龙门吊在事故闸门临时启闭落闸中的应用

2016-08-02袁兴泽辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站辽宁沈阳110003

东北水利水电 2016年3期

关键词：龙门架

袁兴泽（辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站，辽宁沈阳110003）

龙门吊在事故闸门临时启闭落闸中的应用

袁兴泽
（辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站，辽宁沈阳110003）

［摘要］针对工程围堰拆除过程中可能出现漏水的风险，采用龙门吊对进水口事故闸门进行临时启闭，即保证了围堰瘦身时的出渣通道畅通，又可以在围堰漏水时可阻断水流通道、防止其对下游地下厂房进行淹没。

［关键词］事故闸门；龙门架；临时启闭

1　工程概况

某工程取水口所处位置为大东沟与狍鹿沟间水库岸边的小冲沟内，距大东沟沟口0.8 km。取水口处库底高程为285.0 m左右，距离冲沟口约180.0 m左右，基坑开挖采用预留岩坎加围堰挡水的施工方案。

取水口平面尺寸为28.62 m×（11～17）m（长×宽），总高度为57.4 m。取水口前部设有拦污栅(拦鱼电栅）、分层取水口。取水口为独立式进水口，进水口后通过两条156.7 m长的压力隧洞与地下电站机组和旁通管相接，引水隧洞洞径均为4.5 m。每条压力隧洞进口各布置有1孔事故检修闸门，检修闸门孔口尺寸为4.5 m×6.75 m（宽×高）。闸门型式为平板定轮式。外形尺寸为5 840 mm×8 785 mm× 1 248 mm（宽×高×厚），闸门总重约46 t，设计水头52 m。闸门永久启闭机为1×1 600 kN卷扬式固定启闭机，工作状态为动闭静启，冲水阀平压。共2孔。

取水口前70 m处为施工围堰，围堰长81.70 m，堰顶高程307.5 m，堰顶填筑宽度13 m，最大堰高31.6 m（轴线处），围堰上、下游边坡为1∶1.3，堰体是由钻爆法洞挖石渣料经水下填筑而成。

2　临时下闸原因分析

由于进水口围堰拆除采用液压破碎锤、爆破等手段，会对围堰原有的防渗体系造成局部破坏，进而形成渗水或者漏水现象。因此在围堰拆除过程中，为了防止渗漏水、涌水对地下厂房等施工部位形成的安全隐患，围堰爆破拆除前，进水口事故闸门必须下闸挡水。

而取水口闸门安装受进水塔体型修改、闸门到货时间的影响，启闭机室及启闭机安装无法按期施工完成，围堰拆除前无法实现使用启闭机进行闸门下闸的方案，只能采取临时下闸方案，以保证围堰拆除按期安全进行。

3　临时下闸和启闭方案

利用180 t汽车吊进行2号闸门下闸，180 t汽车吊配合龙门架进行1号闸门下闸，龙门架配合10 t卷扬机进行1号闸门的启闭。1号闸门开启后作为围堰瘦身的出渣通道。

3.1 2号（左孔）闸门下闸

由于闸门总重46 t，下闸时的最小回转半径要求7～9 m，起吊高度要求50 m左右，因此下闸起重设备选用180 t吊重的汽车吊，2个10 t手拉葫芦配合门叶整体调平。

2号闸门门体下落至与底槛尚有1～2 cm距离时，在门叶的上游侧与反轨之间侧向打入三角形木质楔块，将门叶水封与下游侧的主轨水封座板紧密贴实，继续下落门叶至底槛。下闸后，立即进行闸门的透光检查和水封的密封度检查，发现问题及时进行调整和处理，确保闸门的封水良好。

3.2 1号（右孔）闸门下闸和启闭

1号闸门的下闸和无水启闭（启门力按60 t以上考虑）选用龙门架方案。启闭设备为10 t卷扬机，吊具为5轮80 t滑车组，承重钢丝绳直径为28 mm（安全系数为6～8倍，钢丝绳抗拉强度为1 870 Mpa，破断拉力48 t，共10股）。

180 t汽车吊将验收合格的门体吊至1号门槽孔口位置，进行临时锁定和加固牢靠后摘钩。

25 t汽车吊将提前制作完成的龙门架吊至孔口门体上方，进行龙门架的安装、调整和加固，龙门架立柱和斜支撑的地脚必须与仓号预留钢筋加固可靠，并且要设置型钢地梁。

龙门架安装验收合格，安装卷扬系统与闸门连接。

检查各系统无异常后，慢速启动卷扬机将闸门吊离锁定梁，悬吊30 min，不撤除锁定梁，检查起重系统各部位受力情况及承载能力，一切正常进行龙门架下闸作业。

闸门下至底槛后检查无异常情况后，将1号闸门提出孔口锁定，为进口出渣留出运输通道。

3.3下闸要求

1）下闸前，底槛及门轨表面上的水泥浆、杂物等必须清理干净。胸墙上的外露钢筋割除干净。底槛及门轨表面的遗漏焊疤、门轨接头焊缝必须打磨光滑，并补涂防腐油漆。门槽四周必须设置防护栏杆，确保施工安全。

下闸前必须在水封表面涂抹防冻凡士林，以保证水封润滑良好，避免水封表面与门轨表面干摩擦，损伤水封。

2）门体下落过程中，必须有专人随门叶一起，观测门叶下落情况及检查门槽的跨距尺寸，发现异常及时和吊车司机联系，确保下闸安全顺利，无卡阻现象。观测人员必须系好安全带和安全绳，安全绳必须在孔口牵引牢靠，且有专人负责和保护。

3）下闸指挥人员必须站在孔口位置，便于与汽车吊司机、门叶上的作业人员保持联络畅通，通信工具为对讲机。对讲机必须完好。

4　事故闸门设计与强度校核计算

4.1事故闸门临时下闸龙门架设计

支撑架采用DN400×10的无缝钢管进行加工制作，承重梁采用63 a工字钢，斜撑采用DN250无缝钢管现场焊接而成，所有焊缝高度为15 mm，龙门架布置形式。

4.2强度校核

计算简图，见图1。承重横梁为工字钢，两端固定，总长8 m，立柱为内径400 mm的钢管，壁厚8 mm，对工字钢进行选型并校核，对钢管立柱进行失稳校核。（考虑温度对钢材强度影响，室外温度按远低于常温计算）

图1　强度计算简图

4.2.1工字钢选型及强度校核

根据荷载的形式最大弯矩计算公式：

式中：P——闸门启闭力，t；L——承重横梁净跨，m；闸门启闭力取60 t，承重横梁净跨为7 m，根据公式（1）算得Mmax=514.5×106N×mm。

钢材的抗弯截面系数计算公式为：

式中：WZ——抗弯截面系数，cm3；Mmax——承重梁承受的最大弯矩，N×m；［σ］——在温度远低于常温时钢材许用应力，MPa；查钢材许用应力表得，在温度远低于常温时钢材许用应力为［σ］=112 MPa。

1）若选用一根工字钢，则抗弯截面系数为：

根据公式2，选用一根工字钢的弯截面系数为4 553.097 cm3，查杨慧丽主编GB706-88《工程力学》附表3热轧普通工字钢截面特性，x-x方向抗弯截面系数无此类型工字钢。

2）若选用两根一样长的同型号工字钢，则：

WZ2=Wz/2=2 276.549 cm3（4）

根据公式2，选用二根工字钢的抗弯截面系数为2 276.549 cm3，查工程力学》附表3热轧普通工字钢截面特性，56 a型工字钢x-x方向抗弯截面系数为2 342.0 cm3，满足要求，故选2根56 a型工字钢。

综合考虑各种不利因素影响决定选用x-x方向抗弯截面系数为2 984.3 cm3，选用两根63 a型的工字钢。

4.2.2 63 a工字钢强度校核

工字钢最大强度应力计算公式如下：

式中：σmax——工字钢承受的最大强度应力，MPa；Mmax——承重梁承受的最大弯矩，N×m；Wz——工字钢沿x-x方向的抗弯截面系数，cm3；

根据公式3算得63 a型工字钢最大强度应力：

式中：86.201 MPa小于容许应力112 MPa，故选用63 a型工字钢强度满足要求。

考虑摩擦力等其他因素，采用70 t集中荷载进行校核。根据公式1，算得最大弯矩：

最大应力：

式中：100.568 MPa，小于容许应力112 MPa，强度满足要求。

4.2.3 DN400×8钢管立柱失稳校核

压杆稳定校核公式如下：

式中：σ——钢管承受应力，MPa；N——钢管轴向力，N；A——钢管截面面积，cm2；准——偏心系数；［σ］——碳素钢钢管许用应力值，MPa。

查钢材许用应力表，在温度远低于室温情况下，壁厚小于10 mm碳素钢钢管许用应力值为［σ］=112 MPa。

查《工程力学》附表3，按GB706-88计算p334页，63 a型工字钢单位重量为121.6 kg/m。

钢管轴向力为工字钢重力和集中荷载之和，故

N=G工字钢+F=19.067+588=607.067×103N

钢管的截面惯性半径计算公式如下：

式中：i——截面惯性半径，cm；D——钢管外径，cm；d——钢管内径，cm；DN400钢管的外径为41.6 cm，内径为40 cm，代入公式5，算得截面惯性半径i为14.428 cm。

立柱为两端固定时，钢管的柔度计算公式：

式中：λ——钢管柔度；μ——长度系数；l——杆长，cm；i——截面的惯性半径，cm；立柱为两端固定时，杆长为13 m，i为14.428 cm，代入公式6，得λ=45.051。

1）稳定校核：

查《工程力学》表11-2，用内插法求得准= 0.907，准为折减系数。根据公式4计算得知，所以立柱钢管在60 t的荷载下不会发生失稳。

2）综合考虑各种情况，使用70 t荷载进行校核。该种情况下，柔度、折减系数均相同，N= 705.067 kN。根据公式4，计算得知σ=101.584 MPa。故在70 t的荷载下立柱钢管不会发生失稳。

5　闸门拼装及临时下闸的条件

1）门槽二期埋件安装至荦306.200 m高程以上。

2）通往进水塔的现有交通洞及施工道路不能满足大型吊车进出工作面，进水塔的下游侧至0号永久交通洞必须回填石渣至荦308.500 m高程，便于闸门的运输、吊装以及临时下闸汽车吊的进出和布置作业工位。

3）临时下闸的180 t汽车吊外形尺寸较大，0号交通洞内的洞衬台车底部宽度3.2 m，上部宽度2 m，高度4.4 m，不能满足汽车吊通行要求，需拆除台车内撑架。

4）为了避免设备的二次倒运，到货门叶要求生产厂家直接拉至进水塔现场（短板货车运输）。

5）180 t汽车吊原车标配准22 mm钢丝绳长度无法满足闸门下至底槛的要求，必须更换总长度为500 m的钢丝绳。

5.1闸门拼装

闸门的安装和验收必须满足DLT5018-2004《水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范》的规定。

事故闸门门叶共分为4件制作（3节门叶和1个吊耳），单元吊装最重件为上节门叶，重量为18.5 t。吊装时回转半径5～7 m，起吊高度13～15 m，门叶拼装设备使用50 t以上汽车吊。

闸门在1号门槽孔口下游附近位置采用躺拼方案。门叶下部支撑为80 cm高型钢板凳支架。通过搭设脚手架，挂钢丝线、测量仪器配合等手段对门叶的安装精度进行调整控制。

1）到货门叶及吊耳的外形尺寸检测符合设计和规范要求。

2）提前将承重型钢板凳调平整体加固牢靠。按底、中、上顺序逐节将门叶吊至板凳上，整体进行调整水平度和垂直度，外形尺寸合格后，进行节间焊缝的定位焊。

3）门叶整体调整验收合格，进行节间焊缝的焊接和检测。

4）进行吊耳的安装、焊接和检测。

5）进行水封的安装、调整。

6）进行闸门附件的安装。

5.2闸门拼装、焊接质量保证

1）闸门的安装，应按设计图纸的规定进行。

2）闸门主支承部件的安装调整工作应在门叶结构拼装焊接完毕，经测量校正合格后方能进行。所有主支承面应调整到同一平面上，其误差不得大于设计图纸的规定和要求。

3）分节门叶组成整体后，应对其各项尺寸进行复查。

4）充水装置在其行程内升降自如、密封良好，吊杆连接情况良好。

5）闸门水封装置安装偏差和水封质量要求应符合DL/T5018-2004的规定，止水橡皮胶合完成整体到货，接头不得有错位，止水应严密。

6）止水橡皮的螺孔位置与门叶和止水压板的螺孔位置一致，其孔径应比螺栓直径小1 mm。

7）整扇闸门主轮踏面应在同一平面内，其平面度误差不大于2 mm。

8）滚轮踏面与止水座基准面的平行度误差不大于0.5 mm。

9）吊耳孔的纵横向中心线距离的允许偏差为±0.5 mm；吊耳孔保持各自同心，其倾斜度不大于1/2 500。

10）为保证焊接质量，作业空间必须搭设保温棚。焊接严格按DL/T5018-2004的规定执行。

焊接保温棚使用准50钢管搭设，棚架周围采用阻燃篷布封闭，外部覆盖加厚普通篷布，搭设时四周需预留焊接排烟孔。保温棚内使用小太阳电暖气进行升温，确保焊接环境温度保持在-10℃以上。若焊接环境温度低于-10℃以下时，需对焊缝进行预加热，加热温度至60～100℃后方可施焊，加热设备为履带式加热板。

6　应急排水措施

如围堰在瘦身阶段出现可控制的渗漏水情况，在围堰下游2台流量100 m3/h的潜水泵及6寸钢管排水管路进行抽排水，在渗漏水可以控制的情况下打开事故闸门进行出渣施工，如水泵数量满足不了要求，经参建各方研究后确定下一步处理方案。围堰瘦身出渣期间在压力洞施工支洞交叉口段布置封堵用砂袋，并利用布置在2号压力洞左侧集水坑内的75 kW离心泵作为备用排水水泵，如围堰下游2台潜水泵出现故障，启用备用排水设施，进行排水，确保厂房施工安全。