格里橋水電站表孔弧門形體尺寸復核和漏水原因分析

王曾蘭 全志杰 茍開君

(1.杭州國電機械設計研究院有限公司, 浙江 杭州 310030;2.貴州烏江清水河水電開發有限公司, 貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

格里橋水電站大壩泄洪閘門共有左、中、右3孔,每孔各設一道工作閘門并共用一套檢修閘門,工作閘門采用弧形閘門。溢流表孔孔口尺寸為12m×22m(寬×高),設計水頭為17.5m,總水壓力為24118kN。閘門型式為兩主橫梁斜支臂弧形閘門,弧面半徑19m。主框架為斜支臂π形框架,主梁及支臂均為實腹式箱形梁結構,支鉸形式為球鉸。側止水采用L型止水橡皮,底止水為條形止水橡皮。門葉兩側均設有側輪裝置。閘門設置雙吊點,吊耳設在門葉下主橫梁兩側。溢流表孔弧形閘門動水啟閉,由2×3000kN-9.5m后拉式液壓啟閉機操作,活塞桿直接與閘門吊耳連接。

2 測量方法

弧形閘門位于全開狀態,利用全站儀免棱鏡方式[1]對門槽埋件和弧門側水封進行測量。門槽埋件測量起始點為門槽底高程點,沿門槽埋件工作面向上間隔一定距離取點,測出門槽埋件上各測量點的三維絕對坐標值。水封測量起始點為弧門門頂位置,沿弧門側水封工作面開始向下間隔一定距離取點,測出弧門側水封上各測量點的三維絕對坐標值。

2.1 門槽埋件三維坐標測量方法

利用格里橋水電站兩個已知觀測點JD2和JD3的三維坐標,采用后方交會法,在表孔弧門后方梁上設立6個測量基準點(每孔2個基準點)T1～T6。利用全站儀免棱鏡方式,測量表孔弧門兩側埋件的三維坐標。其中,T1基準點測量左表孔閘門右側門槽埋件三維坐標,T2基準點測量左表孔閘門左側門槽埋件三維坐標,T3基準點測量中表孔閘門右側門槽埋件三維坐標,T4基準點測量中表孔閘門左側門槽埋件三維坐標,T5基準點測量中表孔閘門右側門槽埋件三維坐標,T6基準點測量中表孔閘門左側門槽埋件三維坐標。弧形閘門現場測量基準點布置見圖1。

圖1 弧形閘門現場測點布置

2.2 弧門側水封三維坐標測量方法

弧門側水封埋件測量方法:采用已知觀測點JD2轉點至大壩壩面T7基準點,利用T7基準點再次轉點得到水封測量基準點T8-11,見圖1。其中,T8基準點測量左表孔左側水封面三維坐標,T9基準點測量左表孔右側和中表孔左側水封面三維坐標,T10基準點測量中表孔右側和右表孔左側水封面三維坐標,T11基準點測量右表孔右側水封面三維坐標。

3 測量數據及數據分析

3.1 測量數據

左、中、右表孔測量數據包括門槽埋件、弧門側水封的測量數據。其中,左表孔共測量188個數據,中表孔共測量188個數據,右表孔共測量181個數據。將三個表孔弧門的門槽埋件、側水封測量點數據導入AutoCAD中,建立X、Y二維坐標平面圖,形成門槽埋件、側水封的輪廓圖,見圖2。

圖2 弧形閘門門槽埋件、側水封數據輪廓

3.2 數據分析

通過弧門的門槽埋件、側水封測量點數據,分析門槽埋件、側水封的垂直度、跨度能直觀反映弧門的運行現狀,從而找到閘門漏水的根本原因。

3.2.1 左表孔門槽埋件垂直度和跨度分析

通過左表孔門槽埋件測量數據計算出其垂直度和跨度,對左表孔門槽埋件垂直度和跨度進行分析,分析結果見表1。

表1 左表孔門槽埋件垂直度和跨度分析

由表1的數據可知,門槽左、右兩側埋件垂直度均超標。其中,門槽左側埋件超標嚴重,大部分測量點的垂直度都超過3mm,且門槽向外側偏;右側埋件只有局部測量點的垂直度超標,超標情況較左側埋件好。門槽左、右側埋件的跨度平均值11.993m小于設計值12m±0.002m約5mm。

3.2.2 中表孔門槽埋件垂直度和跨度分析

通過中表孔門槽埋件測量數據計算出其垂直度和跨度,對中表孔門槽埋件垂直度和跨度進行分析,分析結果見表2。

表2 中表孔弧門側水封垂直度和跨度分析

由表2的數據可知,門槽左、右兩側埋件垂直度均超標。其中,門槽左側埋件超標嚴重,大部分測量點的垂直度都超過10mm,且門槽向內側偏;門槽右側埋件超標嚴重,大部分測量點的垂直度都超過3mm,且門槽向內側偏。門槽左、右側埋件的跨度平均值11.995m小于設計值12m±0.002m約3mm。

3.2.3 右表孔門槽埋件垂直度和跨度分析

通過右表孔門槽埋件測量數據計算出其垂直度和跨度,對右表孔門槽埋件垂直度和跨度進行分析,分析結果見表3。

表3 右表孔門槽埋件垂直度和跨度分析

由表3的數據可知,門槽左、右兩側埋件垂直度均超標。其中,門槽左側埋件超標嚴重,大部分測量點的垂直度都超過6mm,且門槽向外側偏;門槽右側埋件超標嚴重,大部分測量點的垂直度都超過4mm,且門槽向外側偏。門槽左、右側埋件的跨度平均值12.004m大于設計值12m±0.002m約2mm。

3.2.4 左表孔弧門側水封垂直度和跨度分析

通過左表孔門側水封測量數據計算出其垂直度和跨度,對左表孔門側水封垂直度和跨度進行分析,分析結果見表4。

表4 左表孔弧門側水封垂直度和跨度分析

弧門左、右側水封的跨度平均值為11.988m,比設計值12m±0.002m小約10mm。因弧門頻繁開啟,側水封出現朝弧門內側翻、局部成波浪的塑性變形,使側水封的實測跨度值偏大。

左表孔弧門側水封跨度11.988m,與門槽埋件跨度11.993m至少相差5mm,匹配度一般。

3.2.5 中表孔弧門側水封垂直度和跨度分析

通過中表孔門側水封測量數據計算出其垂直度和跨度,對中表孔門側水封垂直度和跨度進行分析,分析結果見表5。

表5 中表孔弧門側水封垂直度和跨度分析

弧門左、右側水封的跨度平均值為11.997m,比設計值12m±0.002m小約1mm。中表孔弧門側水封跨度11.997m接近設計值,與門槽埋件跨度11.995m匹配度較好。

3.2.6 右表孔弧門側水封垂直度和跨度分析

通過右表孔門側水封測量數據計算出其垂直度和跨度,對右表孔門側水封垂直度和跨度進行分析,分析結果見表6。

表6 右表孔弧門側水封垂直度和跨度分析

弧門左、右側水封的跨度平均值為11.999m,與設計值12m±0.002m匹配。右表孔弧門側水封跨度11.998m,與門槽埋件跨度12.004m相差6mm,匹配度一般。

4 閘門漏水原因分析及處理方案

4.1 閘門漏水原因分析

4.1.1 門槽埋件

通過門槽埋件垂直度數據分析可知,門槽埋件垂直度超標,側水封壓縮量不足以克服垂直度誤差,水封在埋件止水工作面未壓緊而使閘門漏水[2]。右表孔跨度大于設計值,使側水封的壓縮量未達到設計壓縮量,因側水封壓縮不足而發生閘門漏水。埋件表面局部存在凹凸不平,在凹處容易出現水封未壓緊而漏水現象。門槽埋件長期處于水或潮濕的環境中,導致門槽埋件止水表面銹蝕嚴重、凹凸不平[3]。

4.1.2 弧門側水封

左、中、右表孔弧門側水封垂直度均有超標。弧門水封經長期運行出現朝弧門內側翻、局部成波浪形,導致弧門側水封垂直度嚴重超標。左表孔弧門側水封跨度11.988m,與門槽埋件跨度11.993m至少相差5mm,匹配度一般;中表孔弧門側水封跨度11.997m,接近設計值,與門槽埋件跨度11.995m匹配度好;右表孔弧門側水封跨度11.998m,與門槽埋件跨度12.004m相差6mm,匹配度一般。由弧門側水封與門槽埋件跨度的匹配度可知,除中表孔弧門側水封與門槽埋件止水面的預壓縮量滿足設計要求的5mm外,左表孔和右表孔都不能達到此要求。

4.1.3 弧門運行情況

通過現場運行觀察,弧門在運行過程中往一側偏移,導致該側水封被擠壓而發生塑性變形或破損,使側水封失去壓縮量,弧門產生局部漏水。弧門運行過程中,啟閉機的糾偏效果不佳,導致弧門往一側偏移擠壓水封,使水封朝內側倒而不能恢復。

4.2 處理方案

4.2.1 門槽埋件處理

門槽埋件跨度和垂直度大于設計值部位采用不銹鋼板對超標位置進行補焊,小于設計值部位采用磨光機打磨處理。與此同時調整門槽埋件與弧門側水封配合間隙[4],通過調整水封的安裝位置使得兩者貼合緊密。

4.2.2 弧門側水封處理

a.弧門水封更換。弧門水封已出現老化、磨損量過大、變形量超標、壓縮量未達到設計壓縮量等問題,已無法滿足止水要求,需進行更換。

b.水封選型優化。弧形閘門水封原設計采用L型(內R直角)水封,水封止水靠整個水封側面止水,閘門運行過程中水封與止水埋件接觸面大,運行阻力大,水封磨損加劇,水封壓縮的量較其他型號小。根據該弧形閘門運行頻率高的特點建議選用L1型[5-6](外R內直角)水封,其接觸面小,運行摩擦阻力小,磨損減緩。

4.2.3 弧門設備處理

現場觀察發現弧門運行過程中經常發生往一邊偏的現象,建議優化啟閉機的糾偏程序,減少閘門往一邊運行的現象。調整閘門測量的位置,使閘門與門槽埋件緊密貼合。

5 結 語

本文從表孔弧門的形體測量入手,得到閘門的實際形體尺寸,通過測量數據分析表孔弧門的漏水原因并提出解決表孔弧門漏水的處理方案,為類似表孔弧門水封漏水處理提供參考。