浅谈弧形闸门水上非常规施工方案

李 刚

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概况及问题的提出

涪江干流某航电工程泄洪冲沙闸工作门门叶共31扇，属于露顶式弧形闸门。每扇门叶由四节门叶组焊而成。门叶单节最大尺寸为14 m×3.5 m×2 m，重量约20 t；支铰座约为15 t，支臂约为14 t。

根据施工进度，20孔泄洪闸单节闸门直接由上游侧运输至孔口内，采用100 t汽车吊吊装就位。而另外的11孔导流泄洪冲沙闸由于弧形闸门安装时泄洪闸上下游围堰正在或已经拆除，围堰已经过水，水深最大达5 m(即水位高程280 m)，因此这些弧形闸门必须在水面以上部位安装。

2 前期安装方案总体策划及技术准备

由于安装工期较为紧迫、汛期来临较早，为不影响总体施工进度，在安装完20孔泄洪闸弧形闸门后，汛期11孔导流泄洪冲沙闸弧形闸门将在水上安装。其水上安装主要依托提前预埋在闸墩混凝土两侧过水面的型钢做为弧形闸门门叶安装平台支撑使用。

技术准备及交底：根据汛期11孔导流泄洪冲沙闸弧形闸门水上安装方案，在浇筑闸墩阶段，根据汛期最大过水水位高程预埋基础型钢做为安装平台支撑使用，同时预埋施工人员操作平台、上下通道等型钢。基础预埋型钢需要进行力学性能验算工作以满足弧形闸门水上安装要求，同时考虑在弧形闸门水上吊装方案中将闸门运输台车轨道布置在闸墩顶部(高程292.5 m)的方式及间距，确保50 t汽车吊、30 t平板汽车、闸门运输台车、移动门机协调作业，做好技术交底及安全隐患告知，共同完成闸门安装任务。

3 弧形闸门水上安装方案中的基础预埋实施措施

弧形闸门采用水上非常规安装方案必须提前预埋基础型钢，其目的是为弧形闸门水上安装搭建一个安装平台，相当于把弧形闸门从常规在底槛安装位置上移至水面以上。具体实施方式为：混凝土闸墩浇筑时，在孔口两侧闸墩上预埋、焊接工字钢，该承受闸门重量的工字钢采用钢板焊接而成，预埋高程为282 m(比最高水位高出2 m)左右，工字钢伸出混凝土0.6 m以上，埋深2.5 m。埋设位置：弧形闸门门叶受力工字钢4根，中心距离支铰中心等于弧形闸门半径；其中下游靠近中心的工字钢采用大于25号的工字钢双拼埋设作为支撑弧形闸门支臂承载使用；弧形闸门吊装前，在所埋设的受力工字钢上铺设20 mm厚的钢板与工字钢焊接，上、下游同等高程上各埋设2根工字钢做为搭设施工载人平台使用。其它工字钢可小一些，其布置情况见图1。

4 弧形闸门门叶水上安装采取的防倾斜保障措施

采用移动门机首先将底节门叶吊装至预埋基础平台上，调整门叶中心与孔口中心、主横梁中心与支臂中心重合，使面板两侧水封螺孔中心与侧轨等距、面板外缘对支铰中心的曲率半径符合要求后，将底节门叶与下支臂用型钢固定牢靠，使其具有足够的刚性与稳定性，同时将提前预埋在侧止水座板上游侧的基础预埋板上焊接立劲板贴实顶住门叶面板以防其倾覆，起到减少门叶向上游侧的倾斜牵引力作用。针对大型弧形闸门水上安装方案，除采用以上方法防倾斜外，还可在下游侧提前预埋型钢做为固定基础，采用钢丝绳配合手拉导链拉住单节门叶靠近顶部处，以确保将单节弧形闸门门叶受到的向上游的分力降低到最小。按照此方案固定完毕、陆续按照门叶拼装时作出的标志分别吊装其它门叶。

图1 弧形闸门吊装支架预埋位置示意图

5 工装工艺制作及其要求

按照该方案制作的工装主要有预埋的基础型钢和承载弧形闸门运输的台车及相关辅助设施。预埋型钢和运输台车必须在进行结构核算后绘图开始下料工作。支撑平台型钢以及闸门运输台车均可用工字钢组成箱型梁。组装前，先矫正工字钢的扭曲与弯度，对于变形超标的进行火焰或机械矫正，以确保整体组装质量能达到允许的范围内；工字钢并列固定，进行上下并列翼板之间的压缝工作，确保其平整度。压缝完毕用夹具整体固定，定位焊采用对称间断点焊，点焊长度为50～80 mm，点焊翼板间隔长度为400～600 mm。定位焊焊材要与母材相匹配，定位焊不能存在裂纹、夹渣、气孔焊瘤等缺陷。定位工装严禁采用锤击或疲劳破坏的方式拆除，需采用气割割除，切割时留有2～3 mm余量，然后铲掉余量并磨平。箱型梁上下翼板连接板的焊接技术要求为：焊前应认真清理焊缝两侧50 mm范围内的区域，不得有水、锈、氧化皮、油污、油漆或其他杂物。焊接顺序为：由两名焊工采用手工焊接，从中间向两面匀速对称焊，连接板为满焊，其焊接高度为8 mm。

6 弧形闸门采用的运输及吊装方案

泄洪闸单节门叶(最重节20 t)二次运输选用30 t平板汽车从上游交通桥运输至各孔口安装位置附近，采用50 t汽车吊卸车。由于受桥面承载载荷及桥面宽度限制以及上游交通桥桥面中心距离弧形闸门门叶安装位置较远，不能采用汽车吊直接吊装就位。因此，只能采用50 t汽车吊在门叶卸车后直接吊运至提前布置在闸墩上的闸门运输台车上，通过一台3 t卷扬机(钢丝绳直径为16 mm)沿着所铺设的P43轻轨将其牵引至50 t双向移动门机工作覆盖范围内(图2)。

弧形闸门主要由支铰座、支臂、门叶构成，所有构件的安装均采用50 t移动双向门机吊装就位(图3)。首先利用移动门机将支铰座吊装至安装位置并与基础螺栓把合，然后采用手拉葫芦固定；再吊装下支臂与裤岔螺栓连接，把合后松开手拉葫芦，将支臂前端支撑在所埋设的工字钢上。吊装底节门叶与下支臂前端螺栓连接，注意底节门叶应落在预先测量的底坎位置，在门叶上游埋件上焊接挡块、配备丝杠可调整门叶，然后吊装中节门叶，按照出厂定位块组合后在上下游侧墙上焊接挡块和可调整丝杠用于调整弧形闸门面板弧度，如此逐节吊装直到顶节门叶，吊装上支臂与门叶螺栓连接。

7 弧形闸门安装程序

图2 闸门卸车倒运示意图

图3 闸门构件吊装示意图

弧形闸门的安装程序见图4。

8 弧形闸门采用的安装工艺

(1)弧形闸门安装前，首先检查门槽埋件的正确性，清理门槽内的积水和杂物，清理埋件表面水泥浆等，这些工作应在围堰拆除前进行。在上下游工字钢上铺设木板作为工作平台，利用支铰下部的埋设件焊接工作平台以备支铰安装时使用。清点弧形闸门部件，对于损坏和变形的部位应预先修复。根据部件的组装重量和吊装半径确定吊装设备，所选取的起重设备为50 t汽车吊和50 t双向移动门机。

(2)支铰座吊装前，应将活动支铰和固定支铰预先采取临时措施固定，使其在吊装时不能转动。布设测量控制点后，分别将其整体吊装至左、右支铰安装平台，然后进行调整。螺栓紧固后，采用手拉葫芦将活动支铰临时拉住，松开吊钩。在左、右支铰上方的混凝土边墙上分别设置线架，用经纬仪将铰座里程线分别投放在线架上并设置标志点，通过两侧线架上的标志点连接一根直径为0.25 mm以下的钢丝线,线上悬挂垂球并通过铰轴中心控制其设计里程、里程方向铰轴的倾斜度及两铰座轴线相对位置的偏移；再根据现场提供的高程基准点用水准仪测量并调整铰轴轴心的设计高程、铰轴垂直方向的倾斜度以及两铰座轴线相对位置的偏移；调整铰座中心相对于孔口中心线的距离,检查两支铰其他安装尺寸满足设计或规范要求后将其充分固定并经监理工程师检查验收后,移交土建单位回填二期混凝土。

图4 弧形闸门安装程序图

(3)吊装下支臂与裤岔组合。下支臂的前端放置在工字钢上，此时拆除支铰固定件使支铰可以自由转动。吊装底节门叶就位，门叶底水封放置在测量的位置后用手拉葫芦拉起支臂前端与门叶把合。螺栓紧固后拆除手拉葫芦，焊接门叶上游调整丝杠后松开吊钩。调整左、右支臂相对于孔口中心线的距离，同时使左、右两支臂对应点保持在设计要求的同一高程，待各部尺寸关系符合设计图纸及规范要求后，将连接处用定位板充分固定，然后进行焊接。焊接时，焊工在对称位置同时施焊，选用合适的焊接规范并采用多层多道分段退步焊，配合锤击以消除和释放应力，达到控制变形之目的。

(4)吊装中节门叶，按照出厂定位块组合后在门叶上部的上下游焊接调整丝杠，检测结合处弧度合格后，在节间处焊接拉板固定。门叶吊装超出门槽后采用工字钢在下游支撑门叶上部并焊接拉紧器调整门叶弧度。门叶吊装完毕，吊装上支臂与上节门叶组合。调整门叶中心与孔口中心、主横梁中心与支臂中心重合，使面板两侧水封螺孔中心与侧轨等距；待面板外缘对支铰中心的曲率半径符合要求后，将门叶与支臂固定牢靠，使其具有足够的刚性与稳定性。调整并控制好相关尺寸符合设计图纸及规范要求后，将其充分固定并与上支臂连接后即可进行门叶节间与前支臂端板的连接焊缝。

(5)节间焊接要求与平面闸门要求相同，门叶节间焊缝在拼装场内完成。焊接时，先焊拼接板及其他定位板，其次焊接竖直次梁腹板的对接焊缝，使其形成整体骨架，然后检查、测量门叶各部位尺寸相对变化的情况，如该变化在允许范围内，则继续焊接竖直次梁翼缘板对接焊缝以及水平小次梁与面板、竖直次梁的连接焊接，最后实施面板对接焊接。为减小焊接变形和消除应力，采用偶数焊工从中部向两侧对称施焊，同时采用多层、多道、分段、退步焊焊接工艺。多层焊时，上下层的焊接方向应相反，多层焊接头要相互错开并配合锤击、控制层间温度及正确选择焊接参数等方法，以达到控制变形、消除应力之目的。

门叶焊接的同时，可安装支臂连结系，按照出厂标记组合焊接。焊接从下部焊缝开始向上逐条焊接，采用分段退步焊和对称焊控制闸门变形。

(6)支臂前端板的焊接工艺措施：在安装时待修正支臂长度满足要求后，先将前端板与门叶主横梁的连接螺栓把合紧固，调整支臂中心与前端板中心重合后即可进行焊接。焊接时，先焊支臂两侧的腹板与前端板的立焊缝，后焊支臂上下翼缘板的平、仰焊缝，最后焊接抗剪板。焊接时，采用偶数焊工在四个端板上同时对称施焊，并用塞尺随时检查主横梁与前端板之间的接触间隙以及抗剪板的顶紧、靠严情况，发现问题要及时汇报并采取相应的措施予以处理。

弧形闸门全部焊接完成后进行焊缝探伤检查，弧形闸门外形尺寸的检测包括弧形闸门半径、高度和宽度以及面板弧度是否符合设计要求，然后安装弧形闸门水封橡皮、侧轮等附件，补涂损坏的油漆并涂刷最后一道面漆等，最后向监理提供检测资料、申请弧形闸门安装验收。

(7)弧形闸门启闭机安装后进行弧形闸门启闭试验，启闭机与弧形闸门连接后将弧形闸门提起，采用碳弧气刨割除支撑平台和工作平台，按照监理工程师的指示进行启闭试验。弧形闸门试验在启闭机试验后进行。

9 结 语

笔者介绍了根据弧形闸门安装的限制条件、在确保质量和安全的前提下，利用预埋型钢达到水上非常规安装弧形闸门的目的，同时，结合多种起重设备的协同、配合作业，保证了工期的顺利实现。该方案的顺利实施，成功解决了水电站弧形闸门安装因受汛期影响带来的工期滞后问题，具有一定的借鉴价值，为今后类似作业提供了宝贵经验。