水閘工程大型雙扉閘門啟閉機(jī)的安裝施工

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    1、概述
    泰國(guó)巴帕南水閘工程地處海岸邊，是該國(guó)一項(xiàng)重要水利工程。其主要功能是擋潮蓄淡，恢復(fù)和發(fā)展上游因海水浸漬而荒廢的土地，使其重現(xiàn)“糧倉(cāng)”生機(jī)，改變巴帕南流域的貧困面貌。該工程由中國(guó)水利電力對(duì)外公司聯(lián)合泰國(guó)兩家一等公司組成聯(lián)營(yíng)體中標(biāo)承建，金屬結(jié)構(gòu)部分委托北京院設(shè)計(jì)、夾江水工機(jī)械廠制造，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備總重約2600t。其中，水閘系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)是整個(gè)工程能否投入運(yùn)行的關(guān)鍵之一，而水閘系統(tǒng)雙扉閘門的跨度超過20m，就目前而言如此大跨度的雙扉閘門無論設(shè)計(jì)、制造或是安裝在國(guó)內(nèi)均屬首次。因此，無論業(yè)主、咨詢還是承包商，對(duì)這一部分都相當(dāng)重視。
    水閘系統(tǒng)是在新開挖的梯形復(fù)式斷面引河的上游修建一座10孔攔河閘，每孔凈寬20m。其中左右岸各有兩個(gè)邊孔設(shè)置4套雙扉閘門，中間6孔為單扉閘門，均采用1臺(tái)固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作。為了在檢修單、雙扉閘門時(shí)能擋住下游海水，在下游側(cè)設(shè)置10孔疊梁閘門固定埋件及1套活動(dòng)門槽，配備1套疊梁閘門及1套自動(dòng)抓梁，由汽車吊操作。
    2、雙扉閘門的結(jié)構(gòu)型式
    雙扉閘門由上扉門和下扉門兩扇門葉組成，下扉門的作用是擋水和泄洪，平時(shí)放置在底坎，泄洪時(shí)與上扉門一起提起。上扉門的作用是擋水和通過頂部溢流調(diào)節(jié)流量，平時(shí)，上下升降調(diào)節(jié)水位，泄洪時(shí)，與下扉門一起提起泄洪。兩扇閘門分別由門葉結(jié)構(gòu)、主輪裝置、側(cè)輪裝置、吊耳裝置以及水封裝置等組成。上下扉門各配備一臺(tái)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，兩機(jī)既可同時(shí)啟閉，也可單獨(dú)操作，使兩扇門扉能作相對(duì)滑動(dòng)。在上下扉相對(duì)滑動(dòng)(小流量調(diào)節(jié))或相對(duì)靜止(泄洪)的過程中，上扉門的上游面板始終作為止水座面和安裝在下扉門體上的封水橡皮壓縮以達(dá)到止水效果。
    上、下扉門體均為雙面板平面薄壁箱形結(jié)構(gòu)，由擋水面板、非擋水面板、縱向隔板、水平次梁、主梁腹板、內(nèi)外部爬梯等組成。下扉閘門的擋水面板設(shè)在下游側(cè)，上扉閘門的擋水面板設(shè)在上游側(cè)。為便于施工及檢修，在閘門的非擋水面板兩側(cè)各開設(shè)了兩列進(jìn)人孔，孔蓋采用格柵結(jié)構(gòu)。
    閘門采用懸臂定輪支承，下扉閘門左右兩側(cè)各4套主輪，上扉閘門左右兩側(cè)各2套主輪。主輪結(jié)構(gòu)采用偏心軸結(jié)構(gòu)，偏心量4mm。在主輪與軸的連接處設(shè)置了一平面滑動(dòng)軸承(SKF自潤(rùn)滑軸承)，可以消除閘門在水壓力作用下支承處產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角位移，從而保證主輪踏面與主軌工作面的良好接觸。側(cè)輪支承為滾輪支承結(jié)構(gòu)，上、下扉閘門每側(cè)各2套側(cè)輪裝置。滾輪與軸之間采用自潤(rùn)滑軸套(復(fù)合材料)，側(cè)輪支座與閘門結(jié)構(gòu)之間通過抗剪套及螺栓連接。下扉閘門為兩側(cè)面及底部三面封水，水封系統(tǒng)由側(cè)水封、底水封、轉(zhuǎn)角水封三種類型組成。由于閘門為雙面擋水，側(cè)水封截面形式為“Y ”形， 底水封及轉(zhuǎn)角水封截面形式均為“I ” 形。側(cè)水封和底水封通過轉(zhuǎn)角水封連接形成一個(gè)密封面，達(dá)到擋水的目的。上扉閘門的水封系統(tǒng)設(shè)置在下扉閘門的吊桿及面板頂部的下游側(cè)，構(gòu)成一“U ” 密封面，上扉閘門的上游面板則作為水封座面，達(dá)到擋水的目的。上扉閘門的水封系統(tǒng)水封截面形式均為“Y ” 形。上、下扉閘門均為雙吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，吊點(diǎn)距為19.6米，每個(gè)吊點(diǎn)上設(shè)置兩個(gè)動(dòng)滑輪，分別安裝在閘門兩側(cè)的吊耳板上，完成閘門與啟閉設(shè)備的聯(lián)接。閘門的主要參數(shù)見表1：

    3 、閘門安裝
    3.1 方案比選
    在安裝閘門前，業(yè)主和承包商立足現(xiàn)場(chǎng)的條件、施工設(shè)備和能力，對(duì)閘門的安裝方案進(jìn)行多方面的優(yōu)化。
    對(duì)于閘門的拼裝集中作了兩個(gè)方案：方案一是利用已安裝的門槽，把閘門分節(jié)運(yùn)輸?shù)焦さ氐母鞑糠忠来畏湃腴T槽(運(yùn)輸單元最重25t)，組成整體，調(diào)整后焊接，簡(jiǎn)稱門槽內(nèi)整體拼裝焊接；方案二是在安裝平臺(tái)上拼焊成20m長(zhǎng)，3m高幾個(gè)單節(jié)(單節(jié)最大重量47t)，然后依次把各節(jié)吊入門槽，最后焊接節(jié)間連接，簡(jiǎn)稱門槽外單節(jié)拼裝焊接。兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)很明顯：方案一的優(yōu)點(diǎn)是整體拼裝，各方面的關(guān)系可以在焊接前調(diào)節(jié)，且有利于節(jié)間的螺栓連接，缺點(diǎn)是焊接約束多、難度大；方案二的優(yōu)點(diǎn)是焊接方便，單節(jié)尺寸容易控制，缺點(diǎn)是節(jié)間連接的螺栓通過率較低，難以實(shí)現(xiàn)閘門的設(shè)計(jì)意圖。
    最后考慮其他條件即①現(xiàn)場(chǎng)條件因多年來海水入浸，土地漬化，施工進(jìn)點(diǎn)時(shí)全是爛泥塘，一片沼澤，大容量吊車移動(dòng)對(duì)鋪設(shè)臨時(shí)地基的要求較高；②巴帕南附近難以租到80t以上的吊車，遠(yuǎn)至曼谷租用，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)、費(fèi)用較高；③方案二的平臺(tái)拼裝需要較長(zhǎng)時(shí)間，且費(fèi)用較高。
    經(jīng)研究認(rèn)為門槽內(nèi)整體拼裝焊接的安裝方案既可行又節(jié)省資金，還加快安裝速度。由于本項(xiàng)目中閘門的水封座面、溢流面和安裝后不能防腐的部位均采用復(fù)合鋼板(1Cr18Ni9Ti+16Mn)，而不銹鋼的熱導(dǎo)率與低合金鋼相比差異較大，焊接變形難以控制。再加上上扉門的下游面板整個(gè)為水封座面，要求平面度和直線度不大于3mm，對(duì)焊接變形的要求又較高。為了保證方案的順利實(shí)施，必須對(duì)閘門的焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化和控制。
    3.2 閘門吊裝和裝配
    考慮閘門門葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸較大[下扉門外形尺寸為20.89m?10.86m?1.745m(寬?高?厚)，上扉門外形尺寸為20.89m?10.455m?1.4m(寬?高?厚)]，需將閘門結(jié)構(gòu)分成了多個(gè)制造及運(yùn)輸單元。下扉門門葉結(jié)構(gòu)共分為兩節(jié)，每節(jié)沿寬度方向分左、右段制造及運(yùn)輸，上扉門門葉結(jié)構(gòu)為一節(jié)，沿寬度方向同樣分左、右兩段制造及運(yùn)輸，主輪裝置、側(cè)輪裝置、內(nèi)部爬梯及進(jìn)人孔蓋均與對(duì)應(yīng)的單元裝配在一起。動(dòng)滑輪裝置及水封裝置等與門葉結(jié)構(gòu)解體運(yùn)輸。
    下扉門門葉結(jié)構(gòu)上下節(jié)之間采用法蘭連接，用不銹鋼螺栓把合，左右段之間采用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊縫，焊縫錯(cuò)縫200mm，水平次梁用連接段在現(xiàn)場(chǎng)搭接焊。每個(gè)運(yùn)輸單元除對(duì)接處敞口外均為封閉結(jié)構(gòu)。閘門出廠前，除水封裝置及外部爬梯外，所有結(jié)構(gòu)及裝置在廠內(nèi)組裝，并打上裝配標(biāo)記。
    門槽內(nèi)整體拼裝焊接的具體方法是在門槽安裝完畢，二期混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，預(yù)先在底坎上裝設(shè)4個(gè)墊塊作為門葉組合的基準(zhǔn)面，在每塊運(yùn)輸單元上焊接臨時(shí)吊耳。組合時(shí)先將門葉下節(jié)的左、右段吊進(jìn)門槽就位，吊裝時(shí)利用兩臺(tái)50t的吊車分別位于門槽上、下游側(cè)，通過兩臺(tái)吊車的配合完成閘門的移位、翻轉(zhuǎn)及入槽的各項(xiàng)工作。底節(jié)就位時(shí)在門葉上游側(cè)布置兩臺(tái)30t壓機(jī)調(diào)整垂直度，以防止吊裝頂節(jié)時(shí)因其傾斜而影響就位質(zhì)量。依靠固定支承法蘭進(jìn)行左右對(duì)縫調(diào)整，經(jīng)調(diào)整后的門葉拼縫錯(cuò)牙、扭曲及幾何尺寸完全符合單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)要求時(shí)，對(duì)門葉分縫進(jìn)行點(diǎn)焊，再按照底節(jié)吊裝方法將門葉頂節(jié)左、右兩段吊進(jìn)門槽，分別在左右邊柱和居中的兩組法蘭孔內(nèi)沿對(duì)角線方向裝上定位銷，并穿上連接螺栓，調(diào)整好門葉的各部分尺寸，最后對(duì)頂節(jié)門葉分縫進(jìn)行點(diǎn)焊，然后再次復(fù)核測(cè)定，當(dāng)確認(rèn)門葉形體結(jié)構(gòu)符合要求時(shí)，將各節(jié)間法蘭面的連接螺栓把合好。螺栓緊固遵循先內(nèi)后外、對(duì)稱分次緊固的基本原則，各螺栓緊固力矩相等。
    上述作業(yè)完成后，按相同的方法把上扉門吊裝完成，并點(diǎn)焊固定。
    3.3 焊接控制
    門葉組裝完畢并在各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均檢查合格后開始焊縫施焊。閘門焊縫情況為閘門面板及頂、底部鋼板的工地對(duì)接焊縫均采用雙“V”形坡口，節(jié)間連接處腹板為單“V”形坡口，對(duì)接處焊縫結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，便于工地施焊時(shí)控制變形。為了解決上下節(jié)結(jié)構(gòu)用螺栓把合后，兩腹板之間的防腐問題，腹板材料選用復(fù)合層鋼板，不銹鋼面朝外。
    對(duì)焊接來說，主要要求是既要保證焊縫或接頭的內(nèi)外質(zhì)量以滿足其使用性能，又要減少焊接變形以達(dá)到構(gòu)件的尺寸要求，這兩個(gè)要求是實(shí)際操作的基本出發(fā)點(diǎn)。一般情況，只要選取合適的焊接材料，按照規(guī)范規(guī)定焊接，基本可以保證焊縫質(zhì)量，所以編制閘門焊接工藝要求的關(guān)鍵是控制焊接變形，具體焊接要求為：由兩名合格焊工采用相同規(guī)范同步進(jìn)行對(duì)稱焊接，主縫焊接前，對(duì)頂板、底板、節(jié)間、上游面板及下游面板預(yù)先進(jìn)行定位焊，以防止焊接時(shí)產(chǎn)生過大變形，主縫焊接采用先焊面板立縫，然后焊仰視焊縫和俯視焊的順序，其中面板焊接采取先內(nèi)后外的焊接次序。節(jié)間焊縫的焊接順序由于節(jié)間采用復(fù)合不銹鋼板，首先用不銹鋼焊條焊接一道不少于2mm的不銹鋼，然后再開始普通焊條的焊接。焊接操作方式采用分段退步焊，每條焊縫分多層焊完，每層厚度控制在3~5mm以內(nèi)。
    確定了焊接工藝和焊接順序后，要在實(shí)施過程中進(jìn)行監(jiān)控。在焊接過程中發(fā)現(xiàn)有過大變形或焊接質(zhì)量問題，要及時(shí)分析原因，找到問題，及時(shí)調(diào)整焊接順序及焊接規(guī)范，控制和防止變形。按焊縫類別進(jìn)行符合規(guī)范要求的探傷檢查，對(duì)不合格的焊縫作返工處理，直至檢驗(yàn)合格，保證焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求。
    門體主焊縫焊接檢查完成后，應(yīng)對(duì)整體門葉的幾何尺寸、主輪踏面的平面度、水封座的直線度及上下扉門之間的相對(duì)間隙、各閘門與埋件的位置誤差進(jìn)行一次全面的測(cè)定記錄，全部合格后才開始動(dòng)滑輪裝置的焊接及節(jié)間腰帶板的裝焊和邊柱的封焊，封焊順序?yàn)橄群高呏蠛腹?jié)間腰帶板角焊縫。
    當(dāng)門葉全部裝拼完成后，開始進(jìn)行受損部位和焊縫周圍油漆的修補(bǔ)和最后一遍油漆的工作，最后安裝閘門止水。止水安裝驗(yàn)收合格后，即完成該孔閘門的全部安裝任務(wù)。
    4、啟閉機(jī)安裝
    4.1 啟閉機(jī)的布置型式
    上下扉門均設(shè)置了兩個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)的兩個(gè)動(dòng)滑輪安裝在閘門吊耳板上，吊點(diǎn)距為19.6m，每扇閘門分別由一臺(tái)固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作。
    雙扉閘門的啟閉設(shè)備主要由卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、滑輪裝置、上部導(dǎo)向輪、下部導(dǎo)向輪、鋼絲繩托輪裝置、鋼絲繩調(diào)整裝置、糾偏裝置、極限限位裝置、掛脫鉤裝置、吊鉤裝置等組成。啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)布置型式類似，傳動(dòng)系統(tǒng)由帶制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)、手搖機(jī)構(gòu)、軸向制動(dòng)器、蝸輪蝸桿減速器、錐齒輪減速器、兩級(jí)開式齒輪及卷筒裝置等組成。兩個(gè)吊點(diǎn)的鋼絲繩纏繞方式不同，其中一個(gè)吊點(diǎn)的鋼絲繩直接從卷筒上繞下，繞過閘門一側(cè)吊耳上的動(dòng)滑輪裝置后，通過灌鋅鑄鋼錐形繩套固定在鋼絲繩調(diào)整裝置上，調(diào)整裝置安裝有一壓力傳感器；另一個(gè)吊點(diǎn)的鋼絲繩從卷筒上繞出，通過上部導(dǎo)向輪(下扉)或直接(上扉)下到下部導(dǎo)向輪后，通過鋼絲繩支承裝置跨過閘門孔口至另一側(cè)閘墩的下部導(dǎo)向輪，然后由另一側(cè)的上部導(dǎo)向輪(上扉)或直接(下扉)上到滑輪裝置的定滑輪上，再向下繞過閘門另一側(cè)吊耳上的動(dòng)滑輪，同樣固定在鋼絲繩調(diào)整裝置上。鋼絲繩纏繞示意圖見圖1和圖2：

    4.2 啟閉機(jī)吊裝及裝配
    啟閉機(jī)裝設(shè)于高程15.75m啟閉機(jī)平臺(tái)上(底坎高程為-7m)，利用吊車把啟閉機(jī)及附屬設(shè)備分別吊入對(duì)應(yīng)位置，吊裝前以門槽的起吊中心線到連接軸中心線的距離為主要控制基準(zhǔn)安裝100mm高的型鋼平臺(tái)，啟閉機(jī)吊入后將大開式齒輪與小齒輪準(zhǔn)確對(duì)位，保證齒側(cè)及齒頂隙、接觸精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證卷筒的位置準(zhǔn)確到位，校正機(jī)架的水平高程。機(jī)架(包括滑輪組、導(dǎo)向輪等)采用螺栓聯(lián)接，當(dāng)機(jī)架與地腳螺栓聯(lián)接牢固后，開始澆注機(jī)架底部填充混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行其它部件及電氣設(shè)備的安裝及調(diào)整。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，制動(dòng)片與制動(dòng)輪的接觸面積達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)減速器及傳動(dòng)部分進(jìn)行檢查及加注潤(rùn)滑油，各傳動(dòng)部分運(yùn)轉(zhuǎn)正常，同時(shí)對(duì)電氣控制系統(tǒng)各參數(shù)進(jìn)行了觀察、測(cè)試，結(jié)果表明滿足規(guī)范要求。
    啟閉機(jī)完成上述操作后，就開始進(jìn)行鋼絲繩的穿連，本工程由于按照日本規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)，鋼絲繩的安全系數(shù)達(dá)到8倍以上，鋼絲繩較粗(上扉門44mm、下扉門60mm)，并且線路較長(zhǎng)(實(shí)際長(zhǎng)度150m左右)，穿連鋼絲繩比較困難，實(shí)際選擇一根?8mm的鋼絲繩一端固定在啟閉機(jī)上，另一端按照實(shí)際線路穿到對(duì)側(cè)的機(jī)房，并越過導(dǎo)向輪，把啟閉機(jī)鋼絲繩連接在細(xì)鋼絲繩上，開動(dòng)啟閉機(jī)，帶動(dòng)鋼絲繩至啟閉機(jī)并纏繞，多余部分割除。
    5、閘門調(diào)試
    在完成剩余設(shè)備的安裝工作后，并對(duì)壓力傳感器、高度傳感器的讀數(shù)進(jìn)行整定后，剩余的工作就只有聯(lián)動(dòng)調(diào)試。由于雙扉閘門啟閉機(jī)布置形式特別，兩個(gè)吊點(diǎn)的鋼絲繩纏繞方式不同(見前面鋼絲繩纏繞示意圖)，鋼絲繩長(zhǎng)度相差較大，給兩個(gè)吊點(diǎn)的同步運(yùn)行帶來較大的困難。按標(biāo)書要求，兩吊點(diǎn)運(yùn)行不同步達(dá)25mm時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)自動(dòng)停止工作。這時(shí)可以通過兩側(cè)的鋼絲繩調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整，直至同步滿足要求，實(shí)際操作中由于卷筒左右側(cè)繩槽制造公差的不同、開度傳感器檢測(cè)精度的不一、兩鋼絲繩長(zhǎng)度的不同等原因，各種誤差進(jìn)行累積，25mm的精度要求現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整難度較大。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算、測(cè)量，如此大跨度的閘門兩側(cè)不同步在30~50mm應(yīng)可以滿足閘門的運(yùn)行要求。閘門運(yùn)行初期，在不影響閘門安全運(yùn)行的情況下適當(dāng)降低精度，可以減小閘門的調(diào)整次數(shù)，有利于減輕管理人員的工作強(qiáng)度。該閘門通過進(jìn)一步的安裝調(diào)整減少各種誤差，并經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，最終達(dá)到了閘門同步升降的運(yùn)行要求。
    6、結(jié)語
    巴帕南水閘工程金屬結(jié)構(gòu)于1997年9月開始安裝，2000年初投入運(yùn)行，目前，全部閘門運(yùn)行良好。在該工程的大型雙扉閘門的安裝過程中，業(yè)主、咨詢與承包商一起，大膽設(shè)想，立足現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備和能力，認(rèn)真研究，每個(gè)操作細(xì)節(jié)都充分考慮，采用了多種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)、安全的安裝方案，不但了保證安裝質(zhì)量，而且提前了安裝工期，減少了投資，也提高了安裝技術(shù)水平。