蘆潮港水閘弧形鋼閘門與啟閉機質量檢測及卡阻原因分析

王海斌

弧形鋼閘門與液壓啟閉機廣泛應用于我國水利工程建設中，浦東蘆潮港節制閘弧形鋼閘門及液壓啟閉機運行時，閘門卡阻并伴有異常聲響，影響工程運行安全。本文通過“三檢測，一排查”，對既有工程弧形閘門支臂鉸軸同軸度檢測方法進行創新，科學分析產生卡阻的原因，為加固處理提供依據，供類似閘門情況參考。

一、工程概況

蘆潮港水閘地處上海市浦東新區臨港新城，位于長江口和杭州灣交匯處，屬于一線海塘水閘，其功能集擋潮、擋咸、排澇為一體，是南匯區沿杭州灣的重要排澇口門。水閘規模為總凈寬3×12m，采用3孔內外雙道弧形門，配套液壓啟閉機，閘門設備啟閉采用雙吊點集成式液壓啟閉機，啟門力為2×1000kN，液壓桿通過旋轉支架帶動弧門進行啟閉操作。該啟閉機通過一套液壓系統控制，系統每次最多控制1扇閘門啟閉，液壓啟閉機房布置于工作橋橋面下。

該閘2018年6月建成投入運行以來，外河主閘門與內河應急閘門啟閉均出現卡阻與異常聲響，為找到產生原因，為加固設計、消除隱患提供科學依據，對閘門啟閉機進行了針對性檢測與分析。

二、檢測內容

引起閘門運行卡阻的因素比較多，主要有以下幾種：第一種因素是埋件安裝偏差大，造成孔口局部寬度變小，閘門運行時會出現卡阻，并在止水橡皮與埋件接觸處產生異常聲響；第二種因素是支臂或支鉸軸孔同軸度安裝偏差較大，閘門運行兩側受力不均，閘門卡阻并在支鉸與軸連接處發出異常聲音；第三種因素是液壓啟閉機油缸加油時排氣不完全，閘門兩側給力不均勻，引起卡阻并在軸承處產生異常聲響；第四種因素是閘門變形較大、扭曲，引起卡阻并在鉸軸處產生聲響。

結合本工程實際情況，依據《水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術規程》（SL 101-2014）（以下簡稱《規程》）相關技術規定，制訂了“三檢測，一排查”檢測技術方案，即通過閘門外觀與現狀檢測、啟閉力檢測及軸孔安裝偏差檢測，以及啟閉機液壓缸加油時的排氣情況調查與排查，綜合分析閘門啟閉機運行時卡阻原因。

（一）外觀與現狀檢測

《規程》規定，外觀與現狀檢測包括閘門外觀與啟閉機現狀檢測，檢測時要詳細了解閘門和啟閉機制造安裝竣工驗收情況，重大缺陷處理情況，運行、維修、保養情況和運行中曾出現的其他情況等；對閘門和啟閉機制造安裝存在缺陷部位或零部件、運行時曾發現異常的部位或零部件進行重點檢測，確定閘門啟閉機聯合運行異常現象產生的部位，為后面針對性檢測與分析提供依據。

經檢測，該工程閘門無異常變形、扭曲現象，啟閉機現狀良好，活塞桿無異常變形，液壓系統狀態良好，油缸加油時反復排氣，排除閘門啟閉機因變形或液壓系統等原因引起閘門卡阻。

（二）啟閉力檢測

啟閉力檢測可采用直接檢測法或間接檢測法。直接檢測法是采用測力計或拉壓傳感器直接測量啟閉力，間接檢測法是采用動態應力檢測系統，測量吊桿、傳動軸的應力，再經換算得到閘門啟閉力，對于液壓啟閉機也可以通過測量液壓缸體的油壓間接得到啟閉力。

該閘液壓啟閉機缸體及附近管道不具備安裝油壓表條件，油壓法無法檢測。考慮到該閘啟閉機與閘門通過拉桿相連，采用應變片法檢測拉桿應力，乘以拉桿截面積，就是檢測閘門的啟閉力。

測量時為了減少偶然誤差，確保粘貼的應變片與吊桿完全平行，同一截面粘貼3個應變片，3個應力片應力結果差值小于10%，即認為應變片粘貼正確，取其最大值為代表值。如果3個應力片應力差值較大，應分析數據離散性的原因，重新粘貼應變片復測。

本工程啟閉力檢測結果見表1。

表1 閘門啟閉力檢測結果表

結合圖1、圖2時程曲線可知，閘門啟閉過程中左、右拉桿受力時程曲線相似性差，同一時間點，兩側拉桿力值差較大，進一步量化了閘門運行時的卡阻程度。

圖1 3#主閘門啟閉過程左右拉桿時程曲線圖

圖2 3#應急閘門啟閉過程左右拉桿時程曲線圖

（三）軸孔安裝偏差檢測

為了保證閘門運行平穩、無卡阻，《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗收規范》（GB/T 14173-2018）（以下簡稱《規范》）第8.3條款規定，弧形閘門鉸座中心對孔口中心線距離安裝偏差應控制在1.5mm以內，鉸座高程、里程安裝偏差應控制在2mm以內，鉸座軸孔傾斜度應小于等于千分之一，軸孔同軸度偏差應在1mm之內。前三個參數檢測，需要借助于水閘施工過程中的孔口中心線或安裝基線，該工程已運行多年，孔口中心線及安裝基線無法放樣或重現，現無法直接測量；鉸座軸孔傾斜度可以采用水準儀直接檢測；軸孔同軸度是指兩側軸孔相對位置，一般是通過高差及相對于某安裝基線的水平距離表示，高差可以采用水準儀測量，相對于原安裝基線水平距離現無法直接測量。

綜上所述，創新檢測方法，根據閘門軸孔布置示圖（見圖3），選取a1b1a2b2、a2b2a3b3軸心點組成2個有代表性的空間四邊形，其中a1b1a2b2四點位置代表兩側油缸支架軸孔的安裝位置，a2b2a3b3代表油缸支架及閘門支臂軸孔的安裝位置，在安裝無偏差的情況下，由幾何常識可知，4個軸孔中心點對角線差應該為零，在四邊形4個角點高差可檢已知情況下，對角線差值扣除高差就是四個軸孔中心相對于原安裝基線的水平位置偏差。采用高精度全站儀就可以同時檢測出四邊形對角線差值及兩條邊上軸心點高差，實現評估各軸心位置相對于原安裝基線或孔口中心線的位置偏差，具體成果見表2。

圖3 閘門各軸孔布置示意圖

表2 軸孔安裝偏差檢測成果表

由表2可知，閘門兩側軸孔高差、對角線差值遠超出規范允許值，結合外觀與現狀檢測結果，該閘金屬結構與啟閉機械外觀良好，未見異常變形現象，液壓啟閉機更換液壓油時，維保單位進行了多次排氣處理，液壓系統狀態良好，排除了液壓啟閉機系統問題。因此，可以推斷閘門卡阻、異常聲響是閘門兩側各軸孔安裝偏差較大引起的。

三、結語

通過對浦東蘆潮港節制閘弧形鋼閘門及液壓啟閉機運行質量檢測，找到了閘門卡阻的原因，為后期科學制訂加固處理方案提供了依據。在現場檢測條件有限的情況下，通過靈活運用水利行業技術規范，創造性提出了弧形閘門在孔口中心線或原安裝基線無法重現情況下，鉸座軸孔安裝偏差的檢測方法，是對《規程》《規范》等規范內容的補充與豐富，相關弧形閘門安裝質量檢測與水利工程金屬結構安全檢測工作可以加以借鑒與運用■