葛洲坝船闸输水廊道平板检修门漏水原因及对策

2020-02-26冉晓俊曹栋梁

水运工程 2020年2期

冉晓俊，曹栋梁，谭勇

(长江三峡通航管理局,湖北宜昌 443002)

1 背景

1.1 基本情况

葛洲坝1、2、3号船闸输水廊道充、泄水工作阀门的上、下游侧均设有平板检修门。在静水状态下，该检修门可以依靠起重设备落放后对输水廊道进行临时封闭，再通过抽排水将阀门井或闸室的水排干。每座船闸配备平板检修门4套，其中1号、2号船闸廊道平板检修门门体由上、下2节连接组成，下节门叶尺寸5 800 mm×3 800 mm×865 mm(宽×高×厚)，上节门叶尺寸5 800 mm×3 380 mm×800 mm(宽×高×厚)。3号船闸廊道平板检修门为整体式结构，门体外型尺寸3 680 mm×4 200 mm×795 mm(宽×高×厚)[1]。门体反向支承为弹簧钢板，侧向支承为金属滑块或导轮。门体吊装采用数根吊杆与起重机吊点连接，上节门体设有平压阀，采用平盖式，开启时可向阀门井充水。门体设有顶止水、侧止水、底止水和节间止水，其中顶止水、侧止水为P型橡胶止水，主要依靠水压力将止水与止水座板贴合止漏；底止水、节间止水为条形橡胶止水，主要依靠门体自重压缩橡胶止水止漏。

1.2 门体漏水情况及其影响程度

在葛洲坝船闸排干检修实际工程运用中，输水廊道平板检修门落放后产生漏水现象较为普遍，其中又以葛洲坝船闸1号、2号船闸较为突出。根据现场观察及调查统计，底止水、4处转角止水、节间止水等部位漏水频率较高(图1)。

图1 门体各部位漏水概率分布

检修抽排水是船闸大修的关键项目之一，对于需要排干闸室的停航性大修工程，平板检修门落放后一旦发生较大漏水，就难以准确判断(尤其是抽排水初期)漏水的门体漏水程度、部位；即使找出漏水部位，也难以采取实施直接、有效的封堵措施，更不允许有二次落放或重新调整门体的机会。因此，漏水对船闸检修工期的影响，轻则延长抽排水时间4～6 h，重则延长抽排水时间1～3 d，相应地增加了船闸检修工期保障的不确定性。在当前船闸有限的通过能力和日益增长的过闸需求的情况下，显然不能适应船闸快速检修的要求和满足黄金水道发展的需要。因此，如何保证平板检修门落放后的止水效果具有重要的意义。

2 门体漏水原因

2.1 门体姿态倾斜

在船闸检修实践过程中，常会遇到这样的情况：同一扇检修门、相同的落放方式，在不同时间点的2次落门，止水效果截然不同。该情况基本可以排除门体、门槽等客观因素导致漏水的可能性。通过对门体构造和起吊作业特点的对比分析，发现主要原因在于门体在落放过程中很容易发生姿态倾斜，若在落放到位前不能调整适应，则会导致门体止水与座板之间局部间隙较大而漏水。一方面，门体宽高比接近1，且采用单吊点进行落放操作，自身稳定性差，落放时因门体中心线与门槽中心未对中、两侧受力(导向支承或止水与埋件之间摩擦力)不均衡等因素容易导致门体姿态倾斜；另一方面，因门体下部侧向滑块设置部位距离门体下缘1.5 m，门体在落放到位前进行自行调整的过程中，侧向导轨很可能会对该侧滑块产生支承用力，形成三点受力(图2)，其中最大倾斜角θmax≈0.4°，对应的最大间隙将达到34 mm。在这种情况下，门体止水与止水座板之间将产生严重漏水甚至漏量超过抽排流量。

注：F与f为支座反力。

另外，从止水形式上说，顶、侧止水采用P型止水，在一定水头的作用下，圆头型橡胶止水具有良好的变形适应性。国内相关研究成果表明：圆头P型橡胶止水与止水板之间即使存在一定的初始间隙，当挡水水头超过一定高度后，仍可进行封水[2]。因此，门体落放过程中的姿态倾斜通常对底止水、节间止水效果影响较大。这与近几次落门后的漏水检查情况基本一致，底止水、节间止水处产生漏水概率较侧止水大，且该漏水受门体落放后门槽空间局限，难以实施有效封堵。因此，门体落放过程中的姿态倾斜是影响门体止水效果的关键因素之一。

2.2 顶部平压阀门未有效闭合

船闸输水廊道平板检修门落放后期处于水下，其难度在于不能直观、有效地掌握其落放状态，在抽排水初期也难以确定门体漏水情况和部位，但也有规可循。在葛洲坝船闸几次门体落放后的漏水封堵处理中，采用向门体倾倒煤渣的方法，使部分门体漏水程度明显减轻，取得了较好的效果。根据门体构造情况，煤渣难以到达侧止水、底止水部位，对于能起到良好封堵效果的门体漏水情况来说，说明平压阀漏水的可能性较大。

葛洲坝船闸平板门平压阀采用平盖式，主要在检修完成后起到阀门井充水平压作用，在平板门落放时要求处于关闭状态。影响平压阀有效关闭的因素很多，如平压阀自身有无损坏、卡涩现象，吊杆长度选配是否合理等。通过对3座船闸吊杆使用情况的调查统计得知，1、2号船闸间平板检修门吊杆在使用过程中存在交叉借用现象；同一船闸不同检修门间吊杆共用，导致单个检修门吊杆配置非固定。另外，因吊杆制造精度误差及后期门槽改造后锁定位高程变化等因素，吊杆在共用或借用过程中常出现富余长度不足或过长的问题。平压阀在门体到位后尚有200～240 mm的关闭行程，难以确定其是否处于闭合状态，因此吊杆配置太短导致的平压阀未有效闭合常常不易被发现。另外，若选配的吊杆过长，吊杆容易在节间产生较大弯折，导致门体平衡梁和平压阀吊点部位斜向受力，也有可能影响平压阀的正常闭合。

2.3 止水选型安装与设计不符

平板检修门主要依靠安装在门体上的止水与门槽止水座板埋件之间的紧密贴合达到封水效果，而止水压缩量是衡量该效果的一个关键性指标[3]。现场检查分析表明，船闸现有门体止水与设计相比较，因使用过程中的老化徐变[4]和安装时的误差等因素影响，主要存在以下几个问题：1)底止水下缘高度不等，呈现波浪形弯曲，不满足平整度要求，高度相差5 mm；2)底止水与其垫层同高或止水厚度过大；3)底止水下缘未做倒角处理；4)侧面P型止水与底止水、侧面P型止水与节间止水在衔接处两者齐平；5)底止水与侧止水过渡部位水封损坏(图3)。

图3 门体止水安装

根据橡胶元件应力应变关系计算底止水压缩量，结果如下：下节门底止水压缩量5.3 mm(若考虑垫层协同受力，下节门压缩量3.2 mm)；上节门节间止水压缩量1.9 mm(考虑止水垫板协同受力，上节门节间止水压缩量1.2 mm)。

为保证良好的止水效果，船闸门体止水预压缩量一般在2～4 mm[5]。根据上述计算结果，止水厚度选型过大、止水垫板与止水协同受力、底止水下缘不平整都会减少局部区段压缩量，导致门体止水的局部漏水，但是上述因素通常在门槽底槛不平等因素共同作用下，可能会加剧橡胶止水的漏水程度。

2.4 门槽异物卡阻

门槽异物来源途径很多，会直接导致门体落放不到位，底止水与底槛之间因存在间隙或止水压缩量不足而漏水，漏水量往往较大。根据现场实际情况，检修中主要的异物来源有：1)在输水过程中门槽底部有残留异物滞留，或者井内水体悬浮或漂浮类异物；2)门槽盖板揭开后，盖板承台或闸面异物在施工过程中落入井内；3)门体门格内异物。

除上述因素可能导致门体漏水外，还有门槽二期混凝土及埋件状况、门体吊装时吊车位置、门体上下两节在落放过程中的错位等，都有可能导致门体漏水。但是相对来说，上述因素出现的几率较小，部分因素影响程度有限，或在预先可以通过水下检查等方式发现并予以排除。

3 处理措施

3.1 避免门体姿态倾斜

避免门体姿态倾斜最为直接的方式就是在门体最下部(主梁附近)增加侧导向装置，或在条件允许的情况下减小侧导向与侧轨之间的间隙，但该间隙不可小于5 mm，以消除或改善门体姿态倾斜的影响。对于葛洲坝1、2号船闸来说，门槽因靠近门槽底部一段未设侧导轨，其中1、4槽均需要进行水下工程，难度较大，因此可以考虑将门体侧导向装置由原来的刚性金属滑块更换为弹性滑块或导轮(图4)。由于弹性滑块具有一定的压缩余量，门体能满足门体在落放到位前对自身姿态进行调整，避免门体发生因侧导向限制而落放不到位的问题[6]。

图4 侧向弹性导向装置

除上述改造措施外，还可以通过在门体上安装高精度水下倾斜仪，实时监测门体落放过程中的水平姿态，发现异常立即进行有针对性的调整。

3.2 合理配置吊杆

重新配置3座船闸吊杆，充分考虑锁定梁顶部高程、门槛底部高程、平压阀关闭行程、顶节吊杆锁定位至吊耳中心高度等参数，建议富余距离在0.2～0.4 m。吊杆总体按照“n节标准杆+1节顶部调整杆”的原则(图5)，其中标准杆规格一致，可以共用；调整杆为单个阀门井固定使用。

图5 门体吊杆配置

3.3 更换或修复止水

更换或修复现有受损和超标止水，保证止水足够压缩量，内容包括：调整下节门、节间底止水下缘高度，保证高度齐平；对下节门、节间底止水下缘进行锐角倒角处理；更换厚度超标的条形止水，对止水垫层超出部分进行割除；调整P型侧止水与底止水衔接部位高度，确保门体落放后两者高度相匹配；对侧止水与底止水衔接部分止水受损部位进行修复；修复平压阀受损止水。

3.4 检查清除门槽异物

针对门槽异物，在对门槽轨道、止水座板贴合面等预埋件进行详细检查的基础上，扩大检查范围，包括检查门槽井口承台及其周边、井内水面状况，发现异常应立即进行清理。

对个别门体落放异常的门槽水下部分轨道、止水面及底槛等部位埋件进行水下详查和复核，确保门槽及其埋件状况良好且正确。

3.5 其他

在落放工艺方面，为尽量减少摩擦力对门体落放的影响，将一次性落放到位调整为二次落放到位工艺：即第1次落放到位后，提升50 cm的高度，重新检查、调整吊杆和门体中心线是否对中，确认无误后第2次再匀速落放。其目的在于：采用二次落放时，各部位摩擦系数随次数的增加而减小，即摩擦的“软化效应”，有助于门体姿态的重新调整。