在役弧形閘門事故檢測及分析

摘要：本文介紹了通過高精度全站儀工業測量系統對在役弧形閘門事故起偏的檢測，并通過數據分析發現出事的原因，進而進行維修和解決的過程。

關鍵詞：在役弧形閘門，事故檢測，高精度工業測量系統

近年來，隨著政府逐漸對水利水電事業的投入加大，許多大中型水庫及水電站的建成服役，檢驗著金屬結構及機電設備的安裝強度及各項質量指標。某水庫在役弧形閘門運行起偏，事故檢測方法及內容待探索。本文針對該水庫弧形閘門起偏情況進行了檢測，并針對檢測數據進行了分析，得到了良好的效果。

一、檢測方案

現場通過對該水庫弧形閘門的事故情況進行調研觀察，總體預分析，決定通過對該水庫2扇弧形閘門進行幾何尺寸、形位公差及運行軌跡、位移等測量；液壓啟閉機檢測；無損檢測、應力測試等綜合測試分析，以期得到問題的答案。

通過測試的結果看，原因主要通過幾何尺寸、形位公差及運行軌跡、位移等測量結果得出，本文即通過對測量的數據進行分析。

二、測量基準及閘門空間位置關系

2.1 測量基準坐標系

現場測量以底檻中心和弧門支鉸跨距中心作為定向基準，建立下圖所示的基準坐標系。

圖1 測量基準坐標系示意圖

圖中，P點對應底檻中心，O點是弧門支鉸跨距中心，PO方向(y軸方向)是水流方向，代表孔口中心；x軸與PO垂直，代表弧門支鉸的理想軸線；z軸鉛垂向上。

在上述基準坐標系內，任意一點的三維坐標值分別代表下述含義：

x坐標值代表該點至孔口中心線的水平距離，正值表示該點位于孔口中心的右側，負值表示該點位于孔口中心的左側；

y坐標值代表該點在里程方向上至弧門支鉸理想軸線的水平距離，正值表示該點位于弧門支鉸理想軸線的下游方向，負值表示該點位于弧門支鉸理想軸線的上游方向；

z坐標值代表該點在高程方向上至弧門支鉸理想軸線的鉛垂距離，正值表示該點高于弧門支鉸理想軸線，負值表示該點低于弧門支鉸理想軸線。

2.2 閘門空間位置關系

支鉸空間位置示意圖如下圖所示。

圖2 支鉸空間位置示意圖

A、B、C、D分別是左、右支鉸軸上各端點的圓心，O1、O2分別是左、右支鉸軸的中心。

三、測量儀器設備

本次測量采用全站儀工業測量系統，自由設站，自由坐標系。

測量儀器為Laica TCA2003高精度測量機器人，測角精度為0.5″，測距精度為1mm±1ppm。

四、測量數據分析

4.1 閘門幾何尺寸檢測數據及分析

表1弧形閘門主要幾何尺寸檢測數據

序號項目設計值允許偏差實測值實測偏差檢測結果

1支鉸中心至孔口中心線的距離左3500±1.53475.8-24.2不合格

2右3500±1.53475.8-24.2不合格

3支鉸中心里程左±2.0-1.0合格

4右±2.01.0合格

5支鉸中心高程左±2.012.2不合格

6右±2.0-12.2不合格

7支鉸軸傾斜左1/10001.5/1000不合格

8右1/10004.6/1000不合格

9兩支鉸軸線的同軸度1.027.6不合格

10底檻里程11779.2±5.011774.5-4.7合格

11高程5500±0.55501.71.7不合格

12工作表面兩端的高差2.02.0合格

13左側新側軌13040±5.013025.3-14.7不合格

14右側老側軌13040±5.013014.6-25.4不合格

15右側新側軌13040±5.013046.96.9不合格

16側軌

至門葉中心線的距離左側新側軌4000+3.0，-2.04000.20.2合格

17左側新側軌4000+6.0，-2.03991.8-8.2不合格

18右側新側軌4000+3.0，-2.04001.61.6合格

19右側老側軌4000+6.0，-2.04005.45.4合格

4.2 閘門啟閉過程中的左右位移數據

表2閘門啟閉過程中的左右位移

閘門開度

(m)上主橫梁中心下主橫梁中心

X坐標值(mm)變化值(xi+1-xi)X坐標值(mm)變化值(xi+1-xi)

03.3—-1.4－

18.65.3-3.6-2.2

29.10.5-2.11.5

311.72.6-2.00.1

410.6-1.1-3.6-1.6

59.8-0.8-4.4-0.8

610.30.5-7.9-3.5

711.10.8-10.8-2.9

816.35.2-10.40.4

925.89.5-2.67.8

106.7-19.1－－

位移幅度22.5－9.4－

注：表中x坐標值的含義見2.1的說明。

4.3 閘門啟閉過程中的傾斜數據

表3閘門啟閉過程中的傾斜數據

閘門開度

(m)上主橫梁下主橫梁

Z左(mm)Z右(mm)高程差

Z左 - Z右高程差變化值Z左(mm)Z右(mm)高程差

Z左 - Z右高程差變化值

01300.61303.1-2.5－-4066.1-4067.51.4－

12353.12350.92.24.7-3051.1-3057.36.24.8

23273.43271.51.9-0.3-2129.3-2136.26.90.7

34204.64197.17.55.6-1164.9-1174.39.42.5

45053.75051.22.5-5.0-242.2-252.610.41.0

5－5876.9－－684.4671.812.62.2

6－6663.1－－1602.51586.615.93.3

7－7417.6－―2523.22501.022.26.3

8－8131.3－－3433.33411.521.8-0.4

9－8809.6－－4336.84315.221.6-0.2

10－9449.5－－－5209.2－－

注：表中Z左、Z右的含義見2.1的說明。

4.4 液壓啟閉機油缸支鉸位置檢測數據及分析

表4 液壓啟閉機油缸支鉸位置檢測數據

序號項目設計值允許偏差實測值實測偏差檢測

結果

1里程左1982±2.01983.31.3合格

2右1982±2.01968.9-13.1不合格

3高程左7085±5.07082.0-3.0合格

4右7085±5.07078.3-6.7不合格

5高差±0.53.7不合格

6至孔口中心線的距離左3700±2.03713.013.0不合格

7右3700±2.03689.0-11.0不合格

4.5 閘門開度檢測數據

表5 閘門開度檢測數據

顯示開度10552017303740225019601570178014901710032

實測開度1060.92031.23054.04038.75034.26029.17034.48033.89033.210025.4

差值-5.9-14.2-17.0-16.7-15.2-14.1-17.4-19.8-16.26.6

示值偏差0.6％0.7％0.6％0.4％0.3％0.2％0.2％0.2％0.2％0.1％

五、檢測結論

根據以上檢測數據，可得出以下結論：

1、下述原因導致溢洪道弧形閘門啟閉狀態不穩定：

①弧門支鉸空間位置關系偏差較大；

②上部新加裝的導向側軌位置偏差較大。

2、側軌曲率半徑偏小導致閘門止水橡皮與止水座板的不銹鋼止水面錯位。

3、啟閉機控制系統顯示的閘門開度與實際開度一致。

4、液壓啟閉機除油缸支鉸位置超差外，其他未見異常。

六、結束語

通過對該水庫弧形閘門的檢測得知，高精度全站儀工業測量系統應用于水庫水電站閘門事故起偏等檢測是成功的，具有很強的推廣價值。

參考文獻：

【1】李東明，王和平.全站儀用于鋼岔管水壓試驗變形觀測.大壩與安全.2008，6(1).

【2】楊逢堯.水工金屬結構.北京.中國水利水電出版社。2005.