大型水工弧形闸门安装关键技术研究与应用

杨 毅

(安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥 230601)

大型水工弧形闸门安装关键技术研究与应用

杨 毅

(安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥 230601)

针对大型水工弧形闸门结构特点和尺寸、交通运输和场地条件，采取前期工厂内分段、分块制作，后期现场分段、分块拼接就位的施工方法，解决了大型水工弧形闸门的安装难题。

门叶；支臂；支座；埋件；拼装

弧形闸门具有闸门门叶较轻、启闭力小、运行速度快、操作灵活、运转安全的特点，同时它所对应的闸墩高度和厚度也较小，是众多的闸门中最为经济的一种门型，在水利水电工程中得到了广泛应用。

1 安装特点

大型水工弧形闸门主要由门叶、支臂、支座、止水、液压启闭机和电控系统组成，其结构上比平面钢闸门复杂，安装精度也较平面闸门要求高。大多数水工大型闸门安装地点位于深山区，作业场地狭小，给弧形闸门的运输、起吊、安装增加了难度。

2 安装工艺的优选

2.1 制作与安装之间的关系

根据弧形闸门结构尺寸特点、加工厂加工能力、施工现场作业环境及起重吊装设备等条件，将大型水工弧形闸门合理分成若干构件，在工厂内完成各构件的制作、预组装及防腐等工作，然后运至现场拼装。与此对应，弧形闸门施工分为两个阶段，前期是工厂内分段、分块制作，后期是现场分段、分块拼接，并安装就位。

工厂制作优点包括：①化整为零，可以提高操作速度；②可以实现工厂化生产，提高制作精度与质量；③可以最大化实现机械作业，节省人力资源，降低成本；④分段、分块制作便于运输与安装。

2.2 构件的组成及制作分段、分块

制作分段、分块既要根据闸门结构特点，又要考虑到运输及现场安装的条件、起吊能力等方面的因素。根据这一要求，一般将弧形闸门分成以下几个关键构件，具体如下：

(1)弧形门叶。对于高度较大的弧形门，在高度方向一般分为2～3块；对于跨度较大的弧形门，一般在纵向分为2段。

(2)支臂分为2部分。分别为两端各自独立支臂。

(3)其它构件。其它构件有底坎、侧轨埋件；支铰、支座等。

2.3 现场安装工艺原理

将在工厂内预拼合格后的弧形闸门分节、分块拆分后使用大型运输车辆将其运送至施工现场，再采用大型吊车安装。先将支臂、铰座等吊入孔内，采用卷扬机组通过预埋在闸室侧墙和顶部的预埋件，用卷扬机及滑车组对弧形闸门门叶、支座、支臂、油缸等进行安装施工。分节段的闸门门叶采用在闸孔里自下往上的竖式安装施工。

2.4 弧形闸门安装工艺流程

安装工艺流程：底坎、侧轨埋件安装→支铰支座安装→支臂组装与安装→门叶现场拼装→门叶焊接、防腐处理→水封安装→闸门与启闭机联动试验。

2.5 安装的关键工序

大型水工弧形闸门结构尺寸及自身重量较大，受到公路运输条件限制，特别是深山区，坡陡弯急，运输困难。大型水工弧形闸门在工厂内按照结构特点及单件构件重量分块制作，在施工现场进行拼装，形成了多个安装关键工序，分别是：①底坎、侧轨等埋件安装关键工序；②门叶现场拼装与焊接关键工序；③支臂组装关键工序；④闸门水封安装关键工序；⑤闸门与启闭机联动试验。

3 埋件安装技术

3.1 底坎埋件安装

底坎在安装之前要重新检查和清理，找出原制造时的中心线及轴线。底坎的安装就位看起来比较简单，但必须给以足够的重视，因为它是整个安装工作的基础，轴线、里程线、高程若发生一点变化，都会引起连锁反应，造成不堪设想的后果。所以，就位过程中必须找准各项尺寸，施工时可利用千斤顶及倒顺螺栓调整水平位置，用水准仪多点反复测量控制高程，达到规定标准后，将锚筋和锚板焊牢，再进行二期混凝土的浇筑。

3.2 侧轨埋件安装

侧轨的安装以闸墩上定出的支铰轴线为中心点，R(门叶曲率半径)为半径划弧，在闸墩上划出侧导板安装控制线，同时在侧导板上也划出此线。根据侧导板分节情况，利用墩上部的预埋锚钩由下至上进行拼装。调整、固定同底坎安装，焊接接头磨平。严格控制其对孔口中心线尺寸、工作表面平面度、工作表面组合处的错位等不超过规范要求，同时要注意控制二期混凝土浇筑高度，避免过大的侧压力造成侧轨埋件变形。

3.3 铰座固定螺栓预埋

在浇筑一期闸墩混凝土前，根据设计图纸，将铰座固定螺栓预埋上，其倾角、高程等必须满足设计与相关规范，螺栓前端利用10mm厚钢板作为固定，后端用加固钢筋于结构主筋固定。固定钢板上孔距、孔位偏差等均应满足设计要求。混凝土浇筑中避免振动器直接与预埋件、固定件相接触。混凝土终凝前对固定钢板倾角、高程进行再次校正。

4 弧形钢门的拼装、焊接技术

4.1 支臂的组装与安装

支臂的组装关键在于根据设计图纸找出各组装件的中心线，选择好合理的吊点位置，配置起吊设备及工器具。由于闸孔内场地狭窄，故采取左、右支臂分别组装和吊装方法，为方便起吊时的位移，支臂裤衩与支铰组装时须对准两体的中心线，螺拴孔对正后及时拧好螺拴，再将支臂腿用起吊设备提起，接头对准支臂裤叉中心，对正上、下接头后进行焊接。

4.2 整体式闸门安装

对于交通条件较好、尺寸及重量适中的闸门，则使用起重机械整体吊装。该方法较为简易，只要起重设备满足起吊要求，场地较为开阔，闸门的安装相对简单。

4.3 门叶的现场拼装

(1)交通不便、场狭小处闸门拼装。由于水利水电工程的特殊性，仍有部分工程因交通不便、场地狭小给闸门安装带来较大困难，如隧洞进口闸门安装，常位于坝前库区的陡坡上，修建临时道路十分困难，道路宽度和坡度很难适应大型车辆和大型起重机械进场，这些特殊地点闸门安装则只能采取拼装方法施工。

拼装时的吊装、闸门的翻身都有一定的困难，闸门门叶拼装采取在门槽内分3节段由下至上的安装方法。门叶入槽组装时，先在侧轨上划出弧门面板上游一侧的投影线，根据各门叶分节图的弧长，在距上、下两端约200mm处各焊1块挡块，挡块焊于距离理论弧门面板外缘3cm～4cm处，用楔子板调整门叶。第1节门叶用卷扬机、滑轮组起吊落入底坎时，要在底坎上焊左、中、右3块挡块，以防滑移，待门叶调整完成后，在弧门面板上游一侧用临时钢支撑加固，将下支臂与之连接。再吊入第2节门叶，调整完毕后与第1节门叶的对接缝进行点焊，再将上支臂与之连接、加固。最后吊人上节门叶，调整完毕后与第2节门叶的对接缝进行点焊、加固。支臂安装应在支铰座基础二期混凝土达到设计强度后进行，实测支铰端面至门叶主粱与支臂组合面的长度，根据实际情况调整门叶，先对支臂纵杆的对接角焊缝施焊，然后进行连接板与抗剪板(已顶紧无隙)间的角焊缝焊接，最后进行门体自下而上、自中向外的施焊。

(2)超长闸门拼装。部分水工闸门设计长度较大，形成超长闸门，该类闸门受到公路运输长度的限制，不可能在工厂内加工成整体，需要在长度方向上分成2段在工厂内制作，运输至现场后再将2段拼接成整体。

超长闸门安装地方常常较为开阔，可以使用大型起重机械直接将2段门叶吊入闸孔内，经测量、定位后拼装、焊接。

超长闸门与支臂等连接工艺与上述闸门拼装相同，不再赘述。

4.4 门叶焊接与防腐处理

现场拼接焊缝全部为定位焊，焊接难度较大，上、下游方向又互不通视，因此，保证闸门安装质量的关键是控制拼装的时定位精度和焊接变形。门体焊缝可分3类：①I类焊缝。边梁的腹板及翼缘板的对接焊缝。②Ⅱ类焊缝。门叶面板的对接焊缝。③其余均属Ⅲ类焊缝。具体焊接要求为：闸门焊接采用直流焊机、E5015(J507)焊条，焊前对焊条按要求烘干，焊时用保温筒存放。点焊长度不小于50 mm，间距为l00mm-400mm，且在坡口内引弧。焊接时按照先焊边粱腹板的对接焊缝，再焊翼缘板的对接焊缝，最后焊面板对接缝的顺序进行。由于面板宽度较长，禁止采用直通焊，应采用不同方向短焊缝的连接方法来减少焊接变形，一般可采用分4段，再采用分中逐步退焊法或交替焊法来完成，禁止从边缘向中间施焊。焊缝反面用炭弧气刨清根后封底(专用炭棒Φ6mm～Φ8mm，电流450～500A，压缩空气0.5MPa，气刨后用砂轮打磨)，止水橡皮安装处焊缝进行磨平处理。施焊过程中必须随时监视门叶变形情况，根据实际情况合理调整焊接顺序，控制和防止变形。I、II 类焊缝经外观检查合格后按规定作超声波无损探伤，对不合格的焊缝作返工处理，直至检验合格。闸门焊缝经外观检查和内部探伤合格后，将焊缝及其两侧表面铁锈、氧化皮、油污、焊渣等附着物清理干净，对焊缝两侧及焊缝进行人工除锈，表面除锈等级为Sa2.5级，人工除锈经检查合格后进行喷锌，金属涂层要求外观均匀，不能有夹杂物，起皮、孔洞、凹凸不平、粗颗粒、掉块及裂纹等缺陷。喷锌厚度经检查符合设计要求后，进行涂装层封闭和面漆，涂装前要将表面灰尘清理干净，涂装应在涂层有余温时进行。

5 闸门水封安装

5.1 底、侧水封安装

用2台千斤顶将闸门顶起10cm，检查底水封橡皮和压板是否符合设计要求，(第1节门叶就位前已将底水封安装)，底水封橡皮预压量为10mm，直线度为2mm。底水封安装合格后，安装侧水封。侧水封安装前，首先检查压板螺孔与弧形门侧水封螺孔是否一致，不一致要进行修正，要保证安装后，侧水封预压量达到3.5mm。侧水封用手拉葫芦在门顶上吊起，从下向上连接螺栓，压板橡皮要均匀受力，使其受压均匀。

5.2 门楣与顶水封安装

根据闸门实际位置，把门楣就位，调整门楣安装位置，使其安装符合设计要求，验收合格后，浇筑二期混凝土。待二期混凝土强度达到70%时，安装顶水封，顶水封安装预压量为4mm。

5.3 水封透光检查

在闸门水封安装完成后，将门体调到正常工作状态(关闭)，用透光法进行水封安装质量检查，要求水封不得有间隙或透光现象，否则要进行调整，直至无透光现象为止。有条件时，亦可用冲水试验直接检查封水效果。

6 闸门与启闭机联动试验

闸门装好后在无水状态下，作全行程启闭试验，初步检查安装效果，启闭时在止水橡皮处浇肥皂水润滑。①检查自动挂脱梁的脱挂钩是否灵活可靠，清除门叶上和门槽内所有杂物。②检查止水橡皮有无损伤，滚轮及闸门在升降过程有否卡阻，启闭设备两侧是否同步。

7 弧形闸门安装实例

弧形闸门安装实例如下：

(1)安徽梅山水库。除险加固新建泄洪洞工程中，采用弧形闸门承担蓄水和泄洪的功能，弧门孔口尺寸为11.9m×10.5m，设计水头30.0m，闸门总重172.4t，门叶重65.7t。闸门设计为斜支臂、圆柱铰球面轴承连接，采用双缸双作用液压启闭机操作运行，该闸门采用吊车分块起吊、拼装施工。

(2)安徽省磨子潭水库。在除险加固工程中，老泄洪洞出口1扇弧形工作门3.1m×4.25m，35t/扇；新开泄洪洞1扇弧形门8.9m×7.39m，60t/扇)(在工厂分2节制造，运到现场拼装)，老洞安装位置在洞内，高度仅6m，吊车无法使用，只能使用卷扬机滑轮机组吊装；新洞门运到新洞进口洞底板安装位置，用吊车配合卷扬机滑轮机组吊装。

(3)南陵县漳河城区段生态蓄水工程一级蓄水闸。该闸共4孔，单孔净宽17.4m，总净宽69.6m。采用直支臂弧形钢闸门，弧门尺寸为17.4m×7.5m(宽×高)，半径为9.5m，每孔闸门重105t。每孔闸门分为2节段制作，门体采用上下错缝分体。门体接缝采用现场焊接，支臂(重约12t)与门体间采用螺栓连接成整体，支铰座采用自润滑关节轴承。支铰座与门体在厂内组装完成后解体运输至现场进行拼装。

8 结束语

大型水工弧形闸门根据不同的结构尺寸、重量、运输条件和现场场地条件采取不同的施工方法。超长闸门采取纵向分两段拼接施工措施，场地狭小、运输不便的闸门采取3节段自下而上拼装方法。采取分段、分块制作方式，可多组件同时加工，制作安装速度快，缩短工期。弧形闸门主要构件在厂内制作，制作精度高，制作质量更能得到保证。施工现场安装速度快，安全可靠。现场安装工艺在保证支座、支臂安装精度后，以支座、支臂为基准定位闸门门体安装精度，确保了整个弧形闸门的安装精度。

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(责任编辑 陈化钢)

Research and application of the key technology for installation of large hydraulic balanced wicket

YANG Yi

(Anhui ShuiAn Construction Group Co., Ltd,Hefei 230601,China)

By studying the structural features, dimensions, transportation and site conditions of large hydraulic balanced wicket, the difficulty of its installation is solved through section making and block production in factory, and later installation in sections and blocks at the construction site.

hinges;supporting arms;bearings;embedded parts;assembling

2016-09-15；

2016-09-20

杨 毅(1964-)，男，安徽太湖人，副总工程师、技术信息中心副主任、教授级高级工程师、一级注册建造师。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.04.006

TV663+.2

A

1671-6221(2016)04-0016-04