芦潮港水闸弧形钢闸门与启闭机质量检测及卡阻原因分析

王海斌

弧形钢闸门与液压启闭机广泛应用于我国水利工程建设中，浦东芦潮港节制闸弧形钢闸门及液压启闭机运行时，闸门卡阻并伴有异常声响，影响工程运行安全。本文通过“三检测，一排查”，对既有工程弧形闸门支臂铰轴同轴度检测方法进行创新，科学分析产生卡阻的原因，为加固处理提供依据，供类似闸门情况参考。

一、工程概况

芦潮港水闸地处上海市浦东新区临港新城，位于长江口和杭州湾交汇处，属于一线海塘水闸，其功能集挡潮、挡咸、排涝为一体，是南汇区沿杭州湾的重要排涝口门。水闸规模为总净宽3×12m，采用3孔内外双道弧形门，配套液压启闭机，闸门设备启闭采用双吊点集成式液压启闭机，启门力为2×1000kN，液压杆通过旋转支架带动弧门进行启闭操作。该启闭机通过一套液压系统控制，系统每次最多控制1扇闸门启闭，液压启闭机房布置于工作桥桥面下。

该闸2018年6月建成投入运行以来，外河主闸门与内河应急闸门启闭均出现卡阻与异常声响，为找到产生原因，为加固设计、消除隐患提供科学依据，对闸门启闭机进行了针对性检测与分析。

二、检测内容

引起闸门运行卡阻的因素比较多，主要有以下几种：第一种因素是埋件安装偏差大，造成孔口局部宽度变小，闸门运行时会出现卡阻，并在止水橡皮与埋件接触处产生异常声响；第二种因素是支臂或支铰轴孔同轴度安装偏差较大，闸门运行两侧受力不均，闸门卡阻并在支铰与轴连接处发出异常声音；第三种因素是液压启闭机油缸加油时排气不完全，闸门两侧给力不均匀，引起卡阻并在轴承处产生异常声响；第四种因素是闸门变形较大、扭曲，引起卡阻并在铰轴处产生声响。

结合本工程实际情况，依据《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》（SL 101-2014）（以下简称《规程》）相关技术规定，制订了“三检测，一排查”检测技术方案，即通过闸门外观与现状检测、启闭力检测及轴孔安装偏差检测，以及启闭机液压缸加油时的排气情况调查与排查，综合分析闸门启闭机运行时卡阻原因。

（一）外观与现状检测

《规程》规定，外观与现状检测包括闸门外观与启闭机现状检测，检测时要详细了解闸门和启闭机制造安装竣工验收情况，重大缺陷处理情况，运行、维修、保养情况和运行中曾出现的其他情况等；对闸门和启闭机制造安装存在缺陷部位或零部件、运行时曾发现异常的部位或零部件进行重点检测，确定闸门启闭机联合运行异常现象产生的部位，为后面针对性检测与分析提供依据。

经检测，该工程闸门无异常变形、扭曲现象，启闭机现状良好，活塞杆无异常变形，液压系统状态良好，油缸加油时反复排气，排除闸门启闭机因变形或液压系统等原因引起闸门卡阻。

（二）启闭力检测

启闭力检测可采用直接检测法或间接检测法。直接检测法是采用测力计或拉压传感器直接测量启闭力，间接检测法是采用动态应力检测系统，测量吊杆、传动轴的应力，再经换算得到闸门启闭力，对于液压启闭机也可以通过测量液压缸体的油压间接得到启闭力。

该闸液压启闭机缸体及附近管道不具备安装油压表条件，油压法无法检测。考虑到该闸启闭机与闸门通过拉杆相连，采用应变片法检测拉杆应力，乘以拉杆截面积，就是检测闸门的启闭力。

测量时为了减少偶然误差，确保粘贴的应变片与吊杆完全平行，同一截面粘贴3个应变片，3个应力片应力结果差值小于10%，即认为应变片粘贴正确，取其最大值为代表值。如果3个应力片应力差值较大，应分析数据离散性的原因，重新粘贴应变片复测。

本工程启闭力检测结果见表1。

表1 闸门启闭力检测结果表

结合图1、图2时程曲线可知，闸门启闭过程中左、右拉杆受力时程曲线相似性差，同一时间点，两侧拉杆力值差较大，进一步量化了闸门运行时的卡阻程度。

图1 3#主闸门启闭过程左右拉杆时程曲线图

图2 3#应急闸门启闭过程左右拉杆时程曲线图

（三）轴孔安装偏差检测

为了保证闸门运行平稳、无卡阻，《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》（GB/T 14173-2018）（以下简称《规范》）第8.3条款规定，弧形闸门铰座中心对孔口中心线距离安装偏差应控制在1.5mm以内，铰座高程、里程安装偏差应控制在2mm以内，铰座轴孔倾斜度应小于等于千分之一，轴孔同轴度偏差应在1mm之内。前三个参数检测，需要借助于水闸施工过程中的孔口中心线或安装基线，该工程已运行多年，孔口中心线及安装基线无法放样或重现，现无法直接测量；铰座轴孔倾斜度可以采用水准仪直接检测；轴孔同轴度是指两侧轴孔相对位置，一般是通过高差及相对于某安装基线的水平距离表示，高差可以采用水准仪测量，相对于原安装基线水平距离现无法直接测量。

综上所述，创新检测方法，根据闸门轴孔布置示图（见图3），选取a1b1a2b2、a2b2a3b3轴心点组成2个有代表性的空间四边形，其中a1b1a2b2四点位置代表两侧油缸支架轴孔的安装位置，a2b2a3b3代表油缸支架及闸门支臂轴孔的安装位置，在安装无偏差的情况下，由几何常识可知，4个轴孔中心点对角线差应该为零，在四边形4个角点高差可检已知情况下，对角线差值扣除高差就是四个轴孔中心相对于原安装基线的水平位置偏差。采用高精度全站仪就可以同时检测出四边形对角线差值及两条边上轴心点高差，实现评估各轴心位置相对于原安装基线或孔口中心线的位置偏差，具体成果见表2。

图3 闸门各轴孔布置示意图

表2 轴孔安装偏差检测成果表

由表2可知，闸门两侧轴孔高差、对角线差值远超出规范允许值，结合外观与现状检测结果，该闸金属结构与启闭机械外观良好，未见异常变形现象，液压启闭机更换液压油时，维保单位进行了多次排气处理，液压系统状态良好，排除了液压启闭机系统问题。因此，可以推断闸门卡阻、异常声响是闸门两侧各轴孔安装偏差较大引起的。

三、结语

通过对浦东芦潮港节制闸弧形钢闸门及液压启闭机运行质量检测，找到了闸门卡阻的原因，为后期科学制订加固处理方案提供了依据。在现场检测条件有限的情况下，通过灵活运用水利行业技术规范，创造性提出了弧形闸门在孔口中心线或原安装基线无法重现情况下，铰座轴孔安装偏差的检测方法，是对《规程》《规范》等规范内容的补充与丰富，相关弧形闸门安装质量检测与水利工程金属结构安全检测工作可以加以借鉴与运用■