大黑汀水利樞紐浮動(dòng)式檢修閘門的運(yùn)行與維護(hù)

員會(huì)超 陳敬亮

(水利部海委引灤工程管理局，天津 300380)

大黑汀水利樞紐位于河北省遷西縣城北5km的灤河干流上，是引灤入津供水工程群的大型骨干工程之一。該樞紐配置有一扇規(guī)格為18m×16.7m的浮動(dòng)式檢修閘門(以下簡稱“浮門”)，是大壩溢流壩段28扇15m×12.1m泄洪閘門的專用檢修閘門。浮門平時(shí)停放在專用碼頭，底部支撐在碼頭支墩上，上部通過鋼絲繩軟連接與碼頭錨筋固定。當(dāng)溢流壩泄洪閘門需要維護(hù)時(shí)，通過浮門排水系統(tǒng)適量排出調(diào)壓倉存水，待浮門浮起后，用拖船將其托運(yùn)到溢流壩相應(yīng)孔位，然后通過充水系統(tǒng)向調(diào)壓倉內(nèi)部充水，將浮門下放到專用支墩上，用其擋水，才能進(jìn)行溢流壩泄洪閘門迎水面的維護(hù)工作。

近年來，在浮門擋水運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)浮門止水橡皮老化撕裂嚴(yán)重、漏水量過大，導(dǎo)致泄洪閘門底坎水流過大，使維護(hù)人員很難完成泄洪閘門迎水面的正常維護(hù)工作，急需更換浮門止水橡皮。

由于大黑汀水庫蓄水位常年保持在高程128.00～133.00m區(qū)間，水位變化不大。而浮門停放碼頭支墩的高程為118.00m，浮門全高16.7m，也就是說，即便水庫處于低水位期間，浮門外表面也有10m左右浸沒在水中，不會(huì)完全露出水面，根本無法完成止水橡皮更換工作。即便根據(jù)浮門檢修規(guī)程要求，將其調(diào)壓倉內(nèi)部存水全部排出，使浮門最大程度浮起來，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，浮門也會(huì)有8m左右浸沒在水中，同樣不能完成止水橡皮更換工作。要想更換止水橡皮，必須讓浮門平浮或者接近于平浮在水面上，待止水橡皮完全露出水面以后才能進(jìn)行。

如何讓浮門安全受控地平浮，業(yè)內(nèi)沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可供參考。最終，通過多方案分析論證，提出的機(jī)艙充水措施被采納實(shí)施，圓滿完成了平浮過程，使浮門止水橡皮完全露出了水面，保證了浮門外表面維護(hù)工作的順利實(shí)施。

1 浮門結(jié)構(gòu)簡介

大黑汀水利樞紐18m×16.7m浮門是一個(gè)箱體結(jié)構(gòu)，下重上輕，在水中類似于一個(gè)“不倒翁”，主要由混凝土艙、死水艙、調(diào)壓艙和機(jī)艙4個(gè)艙室構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 浮門結(jié)構(gòu)示意圖

a.混凝土艙屬于浮門配重，內(nèi)部裝滿現(xiàn)澆混凝土，用來降低浮門重心，使其在水中保持一個(gè)“不倒翁”狀態(tài)，保證浮門安全運(yùn)行而不會(huì)沉沒。

b.死水艙內(nèi)部存水被封閉在密閉空間內(nèi)，需要時(shí)可用壓縮空氣將水吹出艙外。當(dāng)死水艙內(nèi)部存水全部被吹出以后，根據(jù)浮門設(shè)計(jì)資料可知，此時(shí)浮門會(huì)傾斜在水中，傾角約為75°,以滿足浮門內(nèi)部有關(guān)部件檢修要求。

c.調(diào)壓艙內(nèi)部水量可以調(diào)節(jié)。浮門運(yùn)行維護(hù)過程中，通過改變調(diào)壓倉內(nèi)部水量，進(jìn)而改變浮門總重(含內(nèi)部存水)與其所受浮力之間的關(guān)系，完成浮門的浮起和下落。

d.機(jī)艙內(nèi)安裝有排水深井泵電機(jī)和充水閥操作系統(tǒng)，是工作人員進(jìn)行操作的艙室，正常情況下始終處于無水狀態(tài)。

e.浮門兩個(gè)側(cè)面及底面都安裝有止水橡皮，在其擋水運(yùn)行時(shí)起封水作用。

f.調(diào)壓倉無水時(shí)，浮門吃水線處于圖中A位置(經(jīng)驗(yàn)值)，此時(shí)浮門處于最高浮起狀態(tài)。

g.當(dāng)浮門停放在碼頭支墩上、水庫水位為高程133.00m時(shí)，浮門吃水線處于圖中B位置。

h.浮門日常運(yùn)行維護(hù)期間，其吃水線處于圖1中吃水線A和吃水線B之間，吃水線B以下門體常年浸沒在水中，從來沒有露出過水面。

2 機(jī)艙充水使浮門平浮的內(nèi)容和依據(jù)

2.1 機(jī)艙充水使浮門平浮的內(nèi)容

根據(jù)浮門檢修規(guī)程，當(dāng)排除出調(diào)壓倉和死水艙內(nèi)部存水后，浮門會(huì)上浮到最高位置，吃水線在圖1所示A位置，浮門傾角約為75°。所謂的機(jī)艙充水，是指在此時(shí)，通過外接充水系統(tǒng)向機(jī)艙充水，使浮門進(jìn)一步傾斜，直到浮門平浮在水面上，止水橡皮完全露出水面，滿足更換要求以后，再停止充水。此時(shí)，浮門死水艙、調(diào)壓倉內(nèi)部均沒有水，機(jī)艙內(nèi)部已經(jīng)充入了一定量的水。

2.2 機(jī)艙充水使浮門平浮的依據(jù)

為便于分析，我們假設(shè)當(dāng)浮門死水艙無水、調(diào)壓艙無水、機(jī)艙滿水時(shí)，浮門會(huì)平浮在水面上，且有50%門體浸入水中。

經(jīng)計(jì)算，此種狀態(tài)下，浮門總重(含結(jié)構(gòu)件重量、死水艙配重、機(jī)艙存水重量等)約為5400kN，所受浮力約為6000kN 。可見，浮門所受浮力大于浮門總重，表明在假設(shè)條件下，浮門不但不會(huì)沉沒，根據(jù)浮力定律，浮門還應(yīng)進(jìn)一步上浮，即會(huì)有50%以上門體露出水面。

同樣，以浮門底部為支點(diǎn)，對(duì)浮門進(jìn)行平衡力矩計(jì)算的結(jié)果表明，在假設(shè)條件下浮門重心靠近機(jī)艙一側(cè)。換句話說，當(dāng)浮門死水艙無水、調(diào)壓艙無水時(shí)，在向機(jī)艙充水的過程中，浮門即可實(shí)現(xiàn)平浮。這種狀況完全滿足止水橡皮更換要求。

3 浮門平浮實(shí)施

3.1 前期準(zhǔn)備

機(jī)艙充水是在確保浮門死水艙和調(diào)壓倉都沒有水的狀態(tài)下實(shí)施的，前期準(zhǔn)備工作至關(guān)重要。準(zhǔn)備工作不到位，輕者會(huì)導(dǎo)致浮門平浮過程難以實(shí)現(xiàn)，重者會(huì)導(dǎo)致水流進(jìn)入調(diào)壓倉。如果在向機(jī)艙充水過程中，水流同時(shí)進(jìn)入了調(diào)壓倉，而充水還在繼續(xù)進(jìn)行，浮門總重(含內(nèi)部存水)就會(huì)越來越大，一旦超過浮門所受最大浮力，就會(huì)導(dǎo)致浮門整體沉入水中，造成重大生產(chǎn)安全事故。

3.1.1 浮門浮起

用浮門深井泵排出調(diào)壓艙內(nèi)部存水，此時(shí)浮門會(huì)直立浮起到圖1所示吃水線A位置。

3.1.2 機(jī)艙深井泵電機(jī)防護(hù)

深井泵的用途是在正常運(yùn)行過程中為浮門調(diào)壓倉排水，待調(diào)壓倉存水排凈以后，關(guān)停深井泵。根據(jù)電機(jī)尺寸專門定做了一個(gè)防護(hù)罩，將深井泵電機(jī)密封防護(hù)，確保向機(jī)艙充水過程中電機(jī)不會(huì)受淹損壞。

3.1.3 機(jī)艙充排水系統(tǒng)設(shè)置

在浮門機(jī)艙頂甲板安裝充水管路、閥門，外接潛水泵，用來向機(jī)艙充水；在機(jī)艙底板部位安置兩臺(tái)排水泵，并牢固固定，排水管路在機(jī)艙頂甲板兩側(cè)邊緣分別引出，留待浮門恢復(fù)直立時(shí)排水用。

3.1.4 機(jī)艙排氣系統(tǒng)設(shè)置

向浮門機(jī)艙充水過程中，機(jī)艙處于一個(gè)密閉空間狀態(tài)。此時(shí)，隨著水流不斷充入，機(jī)艙內(nèi)氣壓會(huì)越來越大，為減小機(jī)艙氣壓，便于水流充分進(jìn)入機(jī)艙，須在浮門甲板安裝一套機(jī)艙排氣系統(tǒng)，由球閥控制。

3.1.5 機(jī)艙密封

機(jī)艙密封是本工程成敗的關(guān)鍵。如果密封不嚴(yán)，在向機(jī)艙充水的過程中，水有可能進(jìn)入調(diào)壓艙。由于此時(shí)調(diào)壓倉處于無水狀態(tài)，水一旦進(jìn)入調(diào)壓艙，外面的操作人員無法觀察到，如果繼續(xù)充水，輕者會(huì)使操作人員無法通過φ500人孔進(jìn)入艙內(nèi)操作φ100閘閥，重者會(huì)導(dǎo)致浮門整體沉入水中。

機(jī)艙密封工作完成后，用0.1 MPa壓縮空氣進(jìn)行機(jī)艙密封試驗(yàn)，確保密封嚴(yán)密無漏氣。

3.2 死水艙排水

打開靠近水庫一側(cè)的φ100閘閥，通過壓縮空氣系統(tǒng)向死水艙引入0.02MPa壓縮空氣，使浮門向靠近水庫一側(cè)逐步傾斜。此時(shí)壓縮空氣要連續(xù)供應(yīng)，不要中斷，以免水庫里的水倒灌入浮門死水艙。

當(dāng)φ100閘閥出水口出現(xiàn)大量氣泡時(shí)，表明死水艙內(nèi)部存水已經(jīng)排凈。此時(shí)先關(guān)閉φ100閘閥，再停氣，以防水庫水倒灌。這時(shí)浮門已經(jīng)傾斜在水中，如圖2所示。

圖2 死水艙水排出后浮門傾斜狀態(tài)

3.3 機(jī)艙充水

通過預(yù)裝的機(jī)艙充水系統(tǒng)向浮門機(jī)艙充水，同時(shí)打開機(jī)艙排氣球閥向外排氣。此時(shí)浮門進(jìn)一步傾斜，待浮門單側(cè)止水橡皮完全露出水面時(shí)，停止充水，關(guān)閉排氣球閥，這時(shí)浮門平浮過程完成。

3.4 浮門外表面維護(hù)

根據(jù)浮門維護(hù)工作內(nèi)容要求，完成浮門止水橡皮更換和外表面防腐蝕保護(hù)等項(xiàng)工作，如圖3所示。

圖3 機(jī)艙充水后浮門平浮狀態(tài)

3.5 浮門恢復(fù)直立

浮門單側(cè)外表面維護(hù)工作驗(yàn)收合格后，用預(yù)置排水泵排出機(jī)艙存水，此時(shí)浮門會(huì)恢復(fù)到圖2所示的傾斜狀態(tài)。

打開φ100閘閥，向死水艙充水，浮門將恢復(fù)到直立狀態(tài)。

3.6 浮門另一側(cè)外表面維護(hù)

待浮門恢復(fù)直立以后，拖動(dòng)浮門在原位旋轉(zhuǎn)180°，重復(fù)上述過程，完成浮門另一側(cè)止水橡皮更換和外表面防腐蝕保護(hù)工作。

4 結(jié) 論

實(shí)踐證明，采用機(jī)艙充水措施讓浮門平浮在水面上的方法切實(shí)可行、安全可靠，能夠使浮門外表面完全露出水面，從而能夠順利完成止水橡皮更換、外表面防腐蝕保護(hù)等項(xiàng)維護(hù)工作，解決了浮動(dòng)式檢修閘門運(yùn)行管理工作中遇到的實(shí)際問題，收到了較好效果。這種方法具有較強(qiáng)的適用性和推廣性，為水管單位如何對(duì)浮動(dòng)式檢修閘門進(jìn)行類似的維護(hù)工作提供了有益參考。