船闸闸门吊装工艺的研究与应用

2022-02-24耿新林

中国港湾建设 2022年1期

关键词：闸室吊耳吊车

耿新林

（中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

我国京杭运河水运工程正处于大力发展时期，货运量逐年增加，需要快速地提升航道的通航能力。船闸正是提升通航能力的重要措施，船闸项目的施工进度是其中关键问题，提升重要节点的施工进度是制约整个项目施工进度的重要难题。

1 工程简介

韩庄船闸为Ⅱ级船闸，位于微山县韩庄镇东南约1 km 处，下游距枣庄市万年闸16.4 km，上游距微山湖湖口约4 km。韩庄船闸自2000 年12月竣工以来，已经连续运行15 a。近年来，由于江苏沿运河经济及上海、浙江等地对山东资源需求不断增加，船闸实际货运量已超过设计通过能力。为确保京杭运河航道高效畅通，充分发挥京杭运河的航运功能和效益，适应地方经济社会发展的需求，迫切需要建设韩庄复线船闸。

韩庄复线船闸按Ⅱ级船闸进行设计，设计最大船舶吨级为2 000 t。船闸尺寸为230 m×23 m×5.0 m（闸室有效长度×闸室宽×门槛最小水深）。船闸承受单向水头作用，设计水头5.9 m，全闸共布置4 扇工作闸门和4 扇阀门，上、下闸首工作闸门各2 扇，左右对称，采用横梁式钢质平板人字门。

闸门吊装的施工质量、安全及进度是船闸施工的关键环节，也是制约项目整体工期的关键因素，其按照规范GB/T 14173—2008《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》[1]进行，其评价按照规范JTS 257—2008《水运工程质量检验标准》[2]，闸门防腐满足规范SL 105—2007《水工金属结构防腐蚀规范》[3]中的要求。本文对闸门的整体吊装及分节吊装2 种施工工艺进行分析，进一步明确各自优缺点、适用环境，并重点对分节吊装施工工艺进行阐述，供类似工程参考借鉴。

2 施工方案优化

2.1 方案比选和确定

以上闸首闸门为例，其单扇闸门尺寸为10.98 m×13.584 m×1.5 m（高×宽×厚），为3 节闸门拼装成型，如图1 所示，单扇最重一节29.5 t。

图1 上闸首闸门背面结构图Fig.1 Structural diagram of the back of the upper head gate

从适用性、施工效率、质量安全、经济适用性等方面考虑，对整体吊装及分节吊装进行对比，如表1 所示，综合比选确定分节吊装施工工艺，并成功实施。

表1 整体吊装与分节吊装施工工艺对比表Table 1 Comparison of construction technologies between integral hoisting and sectional hoisting

2.2 方案工艺流程

闸门吊装主要分为分节吊装工艺和整体吊装工艺，分节吊装工艺流程见图2。

图2 闸门分节吊装施工工艺流程图Fig.2 Flow chart of sectional hoisting construction of lock gate

2.3 操作要点

上闸首闸门由于闸室检修门底槛阻隔，无法搭接拼装、焊接施工平台，如图3 所示，故上闸首闸门采用单扇分节吊装工艺，因地形狭小需先进行施工机械的位置确定，后根据施工机械调整材料的堆放。

图3 上游侧吊车吊装位置示意图Fig.3 Schematic diagram of hoisting position of crane on upstream side

下闸首工作闸门尺寸13.18 m×13.584 m×1.5 m（高×宽×厚）。下闸首可在闸室底平台上进行搭接拼装、焊接施工，所以采用闸门整体吊装工艺，平台搭设的位置应处于吊车吊装时合理作业区域内，见图4。

图4 下游侧吊车吊装位置示意图Fig.4 Schematic diagram of hoisting position of crane on downstream side

上闸首进场道路需满足200 t 汽车吊（配重69 t）和40 t 运输车加闸门的承载，并保证距离检修门底槛20 m 范围内的工作区域。下闸首进场道路需满足400 t 汽车吊（配重120 t）的承载和40 t运输车加闸门的承载。

进场道路及上闸首距离检修门底槛20 m 区域和下闸首闸室底部需填平做硬化处理，吊装位置根据现场实际情况准备预铺设钢板。

吊装前需拆除吊装物件回转半径范围内的脚手架及其它支架等，作业区域内堆放的模板、钢管、机具、设备及其它障碍物均需清离，作业区域需打扫干净，进行临时围挡警戒。

吊车从预先修好并经监理工程师认可的临时进场道路到闸室。闸室宽23 m，设备拖车将闸门移到主吊车能起吊的位置，主吊车和辅吊车一起把闸门抬起约2 m，然后主吊车起钩缓缓立起闸门，将闸门在空中翻身。闸门完全站立后，辅吊车撤离，主吊车就位。

1）上闸首闸门吊装方法

上闸首闸门单扇分节吊装，闸门进场后，用200 t 吊车将闸门底节抬至上游底槛上待吊装。200 t 吊车经过总包方提供的现场道路开至上闸首上游侧，上闸首上游距离检修门底槛20 m 应填实硬化处理并铺设钢板，将200 t 吊车倒入上闸首上游侧尽量贴近检修门底槛的位置，顺行车的方向铺设稳定层厚20 mm 垫板道，由50 t 吊车辅助主吊车，将吊钩挂在闸门两侧吊环上开始起吊，当闸门离开地面高度2 m 左右时，50 t 吊车撤离，200 t 吊车继续起吊，直至闸门处于与闸室地面垂直位置，校正安装位置后，闸门底枢的回转中心（蘑菇头中心）应保证有足够精确的同心度，反复检查安装位置直到闸门落到闸室底部，中节和顶节吊装同底节，分节处固定牢固，并焊接固定。

2）下闸首闸门吊装方法

下闸首闸门在现场平台上拼装焊接后整体吊装，将完成的闸门平行拖至安装位置，将400 t 吊车驶入下闸首闸门安装处，尽量贴近闸门安装位置，下闸首底槛下游侧应用土填实并铺设钢板，由100 t 吊车辅助400 t 主吊将闸门吊起，待闸门竖直后100 t 吊车撤离，然后400 t 吊车将闸门旋转至闸门安装位置，校正安装位置后，闸门底枢的回转中心（蘑菇头中心）应保证有足够精确的同心度，反复检查安装位置直到闸门落到闸室底部。

2.4 受力计算

1）钢丝绳的许用拉力计算采用估算法。上闸首闸门最大起吊重量为29 500 kg，下闸首最大起吊重量85 000 kg；计算采用2 对钢丝绳起吊受力，吊装时钢丝绳夹角为60°～90°，计算角为60°，选用绳φ60-6×37（a），公称抗拉强度1 570 MPa，安全系数取6。

根据GB/T 20118—2006《一般用途钢丝绳》[4]第4 组6×37（a）表19，考虑钢丝绳不均匀受力，折减系数取ψ=0.82。

计算结果满足要求。

2）卸扣强度计算

上闸首闸门最大起吊重量为29 500 kg，下闸首闸门最大起吊重量85 000 kg。

上闸首采用16 t 卸扣，卸扣的弯曲直径选用d=52 mm，卸扣销子直径为φ64 mm，根据SL 74—2013《水利水电工程钢闸门设计规范》[5][σ]=150 MPa，计算结果满足要求。

下闸首采用50 t 卸扣，卸扣的弯曲直径选用d=107 mm，卸扣销子直径为φ96 mm，根据《水利水电工程钢闸门设计规范》[σ]=150 MPa，计算结果满足要求。

3）上闸首临时吊耳

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》，容许局部紧接承压应力[σcj]=80 MPa；孔壁抗拉应力[σk]=115 MPa；容许拉应力[σ]=150 MPa；焊缝的容许应力[σ]=150 MPa。

上闸首单节门叶最重29 500 kg，设计吊装时采用2 只吊耳均匀受力。取吊钩卸扣所配中心孔径r=40 mm，d=80 mm，板宽取B=240 mm，材质为Q235，板厚δ=30 mm，R=120 mm。经计算：

吊耳孔壁承压应力为60.23 MPa＜[σcj]；吊耳孔壁抗拉应力为75.29 MPa＜[σk]；焊缝的应力为20.07 MPa＜[σ]。

最终选择吊耳参数：δ×H×B=30 mm×220 mm×240 mm，d=80 mm，R=120 mm，两边开坡口焊接。

4）下闸首临时吊耳

下闸首单节重85 000 kg；设计吊装时采用2只吊耳均匀受力，每只吊耳均承受荷载。经计算，最终选择吊耳参数：δ×H×B=66 mm×340 mm×340 mm，d=100 mm，R=340 mm，两边开坡口焊接。

经过对闸门吊装、焊接的各个主要受力部件进行受力分析、刚度计算和强度计算，所有部件均能够满足现场的使用要求，安全可靠。

3 工艺实施效果

3.1 依托工程的实施效果

本工程上闸首结构复杂有门槛制约没有足够的施工场地，无法进行整体吊装，故采用分节吊装的施工工艺，共耗时5 d，成本约6 万元。下闸首闸门靠近闸室底板有足够的施工空间，可以搭建拼装、焊接的施工平台，所以采用整体吊装，共耗时10 d，成本约18 万元。整体吊装与分节吊装相较而言，分节吊装具有施工效率高，工期较短，成本较低的优点，整体吊装的优点是焊接过程中质量较好控制，吊装过程中高处作业较少。