超長底軸翻板閘門吊裝關鍵技術*

薛炎彬，魯麗貞，王小明，苗新峰，王曉勃

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.杭州富陽水利建設投資有限公司，浙江 杭州 311400)

0 引言

大型金屬構件安全運輸及吊裝對工程整體進度和安全都至關重要。國內許多學者對閘門吊裝過程中的場地選擇、吊裝流程和吊點確定等方面進行了相關研究[1-6]。如在黃金坪水電站溢洪道弧形門吊裝過程中，通過不斷優化吊裝工藝，降低了施工質量控制難度，有效縮短了工期，順利實現了水電站下閘蓄水目標[1]；在白鶴灘水電站泄洪洞項目中，通過對安裝關鍵工序進行高精度模擬，有效解決了泄洪洞進口弧形閘門門葉構件尺寸大、質量大和閘門安裝空間狹小等施工難題，有效指導了工程施工等[2]。

杭州市富陽區北支江上游船閘布置在水閘最右側，為一線單級船閘，閘室有效尺寸為40.0m(長度)×16.0m(寬度)×3.6m(檻上水深)；水閘采用3孔設計，每孔凈寬60.0m，總寬225.0m；水閘檻頂高程為1.500m，正常蓄水位為5.400m。水閘與船閘均采用底軸驅動式翻板閘門。為保證底軸驅動式翻板閘門的順利吊裝和施工，以北支江上游水閘船閘閘門吊裝施工為背景，通過研究超長底軸翻板閘門吊裝關鍵技術，提出1套具體高效的吊裝施工方案。

1 水閘概況

1.1 底軸

水閘翻板閘門采用底軸驅動形式，底軸材料為Q355B鋼板，外表面機加工，拐臂與底軸端面之間采用法蘭抗剪套連接成整體，跨中底軸各段之間采用焊接連接。拐臂設在底軸兩端，啟閉機通過拐臂驅動翻板閘門，啟閉設備分別布置在閘孔兩側閘墩機房內。底軸共設10個支點，用以承受徑向荷載，各支鉸點間的不均勻沉降應<5mm。采用耐磨自潤滑球面支承軸承，同時軸承兩側設防水密封。底軸穿墻孔口側與機房側各設2道防水密封，機房側水封采用可調式結構。

翻板閘門可動水啟閉靈活運行，允許門頂溢流。亞運會前閘門擋外江最高水位6.000m，亞運會后門葉頂節拆除，閘門擋外江最高水位5.400m，同時維持內河水位5.400m景觀水位時允許門頂溢流。頂節與閘門主體間采用螺栓連接，節間采用橡皮止水。水閘平面布置如圖1所示。

圖1 水閘平面布置

水閘底軸驅動翻板閘門為3套，單套底軸總長68.6m，重約322t，分為10節制造(690mm+6 740mm+10 000mm+8 000mm×4+10 000mm+6 740mm+690mm)。2件拐臂重18.369t，軸承座12件，跨中中間底軸軸承總成重12.545t，跨中閘墩側底軸軸承總成重12.545t，機房內底軸軸承總成重14.78t；2套穿墻水封結構重6.422t。最大管徑2 010mm，最重安裝管節重65t(底軸2+兩側軸承座+穿墻水封)。水閘底軸分節如圖2所示。

圖2 水閘底軸分節

1.2 門葉

門葉單孔設計外形尺寸為59 880mm(長)×1 200mm(寬)×4 550mm(高)，門葉結構由面板、帶底側止水邊梁、縱主梁、水平次梁等結構組成，采用Q355B低合金鋼材質整體拼裝焊接而成。門葉頂部有臨時擋板結構與門葉結構采用螺栓連接，亞運會期間將閘門頂高程提升至6.000m，亞運會后拆除頂部結構。門葉底部通過焊接方式與底軸連接。

制造門葉時，為減少現場焊縫，提高門葉組裝效率，在滿足運輸和安裝時拼裝、吊裝條件的情況下，將門葉分7節(2 940mm+12 000mm×4節+6 000mm+2 940mm)。分節后的單節最大外形尺寸為12 000mm×1 200mm×4 550mm，最重約為24t。門葉分節線布置及側面結構分別如圖3，4所示。

圖3 水閘門葉分節線布置

圖4 水閘門葉側面結構

2 船閘上、下閘首翻板閘門概況

2.1 底軸

底軸關節軸承為φ1 500自潤滑復合關節軸承，采用中空結構，底軸段間采用焊接連接。拐臂設在底軸兩端，門葉與底軸采用焊接連接，啟閉機通過拐臂驅動翻板閘門。底軸共設4個支點，用以承受徑向荷載，支承軸承采用耐磨自潤滑球面軸承。

翻板閘門上游設1道底水封，翻板閘門可靈活運行，允許門頂溢流。底軸驅動翻板閘門上、下閘首2套，單套底軸總長度20.2m，重約64.5t，分為4節制造。1件拐臂重16.22t，軸承座5件(閘孔內底軸軸承總成重8.347t，機房內底軸軸承總成重10.025t)，1套穿墻套管重6.5t，門體水封結構重2.957t。最大管徑1 510mm，最重安裝管節重40t(底軸2+兩側軸承座+穿墻水封)。船閘底軸分節如圖5所示。

圖5 船閘底軸分節

2.2 門葉

船閘翻板閘門門葉結構形式、材質選用、拼裝方式基本與水閘門葉相同。設計圖紙分4節，左右帶邊梁2節左右分縫(2 185mm×1 000mm×6 991mm各1節),中間節上、下2節分縫(11 200mm×1 000mm×3 550mm及11 200mm×1 000mm×3 441mm)。最大外形尺寸為11 200mm×1 000mm×3 441mm，最重約20t。

3 施工技術

3.1 底軸吊裝況場準備

3.1.1水閘

根據上游水閘底軸驅動翻板閘門布置總圖，翻板閘門底軸、門葉、液壓啟閉機均布置在水閘閘下0+010.50軸線位置處。水閘底軸單孔長68.6m，直徑2 000mm，共分10節進行安裝。底軸安裝設計底高程為-1.400m，中心高程為0.050m。上、下側分別有進入水閘底板的施工通道，擬選用200t汽車式起重機停在外江側50cm厚C25現澆鋼筋混凝土鋪蓋和檢修門鋼筋混凝土基礎處進行吊裝，起重機停放處高程為1.500m，吊裝時視線較好。水閘上、下側分別向外延伸有20m寬、50cm厚C25鋼筋混凝土鋪蓋和護坦。

3.1.2船閘

根據土建施工進度要求，結合設計及現場情況，共設計2套吊裝方案。

1)方案1 首先在2020年10月20日開始安裝上游船閘上閘首翻板閘門，船閘上閘首起重機停放在閘右0+009.75、閘下0+007、高程-0.400m平臺上。采用160t汽車式起重機進行吊裝；2020年11月1日開始安裝上游船閘下閘首翻板閘門，船閘下閘首起重機停放在閘右0+032.20—閘右0+019.50、閘下0+101.00—閘下0+091.15、高程7.000m閘墩封頂高程位置進行閘門吊裝，在此吊裝則需修建1條進場2號閘門至下閘首閘右閘墩的起重機、運輸道路，滿足60t起重機能夠直接行駛至閘墩表面吊裝位置，運輸車輛能行使至閘墩右側。

2)方案2 首先在2020年10月20日開始安裝上游下閘首船閘。船閘底軸、門葉設備進入施工現場后，船閘上閘首起重機停放在閘右0+009.75、閘下0+007、高程-0.400m平臺進行閘門吊裝，船閘下閘首起重機停放在閘右0+009.75、閘下0+075高程-0.400m平臺進行閘門吊裝。下閘首船閘吊裝時，同時要修建上、下閘首間河道擋墻，為避免因施工對閘門安裝及工期造成影響，結合設計圖紙，定制船閘上、下閘首船閘吊裝運輸路線。下閘首船閘吊裝時，混凝土澆筑至-0.400m高程時停止閘下0+046—0+069段閘左側擋墻澆筑，并處理閘左擋墻在-0.400m高程擋墻預留鋼筋，建議最長預留鋼筋長度≥1.5m，在不出現硬彎的情況下，側彎預留鋼筋，盡量降低鋼筋高度，在修建場內至閘右0+009.75、閘下0+075、高程-0.400m平臺的200t起重機及運輸貨車道路時，在擋墻兩側用土或其他物品堆墊，滿足200t起重機及運輸貨車能正常通過，方便船閘拼裝使用；上閘首安裝時，需有1條進入閘右0+009.75、閘下0+007、高程-0.400m平臺的起重機、貨車道路，方便上閘首船閘拼裝使用。

3.2 水閘底軸吊裝

以3號水閘底軸為例，底軸吊裝流程為：吊裝方案已編制并通過審批→根據吊裝方案進行技術交底→現場地面、道路障礙物清除完成→根據吊裝方案起重設備、索具準備完成→起重設備及索具就位→進行技術和安全檢查→試吊→再次進行技術和安全檢查確認后正式起吊→設備到達安裝位置就位→起重設備摘鉤移位。

3.3 吊點布置

考慮到底軸直徑2 000mm，壁厚8cm，為中空結構，因此，底軸管分節長度分別采用6 740，8 000，10 000mm，應水平吊裝底軸，采用鋼絲繩配套吊裝。

起吊時，在底軸管兩端根據底軸出場時標定的吊點位置，采用鋼絲繩兜底起吊，確保底軸水平起吊和吊裝安全。根據現場安裝實際情況，兩端吊點具體位置向中心位移進行適當調整，減小吊裝幅度以增加安全系數。吊帶與底軸管接觸部位利用棉布、橡皮或設置擋塊防滑保護，防止損傷底軸加工面。以底軸2為例，吊點布置如6所示。

圖6 底軸2吊點布置

3.4 底軸管節吊裝方案(以底軸2為例)

根據土建施工進度要求，結合設計及現場情況，共設計2套吊裝方案，綜合考慮經濟及安全因素，經過反復比選后，最終確定方案如下。

200t汽車式起重機車頭朝向上游方向且停在外江側鋪蓋和檢修門基礎底板上，閘室(上游向下游方向)左側，距側墻6m。下游側2只起重支腿落在檢修門底板上(底板為6.4m厚C30鋼筋混凝土結構，承載力達20.1N/mm2)，支腿中心距基坑邊架1.8m，上游側2只起重支腿落在鋪蓋上(鋪蓋為50cm厚C25鋼筋混凝土結構，承載力達16.7N/mm2)。汽車式起重機旋轉中心里程為0+003.5，高程為1.500m。支腿打開，支撐點利用1.5m×1.5m×0.2m基礎板鋪墊，控制作業半徑在10m范圍內。

底軸2由運輸車輛運至汽車式起重機右側，距起重機2m處斜停(底軸2保持與汽車式起重機旋轉中心在90°～130°)。調整好主臂高度和仰角，在空鉤時對起吊點、旋轉方向和路徑、底軸管節安裝位置做模擬試吊，再次檢查吊裝吊距、吊高及路徑是否滿足吊裝要求。保持起重臂角度不變，固定好底軸預設吊點緩慢起吊，將底軸管起吊20～30cm后停止起升，檢查起重機運行狀況正常且底軸2起高1.5m后，運輸車輛駛離停車位置，汽車式起重機鋼絲繩旋轉吊臂或運輸車輛駛離將底軸管卸車降至距地面50cm高度，重點檢查汽車式起重機支腿基礎，同時施工人員應密切注意起吊全部過程，發現危險情況立即報告，所有人員必須立即停止全部作業，檢查處理危險情況，排除后方可繼續工作。

汽車式起重機將底軸2下落至距地面50cm，緩慢旋轉主吊臂至基坑上方，旋轉速度≤2m/min，下放鋼絲繩、調整起重臂角度，底軸2落至距基坑基礎50cm高度位置。調整主臂過程中，注意觀察各支腿及地面受力情況及采取的輔助措施有無變化，嚴禁增大幅度。由安裝人員(站立位置不得在起重臂及其工作方向)使用遠拉近推方式將底軸2擺正，底軸管2軸線與基礎軸線基本一致。勻速下落主鉤，垂放速度≤1m/min，直到底軸管落在基坑內預埋的底軸基礎板上。緩慢轉移受力調整位置，確認無誤后摘掉汽車式起重機主鉤。此時起重機停放位置高程為1.500m，里程0+003.5，閘內底板高程為-1.400m，底軸管安裝中心高程為0.050m，底軸管里程0+010.50。

底軸2在穿越一期埋件M8墻體安裝時，起重機起吊底軸2離地30cm，調整底軸2與M8預埋管相應軸線位置，緩慢旋轉起重機主吊臂，將機房內軸承座段穿入預留孔，同時注意觀察預留孔四周間隙情況，避免發生碰撞。即將觸碰到鋼絲繩時，將底軸降落至地面，調整鋼絲繩捆綁位置，在機房內側底軸管穿過墻體后，必要時可采用100t起重機提升底軸管輔助吊裝，保證底軸管快速安裝就位和作業安全。

3.5 底軸、門葉安裝順序

3.5.1水閘

1)底軸安裝順序為：2號孔→3號孔→1號孔。單孔底軸拼裝順序從兩端向中間進行，順序為：底軸2→底軸3→底軸4→底軸5→底軸6→底軸7→底軸8→底軸9，底軸1，2拐臂和底軸10，9拐臂均采用法蘭孔(抗剪套)連接。

2)門葉安裝順序為：先將底側水封及側水封橡皮墊安裝在兩側門葉結構上，首先安裝一側定位節門葉M6(長2 940mm)，后依次安裝中間節M4→M2→M1→M3(長12 000mm)→M5(長6 000mm)，最后組裝另一側止水節門葉M7(長2 940mm)。將門葉結構累積誤差及熱脹冷縮變化放在最后一節的單元節上，利用止水側調整量來調整，也有利于各單元門葉結合面的結合。待所有門葉結構與底軸焊接完成后，再將弧板結構與門葉和底軸焊接。

3.5.2船閘

1)底軸安裝順序為：底軸2→底軸3→底軸4，底軸1與底軸2拐臂采用法蘭式連接。

2)門葉安裝順序為：先將底側水封及側水封橡皮墊安裝在兩側門葉結構上，先安裝一側定位節門葉M1(長2 185mm)，依次安裝中間節M4→M3(長11 200mm)，最后組裝另一側止水節門葉M2(長2 185mm)。

3.6 大件吊裝工程危害辨識、評價控制措施

為保證大件設備安裝工程零事故目標的實現，針對工程特點對施工中的危害因素進行辨識，特制訂控制措施以保證工程順利完工，如表1所示。

表1 大件吊裝工程危害辨識、評價控制措施

4 結語

北支江上游水閘翻板閘門采用底軸驅動形式，底軸為φ2 000自潤滑復合關節軸承，采用中空結構，由Q355B鋼板卷制焊接而成，超長底軸翻板閘門吊裝的施工和質量控制難度均較大。通過采取管節分段運輸、吊裝方案優選等措施，實現了對吊裝質量的精準控制，使工程得以順利完工，有效縮短了吊裝時間。