(jù)控制點(diǎn)測出頂樞中心，自制移動(dòng)式鏜孔機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場鏜孔。

(2)根據(jù)門體拼裝后的耳板中心實(shí)際高程確定A、B拉架實(shí)際安裝高程。

(3)以頂樞旋轉(zhuǎn)中心測量放出A、B拉架的樁號及軸線控制點(diǎn)，并利用該控制點(diǎn)先布置臨時(shí)支撐托架，將拉架吊裝就位調(diào)整合格后加固。

(4)拉架安裝完成后澆注二期混凝土，待二期混凝土14d強(qiáng)度后安裝頂樞拉桿及頂樞軸。

(5)頂樞A、B桿設(shè)計(jì)為焊接整體，但由于焊接后幾何尺寸過大，導(dǎo)致安裝困難，因此調(diào)整順序，先將A、B桿分別安裝完成，頂樞軸安裝就位合格后再進(jìn)行A、B桿的焊接。焊接程序嚴(yán)格按規(guī)范及工藝評定進(jìn)行。

2.8 背拉桿的安裝及預(yù)應(yīng)力調(diào)整

背拉桿的安裝與頂樞同步進(jìn)行，預(yù)應(yīng)力調(diào)整在人字門頂樞安裝完之后，頂、底樞具備承載條件后進(jìn)行。

(1)以門體中心線(豎向)沿底、頂主梁中心線為基準(zhǔn)找出組裝的正確位置加以組裝。

(2)背拉桿的調(diào)試：施加預(yù)應(yīng)力采取專用工裝和千斤頂進(jìn)行。在調(diào)節(jié)螺母端頭安裝調(diào)節(jié)工裝，并配套千斤頂進(jìn)行拉桿的應(yīng)力調(diào)整。施加預(yù)應(yīng)力前，將應(yīng)變片分別粘貼在背拉桿表面上，采用靜態(tài)測試儀和動(dòng)態(tài)測試儀測量其預(yù)應(yīng)力。背拉桿焊接完后，同時(shí)收緊上、下層背拉桿調(diào)節(jié)螺母，根據(jù)應(yīng)力檢測的情況和斜接柱的垂直度，決定每根背拉桿的收緊量，使各桿應(yīng)力盡量接近，而且斜接柱處無旁彎。反復(fù)上述應(yīng)力調(diào)節(jié)過程，使門體斜接柱鉛垂誤差控制在±2mm，背拉桿的應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.9 門葉跳動(dòng)值調(diào)整

門體跳動(dòng)量是反應(yīng)頂、底樞中心線的鉛垂度，背拉桿調(diào)整完畢后，將門葉與啟閉機(jī)進(jìn)行聯(lián)接，開關(guān)閘門，使門體在全開位與全關(guān)位之間每旋轉(zhuǎn)10°停一次，通過水準(zhǔn)儀檢測斜接柱端任一點(diǎn)跳動(dòng)量值，根據(jù)跳動(dòng)量數(shù)值來分析頂樞中心與底樞中心的鉛垂度偏差，再通過調(diào)節(jié)頂樞A或B拉桿以達(dá)到頂、底樞鉛垂度不大于1mm。調(diào)節(jié)A、B桿是通過拉架上的調(diào)整楔塊，在調(diào)整前先將門葉斜接柱端底部用200t千斤頂進(jìn)行頂升2mm～3mm，再開始楔塊的調(diào)整。調(diào)整最終結(jié)果測量使門葉斜接柱端任一點(diǎn)跳動(dòng)量值不大于1mm。

2.10 支、枕墊塊的安裝精度控制

因支枕墊兼作止水，設(shè)計(jì)支枕墊分塊尺寸較長，最長件達(dá)4m，在廠內(nèi)加工時(shí)發(fā)現(xiàn)極易產(chǎn)生變形。因此，在安裝前先預(yù)組裝，檢查在運(yùn)輸、裝卸過程中是否變形，對變形及時(shí)處理，避免安裝后發(fā)現(xiàn)再處理影響施工進(jìn)度。

支枕墊塊在頂樞安裝前先進(jìn)行掛裝，否則在頂樞安裝后吊裝就位較為困難。在頂樞，背拉桿安裝完后，門體基本無變形的情況下再精調(diào)支、枕墊塊。

門葉關(guān)到全關(guān)位，在支、枕座頂部放出合力線，調(diào)整支、枕墊塊的中心線與支、枕座的合力線重合，如有偏差通過調(diào)節(jié)支、枕座上的側(cè)向六角調(diào)節(jié)螺栓，任何方向的偏移值不應(yīng)大于2mm。用塞尺檢查相鄰兩塊支、枕墊塊的端面間隙不大于0.1mm；支、枕墊塊間局部間隙不得大于0.1mm，其累計(jì)長度不應(yīng)超過單個(gè)支、枕墊塊長度的10%。用塞尺檢查支、枕墊塊接觸線距邊緣的數(shù)值應(yīng)相同，確保合力線在支枕墊塊的中心線上。

2.11 支枕墊塊環(huán)氧填料澆注

支枕墊塊精調(diào)完成后開始支枕墊塊環(huán)氧填料澆注。將門葉處于全關(guān)位置，每條支承條自下而上分段澆注，填料采用CT-2型環(huán)氧樹脂填料，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)120MPa以上[5]。澆注順序：先枕墊和支墊，先門軸柱后斜接柱，每段澆注高度不超過2m。

3 結(jié)語

犍為航電樞紐船閘人字門是目前西南地區(qū)最大的人字門，因要求在施工期不斷航，且對施工工期有要求，通過對吊裝方案的優(yōu)化、焊接質(zhì)量控制、支枕墊調(diào)整等關(guān)鍵工序入手，使人字門安裝工期比傳統(tǒng)安裝工期縮短3個(gè)月。通過犍為人字門的安裝證明，各項(xiàng)工藝可靠、安全，針對上述施工難點(diǎn)問題的優(yōu)化施工工藝合理有效，各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)優(yōu)良。從投運(yùn)至今，船閘人字門運(yùn)行情況良好，為岷江流域的通航發(fā)揮了巨大的效益。