水利樞紐發電洞進水口雙向門機安裝與試驗

李澤同

(水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 問題的提出

G水利樞紐工程是新疆葉城縣提孜那莆河流域上游的控制性水利工程，發揮著防洪、灌溉和發電等重要的工程任務。其水屬于為Ⅲ等水利工程，總庫容0.927×108m3，水電站總裝機容為26MW，年年發電量均值0.777×108kW·h。該水利樞紐工程主要包括擋水壩、溢洪道、泄洪沖沙洞、發電引水系統及閘房等主輔水工建筑物。其中，擋水大壩主要為瀝青混凝土心墻壩，壩高最大達75.0m。在發電洞進口布置了1臺2×250kN雙向門式啟閉機，安裝高程1896.80m。用于操作發電洞主、副攔污柵，利用設置的全跨液壓抓斗兼顧進行柵前清污。雙向門機主要有大車行走機構、門架、起升小車、電力拖動及控制設備、軌道裝置以及其它必要的附屬設備等組成。

該水利樞紐工程發電洞進水口空間位置較為狹小，且受地理環境影響，工程區域內自然風力大，雙向門機大件吊裝過程存在較大的安裝難度，為保證安裝質量，必須加強門機吊裝過程控制、門腿防風加固及安全保障。

2 安裝技術及質量控制

2.1 大車行走機構及軌道安裝

待完成大車軌道吊裝后測放出上下游軌道面高程控制點和軌道中心線，并按照設計要求焊接好軌道兩端線架，將0.5mm鋼絲掛上后拉緊，使其在軌道面投影重合于軌道中心線；按照50cm間隔在軌道中心線上找出斷面中心點并標記，據此進行軌道調整。對于所存在的軌道中心線偏差以及高程偏差主要借助千斤頂以及千斤頂+壓板螺栓的方式進行優化調整及偏差控制，測量結果達到設計要求后加固焊接[1]。

該水利樞紐工程發電洞進水口雙向門機運行軌道安裝的設計軌距為8.0m，具體安裝位置位于發-19.20m以及發-11.20m的兩條軸線處，軌面安裝高程1896.80m，安裝前必須根據設計要求矯正軌道，將其正側面縱向垂直度誤差均控制在1/1500以內，并使軌道兩端處于一條平面線上，其余安裝偏差控制要求具體見表1。

表1 門機運行軌道安裝偏差要求

發電洞進水口雙向門機大車運行機構由4套車輪組組成，且兩兩對稱布置，每套車輪組均包括2個車輪。在開始吊裝行走系統前，必須進行軌道面吊裝點的測放以確定出門機車輪組具體的安裝線，再通過80t汽車吊將4套車輪組全部吊裝在軌道之上，將下橫梁吊裝至車輪組上后將全部螺栓擰緊至設計力矩的30%，再調平下橫梁后擰緊全部螺栓，并按設計要求調平、墊穩處理后進行穩定性和傾斜偏差的檢測[2]。行走機構安裝偏差檢測要求具體見表2。待完成檢測后以手動方式夾緊夾軌器，并采用槽鋼和角鐵加固車輪組側面。

表2 行走機構安裝偏差要求

2.2 門架安裝

雙向門機門架采用箱型焊接形式連接，具體而言，機架主梁和門腿焊接，上部梁體接頭、中橫梁以及支腿等部位全部通過高強度螺栓實施連接，而對于下橫梁和支腿等結構則只需采用普通螺栓進行連接即可。

在正式起吊雙向門機門架支腿結構施工前，先把上游側門支腿和中橫梁在發電洞右側平臺進行組裝，再利用80t 汽車吊將上游側組合裝體插裝進下橫梁結構上所預先設定的限位塊內，同時按照設計要求安裝連接螺栓。在施作以上操作工作時每個支腿上下側分別采用φ159mm鋼管制成的可調節臨時拉桿和纜風繩固定。為保證吊裝施工質量及安全，應調整門腿上部開襠尺寸，并在每個門腿設計位置系掛固定纜繩。門腿上下游側及左右兩側實際受力情況具體見圖1。在支腿頂部端板上分好中心線， 支腿安裝支撐完畢， 多次、仔細調整支腿上、下游之間的中心距，用全站儀測量支腿的幾何尺寸，符合要求方可進行下一步。下游側門支腿、中橫梁、下橫梁安裝和上游側安裝方法一致。

(a)門腿上下游側受力情況

(b)門腿左右側受力情況圖1 門腿實際受力情況

在閘井平臺處，將主梁和端梁拼裝成整體，稱為上部結構。在吊裝上部結構時，在上部結構以下2.5 米處搭設臨時焊接行走平臺，并做好防護，以便上部機構安裝。上部結構(含小車軌道)總重量為13.03t，為吊裝最重部件，因此，根據上部結構重量和吊車站車位置，選用80t 汽車吊完成此次吊裝任務。查80t 吊車性能參數，在吊車回轉半徑9.5m，主臂伸長30m，最大起升高度為28.4m，最大起吊重量15.7t，滿足吊裝要求。為確保施工過程及質量，在正式施工前必須試吊，將上部結構吊起并與地面距離達到20cm 后暫停起吊過程，并同時進行上部結構傾斜度測量、穩定程度檢查。試吊過程和結果若完全符合設計要求，則可進行正式吊裝過程。

3 雙向門機性能試驗

3.1 負荷試驗

在進行雙向門機負荷試驗前，必須全面檢查門機安裝及電氣線路通電等情況，確保結構正確、回路可靠，并預測試驗中可能出現的事故，事先提出可行的預防策略及應對方案。通常情況下，雙向門機負荷試驗采用制作臨時鋼平臺并堆放配重塊的方式展開，而本工程因現場施工條件所限，不進行臨時平臺制作，而主要采用借助鋼絲繩直接起吊毛料鋼筋等操作技術實施負荷試驗[3]。起重鋼絲繩規格為φ60.5mm，6×37mm麻芯，長度為9000mm，并在各吊裝端頭分別纏繞2圈，上部通過繩卡卡死。按照起重量設計值的125%進行超負荷試驗，并同時將負荷試驗的安全系數控制在4.0左右。

3.2 空載試驗

空載試驗開始前手動轉動制動輪，等最后1根轉動軸轉動一周且其余轉動機構均運轉平穩、無卡頓，且卷筒與滑輪上鋼絲繩纏繞正確的情況下可展開空載試驗。具體試驗項目包括：按照20min的時間間隔，起升機構在行程內連續升降3次、行走機構沿軌道全長往返3次。

3.3 靜載試驗

為檢驗雙向門機各部件和金屬結構的承載能力，在空載試驗通過的基礎上，對雙向門機進行靜載試驗。

首次起吊按照額定載荷量的50%進行，二次起吊按照額定載荷量的60%-70%進行，最后按照額定載荷量起吊，在軌道全長上來回循環往復，并通過全面檢查以保證雙向門機工作性能完全符合設計及相關規范。按照設計卸荷要求逐漸將雙向門機結構上所施加的荷載卸除，此后便將小車分別停置于主梁跨中以及懸臂端兩個區域；確定出測量基準點后分階段逐步起升1.25倍額定荷載，離地面100-200mm，停留≥10min。然后卸去荷載，檢查門機起重機是否有永久變形。如此重復3次，橋架不應發生永久變行。如果在以上試驗過程中未出現裂紋、變形、油漆剝落、門機損壞、連接處松動等問題，則認為靜載試驗合格。

3.4 動載試驗

通過起升機構起吊額定起升載荷1.1倍的的載荷量后進行重復性的起動、運轉等操作，累計開動時間控制在1h以內。同時，還應按照額定行走載荷的1.1倍進行動載荷試驗，并應根據電動機接電持續率預留操作時間，并將試驗速度等參數嚴格限制在門機正常運行范圍內?；剞D吊起升機構和回轉機構分別按額定起升載荷及額定回轉載荷的1.1倍進行載荷試驗。在以上動載試驗中檢查門機機構運行狀態、潤滑部位實際潤滑情況、電氣元件運行情況、機構靈敏度及性能可靠性、限位開關、安保連鎖裝置、防爬裝置等性能的可靠性，以及各部件是否發生裂紋及損害。

3.5 負荷試驗配重方案

在安裝間制作吊物、排架，在排架上放置符合起重試驗所需重量的相應重物的配重方案進行雙向門機負荷試驗。

100%動態載荷試驗為25t；

125%靜態載荷試驗為31.25t；

110%動態載荷試驗為27.5t。

4 結 論

G水利樞紐工程發電洞進水口雙向門機安裝工作于2021年1月底開始，3月27日結束安裝。因為施工環境及地理條件的限制以及所采取的施工技術水平的制約，本次水利樞紐工程發電洞進水口雙向門機安裝施工過程技術難度較大，該工程由于承擔著防洪、灌溉和發電等工程任務，故對施工質量、運行效果等方面存在較高要求，原施工方案無法滿足以上要求，故而項目管理方對原施工方案進行了合理調整和優化，以保證雙向門機安裝質量及運行效果。該水利樞紐工程發電洞進水口雙向門機安裝結束后調試驗收一次性通過，且安裝單元工程全部倍評定為優良，為整個水利樞紐工程的順利運行提供了保證。