水閘工程大型雙扉閘門啟閉機的安裝施工

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    1、概述
    泰國巴帕南水閘工程地處海岸邊，是該國一項重要水利工程。其主要功能是擋潮蓄淡，恢復(fù)和發(fā)展上游因海水浸漬而荒廢的土地，使其重現(xiàn)“糧倉”生機，改變巴帕南流域的貧困面貌。該工程由中國水利電力對外公司聯(lián)合泰國兩家一等公司組成聯(lián)營體中標(biāo)承建，金屬結(jié)構(gòu)部分委托北京院設(shè)計、夾江水工機械廠制造，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備總重約2600t。其中，水閘系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)是整個工程能否投入運行的關(guān)鍵之一，而水閘系統(tǒng)雙扉閘門的跨度超過20m，就目前而言如此大跨度的雙扉閘門無論設(shè)計、制造或是安裝在國內(nèi)均屬首次。因此，無論業(yè)主、咨詢還是承包商，對這一部分都相當(dāng)重視。
    水閘系統(tǒng)是在新開挖的梯形復(fù)式斷面引河的上游修建一座10孔攔河閘，每孔凈寬20m。其中左右岸各有兩個邊孔設(shè)置4套雙扉閘門，中間6孔為單扉閘門，均采用1臺固定卷揚式啟閉機操作。為了在檢修單、雙扉閘門時能擋住下游海水，在下游側(cè)設(shè)置10孔疊梁閘門固定埋件及1套活動門槽，配備1套疊梁閘門及1套自動抓梁，由汽車吊操作。
    2、雙扉閘門的結(jié)構(gòu)型式
    雙扉閘門由上扉門和下扉門兩扇門葉組成，下扉門的作用是擋水和泄洪，平時放置在底坎，泄洪時與上扉門一起提起。上扉門的作用是擋水和通過頂部溢流調(diào)節(jié)流量，平時，上下升降調(diào)節(jié)水位，泄洪時，與下扉門一起提起泄洪。兩扇閘門分別由門葉結(jié)構(gòu)、主輪裝置、側(cè)輪裝置、吊耳裝置以及水封裝置等組成。上下扉門各配備一臺卷揚式啟閉機啟閉，兩機既可同時啟閉，也可單獨操作，使兩扇門扉能作相對滑動。在上下扉相對滑動(小流量調(diào)節(jié))或相對靜止(泄洪)的過程中，上扉門的上游面板始終作為止水座面和安裝在下扉門體上的封水橡皮壓縮以達(dá)到止水效果。
    上、下扉門體均為雙面板平面薄壁箱形結(jié)構(gòu)，由擋水面板、非擋水面板、縱向隔板、水平次梁、主梁腹板、內(nèi)外部爬梯等組成。下扉閘門的擋水面板設(shè)在下游側(cè)，上扉閘門的擋水面板設(shè)在上游側(cè)。為便于施工及檢修，在閘門的非擋水面板兩側(cè)各開設(shè)了兩列進(jìn)人孔，孔蓋采用格柵結(jié)構(gòu)。
    閘門采用懸臂定輪支承，下扉閘門左右兩側(cè)各4套主輪，上扉閘門左右兩側(cè)各2套主輪。主輪結(jié)構(gòu)采用偏心軸結(jié)構(gòu)，偏心量4mm。在主輪與軸的連接處設(shè)置了一平面滑動軸承(SKF自潤滑軸承)，可以消除閘門在水壓力作用下支承處產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角位移，從而保證主輪踏面與主軌工作面的良好接觸。側(cè)輪支承為滾輪支承結(jié)構(gòu)，上、下扉閘門每側(cè)各2套側(cè)輪裝置。滾輪與軸之間采用自潤滑軸套(復(fù)合材料)，側(cè)輪支座與閘門結(jié)構(gòu)之間通過抗剪套及螺栓連接。下扉閘門為兩側(cè)面及底部三面封水，水封系統(tǒng)由側(cè)水封、底水封、轉(zhuǎn)角水封三種類型組成。由于閘門為雙面擋水，側(cè)水封截面形式為“Y ”形， 底水封及轉(zhuǎn)角水封截面形式均為“I ” 形。側(cè)水封和底水封通過轉(zhuǎn)角水封連接形成一個密封面，達(dá)到擋水的目的。上扉閘門的水封系統(tǒng)設(shè)置在下扉閘門的吊桿及面板頂部的下游側(cè)，構(gòu)成一“U ” 密封面，上扉閘門的上游面板則作為水封座面，達(dá)到擋水的目的。上扉閘門的水封系統(tǒng)水封截面形式均為“Y ” 形。上、下扉閘門均為雙吊點結(jié)構(gòu)，吊點距為19.6米，每個吊點上設(shè)置兩個動滑輪，分別安裝在閘門兩側(cè)的吊耳板上，完成閘門與啟閉設(shè)備的聯(lián)接。閘門的主要參數(shù)見表1：

    3 、閘門安裝
    3.1 方案比選
    在安裝閘門前，業(yè)主和承包商立足現(xiàn)場的條件、施工設(shè)備和能力，對閘門的安裝方案進(jìn)行多方面的優(yōu)化。
    對于閘門的拼裝集中作了兩個方案：方案一是利用已安裝的門槽，把閘門分節(jié)運輸?shù)焦さ氐母鞑糠忠来畏湃腴T槽(運輸單元最重25t)，組成整體，調(diào)整后焊接，簡稱門槽內(nèi)整體拼裝焊接；方案二是在安裝平臺上拼焊成20m長，3m高幾個單節(jié)(單節(jié)最大重量47t)，然后依次把各節(jié)吊入門槽，最后焊接節(jié)間連接，簡稱門槽外單節(jié)拼裝焊接。兩種方案的優(yōu)缺點很明顯：方案一的優(yōu)點是整體拼裝，各方面的關(guān)系可以在焊接前調(diào)節(jié)，且有利于節(jié)間的螺栓連接，缺點是焊接約束多、難度大；方案二的優(yōu)點是焊接方便，單節(jié)尺寸容易控制，缺點是節(jié)間連接的螺栓通過率較低，難以實現(xiàn)閘門的設(shè)計意圖。
    最后考慮其他條件即①現(xiàn)場條件因多年來海水入浸，土地漬化，施工進(jìn)點時全是爛泥塘，一片沼澤，大容量吊車移動對鋪設(shè)臨時地基的要求較高；②巴帕南附近難以租到80t以上的吊車，遠(yuǎn)至曼谷租用，耗費時間較長、費用較高；③方案二的平臺拼裝需要較長時間，且費用較高。
    經(jīng)研究認(rèn)為門槽內(nèi)整體拼裝焊接的安裝方案既可行又節(jié)省資金，還加快安裝速度。由于本項目中閘門的水封座面、溢流面和安裝后不能防腐的部位均采用復(fù)合鋼板(1Cr18Ni9Ti+16Mn)，而不銹鋼的熱導(dǎo)率與低合金鋼相比差異較大，焊接變形難以控制。再加上上扉門的下游面板整個為水封座面，要求平面度和直線度不大于3mm，對焊接變形的要求又較高。為了保證方案的順利實施，必須對閘門的焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化和控制。
    3.2 閘門吊裝和裝配
    考慮閘門門葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸較大[下扉門外形尺寸為20.89m?10.86m?1.745m(寬?高?厚)，上扉門外形尺寸為20.89m?10.455m?1.4m(寬?高?厚)]，需將閘門結(jié)構(gòu)分成了多個制造及運輸單元。下扉門門葉結(jié)構(gòu)共分為兩節(jié)，每節(jié)沿寬度方向分左、右段制造及運輸，上扉門門葉結(jié)構(gòu)為一節(jié)，沿寬度方向同樣分左、右兩段制造及運輸，主輪裝置、側(cè)輪裝置、內(nèi)部爬梯及進(jìn)人孔蓋均與對應(yīng)的單元裝配在一起。動滑輪裝置及水封裝置等與門葉結(jié)構(gòu)解體運輸。
    下扉門門葉結(jié)構(gòu)上下節(jié)之間采用法蘭連接，用不銹鋼螺栓把合，左右段之間采用現(xiàn)場對接焊縫，焊縫錯縫200mm，水平次梁用連接段在現(xiàn)場搭接焊。每個運輸單元除對接處敞口外均為封閉結(jié)構(gòu)。閘門出廠前，除水封裝置及外部爬梯外，所有結(jié)構(gòu)及裝置在廠內(nèi)組裝，并打上裝配標(biāo)記。
    門槽內(nèi)整體拼裝焊接的具體方法是在門槽安裝完畢，二期混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，預(yù)先在底坎上裝設(shè)4個墊塊作為門葉組合的基準(zhǔn)面，在每塊運輸單元上焊接臨時吊耳。組合時先將門葉下節(jié)的左、右段吊進(jìn)門槽就位，吊裝時利用兩臺50t的吊車分別位于門槽上、下游側(cè)，通過兩臺吊車的配合完成閘門的移位、翻轉(zhuǎn)及入槽的各項工作。底節(jié)就位時在門葉上游側(cè)布置兩臺30t壓機調(diào)整垂直度，以防止吊裝頂節(jié)時因其傾斜而影響就位質(zhì)量。依靠固定支承法蘭進(jìn)行左右對縫調(diào)整，經(jīng)調(diào)整后的門葉拼縫錯牙、扭曲及幾何尺寸完全符合單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)要求時，對門葉分縫進(jìn)行點焊，再按照底節(jié)吊裝方法將門葉頂節(jié)左、右兩段吊進(jìn)門槽，分別在左右邊柱和居中的兩組法蘭孔內(nèi)沿對角線方向裝上定位銷，并穿上連接螺栓，調(diào)整好門葉的各部分尺寸，最后對頂節(jié)門葉分縫進(jìn)行點焊，然后再次復(fù)核測定，當(dāng)確認(rèn)門葉形體結(jié)構(gòu)符合要求時，將各節(jié)間法蘭面的連接螺栓把合好。螺栓緊固遵循先內(nèi)后外、對稱分次緊固的基本原則，各螺栓緊固力矩相等。
    上述作業(yè)完成后，按相同的方法把上扉門吊裝完成，并點焊固定。
    3.3 焊接控制
    門葉組裝完畢并在各項質(zhì)量指標(biāo)均檢查合格后開始焊縫施焊。閘門焊縫情況為閘門面板及頂、底部鋼板的工地對接焊縫均采用雙“V”形坡口，節(jié)間連接處腹板為單“V”形坡口，對接處焊縫結(jié)構(gòu)基本對稱，便于工地施焊時控制變形。為了解決上下節(jié)結(jié)構(gòu)用螺栓把合后，兩腹板之間的防腐問題，腹板材料選用復(fù)合層鋼板，不銹鋼面朝外。
    對焊接來說，主要要求是既要保證焊縫或接頭的內(nèi)外質(zhì)量以滿足其使用性能，又要減少焊接變形以達(dá)到構(gòu)件的尺寸要求，這兩個要求是實際操作的基本出發(fā)點。一般情況，只要選取合適的焊接材料，按照規(guī)范規(guī)定焊接，基本可以保證焊縫質(zhì)量，所以編制閘門焊接工藝要求的關(guān)鍵是控制焊接變形，具體焊接要求為：由兩名合格焊工采用相同規(guī)范同步進(jìn)行對稱焊接，主縫焊接前，對頂板、底板、節(jié)間、上游面板及下游面板預(yù)先進(jìn)行定位焊，以防止焊接時產(chǎn)生過大變形，主縫焊接采用先焊面板立縫，然后焊仰視焊縫和俯視焊的順序，其中面板焊接采取先內(nèi)后外的焊接次序。節(jié)間焊縫的焊接順序由于節(jié)間采用復(fù)合不銹鋼板，首先用不銹鋼焊條焊接一道不少于2mm的不銹鋼，然后再開始普通焊條的焊接。焊接操作方式采用分段退步焊，每條焊縫分多層焊完，每層厚度控制在3~5mm以內(nèi)。
    確定了焊接工藝和焊接順序后，要在實施過程中進(jìn)行監(jiān)控。在焊接過程中發(fā)現(xiàn)有過大變形或焊接質(zhì)量問題，要及時分析原因，找到問題，及時調(diào)整焊接順序及焊接規(guī)范，控制和防止變形。按焊縫類別進(jìn)行符合規(guī)范要求的探傷檢查，對不合格的焊縫作返工處理，直至檢驗合格，保證焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求。
    門體主焊縫焊接檢查完成后，應(yīng)對整體門葉的幾何尺寸、主輪踏面的平面度、水封座的直線度及上下扉門之間的相對間隙、各閘門與埋件的位置誤差進(jìn)行一次全面的測定記錄，全部合格后才開始動滑輪裝置的焊接及節(jié)間腰帶板的裝焊和邊柱的封焊，封焊順序為先焊邊柱后焊節(jié)間腰帶板角焊縫。
    當(dāng)門葉全部裝拼完成后，開始進(jìn)行受損部位和焊縫周圍油漆的修補和最后一遍油漆的工作，最后安裝閘門止水。止水安裝驗收合格后，即完成該孔閘門的全部安裝任務(wù)。
    4、啟閉機安裝
    4.1 啟閉機的布置型式
    上下扉門均設(shè)置了兩個吊點，每個吊點的兩個動滑輪安裝在閘門吊耳板上，吊點距為19.6m，每扇閘門分別由一臺固定卷揚式啟閉機操作。
    雙扉閘門的啟閉設(shè)備主要由卷揚機構(gòu)、滑輪裝置、上部導(dǎo)向輪、下部導(dǎo)向輪、鋼絲繩托輪裝置、鋼絲繩調(diào)整裝置、糾偏裝置、極限限位裝置、掛脫鉤裝置、吊鉤裝置等組成。啟閉機結(jié)構(gòu)布置型式類似，傳動系統(tǒng)由帶制動器的電動機、手搖機構(gòu)、軸向制動器、蝸輪蝸桿減速器、錐齒輪減速器、兩級開式齒輪及卷筒裝置等組成。兩個吊點的鋼絲繩纏繞方式不同，其中一個吊點的鋼絲繩直接從卷筒上繞下，繞過閘門一側(cè)吊耳上的動滑輪裝置后，通過灌鋅鑄鋼錐形繩套固定在鋼絲繩調(diào)整裝置上，調(diào)整裝置安裝有一壓力傳感器；另一個吊點的鋼絲繩從卷筒上繞出，通過上部導(dǎo)向輪(下扉)或直接(上扉)下到下部導(dǎo)向輪后，通過鋼絲繩支承裝置跨過閘門孔口至另一側(cè)閘墩的下部導(dǎo)向輪，然后由另一側(cè)的上部導(dǎo)向輪(上扉)或直接(下扉)上到滑輪裝置的定滑輪上，再向下繞過閘門另一側(cè)吊耳上的動滑輪，同樣固定在鋼絲繩調(diào)整裝置上。鋼絲繩纏繞示意圖見圖1和圖2：

    4.2 啟閉機吊裝及裝配
    啟閉機裝設(shè)于高程15.75m啟閉機平臺上(底坎高程為-7m)，利用吊車把啟閉機及附屬設(shè)備分別吊入對應(yīng)位置，吊裝前以門槽的起吊中心線到連接軸中心線的距離為主要控制基準(zhǔn)安裝100mm高的型鋼平臺，啟閉機吊入后將大開式齒輪與小齒輪準(zhǔn)確對位，保證齒側(cè)及齒頂隙、接觸精度達(dá)到設(shè)計要求，同時保證卷筒的位置準(zhǔn)確到位，校正機架的水平高程。機架(包括滑輪組、導(dǎo)向輪等)采用螺栓聯(lián)接，當(dāng)機架與地腳螺栓聯(lián)接牢固后，開始澆注機架底部填充混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，再進(jìn)行其它部件及電氣設(shè)備的安裝及調(diào)整。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，制動片與制動輪的接觸面積達(dá)到設(shè)計要求。對減速器及傳動部分進(jìn)行檢查及加注潤滑油，各傳動部分運轉(zhuǎn)正常，同時對電氣控制系統(tǒng)各參數(shù)進(jìn)行了觀察、測試，結(jié)果表明滿足規(guī)范要求。
    啟閉機完成上述操作后，就開始進(jìn)行鋼絲繩的穿連，本工程由于按照日本規(guī)范規(guī)定設(shè)計，鋼絲繩的安全系數(shù)達(dá)到8倍以上，鋼絲繩較粗(上扉門44mm、下扉門60mm)，并且線路較長(實際長度150m左右)，穿連鋼絲繩比較困難，實際選擇一根?8mm的鋼絲繩一端固定在啟閉機上，另一端按照實際線路穿到對側(cè)的機房，并越過導(dǎo)向輪，把啟閉機鋼絲繩連接在細(xì)鋼絲繩上，開動啟閉機，帶動鋼絲繩至啟閉機并纏繞，多余部分割除。
    5、閘門調(diào)試
    在完成剩余設(shè)備的安裝工作后，并對壓力傳感器、高度傳感器的讀數(shù)進(jìn)行整定后，剩余的工作就只有聯(lián)動調(diào)試。由于雙扉閘門啟閉機布置形式特別，兩個吊點的鋼絲繩纏繞方式不同(見前面鋼絲繩纏繞示意圖)，鋼絲繩長度相差較大，給兩個吊點的同步運行帶來較大的困難。按標(biāo)書要求，兩吊點運行不同步達(dá)25mm時，電動機應(yīng)自動停止工作。這時可以通過兩側(cè)的鋼絲繩調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整，直至同步滿足要求，實際操作中由于卷筒左右側(cè)繩槽制造公差的不同、開度傳感器檢測精度的不一、兩鋼絲繩長度的不同等原因，各種誤差進(jìn)行累積，25mm的精度要求現(xiàn)場調(diào)整難度較大。后經(jīng)現(xiàn)場計算、測量，如此大跨度的閘門兩側(cè)不同步在30~50mm應(yīng)可以滿足閘門的運行要求。閘門運行初期，在不影響閘門安全運行的情況下適當(dāng)降低精度，可以減小閘門的調(diào)整次數(shù)，有利于減輕管理人員的工作強度。該閘門通過進(jìn)一步的安裝調(diào)整減少各種誤差，并經(jīng)過一段時間的運行，最終達(dá)到了閘門同步升降的運行要求。
    6、結(jié)語
    巴帕南水閘工程金屬結(jié)構(gòu)于1997年9月開始安裝，2000年初投入運行，目前，全部閘門運行良好。在該工程的大型雙扉閘門的安裝過程中，業(yè)主、咨詢與承包商一起，大膽設(shè)想，立足現(xiàn)場施工設(shè)備和能力，認(rèn)真研究，每個操作細(xì)節(jié)都充分考慮，采用了多種簡易、經(jīng)濟、安全的安裝方案，不但了保證安裝質(zhì)量，而且提前了安裝工期，減少了投資，也提高了安裝技術(shù)水平。