船闸浮式检修门快速对位问题探讨

张发明 江苏省交通工程集团有限公司

当前，结构简单的钢制浮式检修门在国内水利闸门等水工建筑物检修过程中十分常用，浮式检修门主要通过浮门止水面和门槽紧密贴合密封后拦住外围水，并将密封舱内积水抽干后为施工检修提供无水环境。这种操作技术下浮式检修门的吊装需要动用拖曳船舶，甚至是大型起重吊装设备，有些船闸因所处环境受限，起重设备及拖船无法接近，影响和耽误船闸正常检修；此外，浮式检修门主要在拖船的拖曳下并借助复杂的抽水、输水装置进行上浮、下沉和定位，由于浮门质量重、受风浪及水位影响较大，定位过程十分耗时，且对位精度不高，为此，必须进行船闸浮门检修方式的优化设计并积极探索船闸浮式检修门快速对位技术措施。

1.船闸概况

某水闸位于所属堤防工程上边界，水闸坝址控制流域面积1870km2，年流速均值52.4m/s，流量均值16.1×108m³。拦河坝共设置5孔泄水闸，孔口净宽10.4m，堰顶高程38.3m，泄水闸检修闸门高13.5m，设计挡水深8.5m，面板宽10.5m。检修闸门共划分为9节段，各节段密封腔长9.0m，单节段重量6315kg，总重量5.6835×104kg。检修闸门是该水闸工程的重要组成部分，主要在水工建筑物检修过程中及停航检修中发挥挡水作用，其设计必须严格遵照国家技术规范。

2.浮式检修门作用原理

浮式检修闸门在闸室需要检修的过程中通过拖轮将浮门拖曳至闸室下游闸孔前，主要借助上下游水位差及水体浮力，使浮门体对准闸门孔，待浮门内压载舱进水后使其止水面和门槽紧密贴合，并借助浮门侧部及底部橡胶密封条密封挡水。同时关闭闸室上游闸门，通过浮式检修闸门内水泵抽干闸室内积水，并使浮式检修闸门上下游侧达到最大水位差。抽干闸室内水后维修技术人员便可进入闸室进行机械设备检修，结束后将上游侧闸门开启，水流进入闸室后浮式检修闸门上下游侧水位达到一致，压载舱内压载水也通过浮式检修闸门排除后门体上浮，最后通过拖轮将其拖回。在以上过程中，通过抽排水控制浮式检修闸门内部水仓水位以达到改变门体结构自重的目的，结合电磁流量计对流量情况的监控，通过控制电动调节阀开度确保闸门平稳沉浮。

就当前的技术水平来看，船闸浮式检修门的定位过程主要受到拖曳船舶船舵效率、常规手动调节方式安全系数、实时监测数据等方面的影响较大。现阶段所用拖曳船舶功率小、稳定性差、船舵效率低，且很难在下游有限宽度内实现转向和调位；常规手动调节螺旋千斤顶以调整门体端面和门槽水平位左右间距的做法安全系数低，精度差；浮式检修门下沉量实时监测结果精度低，很容易造成判断失误，安全隐患十分突出。

3.浮式检修门快速对位措施

完成船闸浮式检修门定位设计后，下沉条件基本具备，开启中央水仓冲水孔阀门并向仓内注水即可下沉。为确保下沉过程的平稳，必须加强门体左右端下沉量累计值的实时监测，并根据监测结果调节门体左右水仓电动阀门开度，保证左右水仓及调节水仓均匀注水。具体而言，可以采取的浮式检修门快速对位措施主要包括以下方面。

3.1 门槽系缆装置设置

主要借助外力的辅助牵引使浮式检修门切入门槽基准点，快速入槽，并通过缆绳和门槽挂钩为浮式检修门提供纵向牵引力，协助浮门顺利入槽。参考船舶系缆装置进行浮式检修门系缆装置设置，为降低操作难度、节省操作时间，应采用系缆钩协助浮式检修门系缆，并在顺利入槽后快速解缆。拖曳船舶为船队提供初始动力进行浮式检修门牵引，初始拖曳速度为0.2m/s，拖船质量87t，当船首接近门槽时通过钢丝绳连接浮式检修门和系缆，系缆便对拖曳船舶造成拉力，使船舶运动趋于静止，这一过程耗时5s，按照相关规范，可得出系缆钩尺寸和系缆力之间的数值关系，具体见表1。

表1 系缆钩尺寸和系缆力之间的数值关系

根据能量守恒定理，可得到以下公式：

式中：M—浮式检修门自重（kg）；v1—拖曳船舶初始速度（m/s）；m—拖曳船净重（t）；v2—拖曳船行进速度（m/s）；F—系缆钩对拖曳船舶拉力（kN）；t—拖曳过程耗时（s）。通过整理可以得出F=Mv1/t，则F为35kN，考虑到浮式检修门负荷后最终选用50kN系缆钩。

本船闸工程检修工作通常安排在流域枯水期，浮式检修门快速定位过程中只用考虑下游水位，根据统计结果，近年来船闸处下游水位最大值为41.57m，出现在1月，最小值为39.76m，出现在3月。浮式检修门设计高度13.5m，自由吃水3.5m，净高10.0m，考虑枯水期下游水位因素后浮式检修门系缆钩应当设置在49.76～51.57m高度处，并在门槽底高程52m处开设正方形槽口后内嵌式安装，形成横向梯形柱，并在柱底面横向植入钢筋、环氧浇筑，在钢筋尾部焊接筋板，连接系缆钩。

通过合理设置门槽系缆装置辅助牵引设置，通过钢丝绳连接入槽浮式检修门和墙体系缆，可为浮式检修门提供纵向牵引力并快速确定出入槽定位基准点，还能增大拖曳船舶稳定性，比浮式检修门常规入槽操作方式更节省时间。

3.2 门槽间距调节

通过拖曳船舶及上绞盘配合拉动使浮式检修门到达门槽位，端面会与门槽位存在一定宽度的水平间隙，为确保浮式检修门稳定沉浮，必须重点调整以上间隙，将其均匀控制在50cm左右，并确保间隙两端尺寸一致，避免门槽沉浮时出现卡组现象。在常规操作下，通常在浮式检修门和闸墙门槽间隙间铺设枕木，架设螺旋千斤顶，以手动方式调节千斤顶，达到调节门槽间隙的目的。

为达到浮式检修门快速精准对位的目的，必须进行以上常规操作流程的优化与改进，具体如下：按φ25cm＊70cm尺寸在浮式检修门顶部装枕木端面加强筋中心处开孔，焊装φ20cm＊70cm螺母套，并配套采用长140cm的螺杆，构成自锁式螺旋副结构，将尺寸5cm＊10cm的摇柄焊接在螺杆端面。自锁螺旋副行程主要通过摇柄进行调节，并结合浮式检修门两端面所固定的螺旋副进行左右间隙同步调节，以达到控制间隙的目的。

与常规的手动操作千斤顶调整间隙的做法相比，此设计无需架设枕木和千斤顶，施工效率高，施工安全有保证。在浮式检修门整体结构及应力情况不变的情况下，通过在浮式检修门两侧安装螺旋副结构，并采用同步操作方式保证精准定位。

3.3 浮式检修门沉浮控制

借助实时监测数据进行浮式检修门电动调节阀开度的精准控制，以控制浮门平稳沉浮，根据所在流域枯水期下游水位统计结果，将三脚架式固定支架安装在闸室左右导航墙浮式检修门门槽内侧高程52m位置，并在支架上安装电流型位移传感器。三脚架式固定支架结构详见图1，通过角钢焊接+膨胀螺丝的方式将三脚架式固定支架固定于门槽上游侧，并采用螺栓连接方式将拉线式垂直位移传感器安装在固定支架上以进行测量数据采集。相关数据通过线缆实时传送至浮式检修门控制系统，并经过逻辑控制单元进行编译后由系统自动调节左右端电动调节阀开度，确保浮式检修门快速、平稳沉浮。

图1 三脚架式固定支架示意图（单位：cm）

4.结论

综上所述，常规浮式检修闸门在水工建筑物及机械设备检修过程中发挥着重要作用，其在停航检修期间主要通过下游挡水，为下游人字门、闸室廊道等提供无水检修环境，为此，浮式检修门的设计与运行必须稳定可靠。本文提出的三种浮式检修门快速精准对位措施，分别为设置门槽系缆装置、调节门槽间距及控制浮式检修门沉浮，对于船闸工程水工建筑物检修过程中浮门快速定位及检修效率的提升十分适用。