淺析葠窩水庫金屬結構改造工程弧門埋件安裝中測量問題

張 彪

(遼寧水利土木工程咨詢有限公司，沈陽 110000)

1 工程概況

葠窩水庫位于遼寧省遼陽市東約40km處的太子河干流上，工程于1970年11月開工建設，1972年金屬結構投入運行，1974年全面竣工。水庫控制流域面積6175km2，總庫容7.91億m3，興利庫容5.08億m3，可保證下游10.67萬hm2農田灌溉，年農業供水量10億m3，工業供水量1.12億m3，對保護下游鞍山、海城、營口、盤錦等城市及長大、沈大高速公路發揮著重要作用，是一座以防洪、灌溉、工業供水為主，并結合供水進行發電的大(2)型水利樞紐工程[1-3]。

葠窩水庫樞紐主體工程由重力式混凝土擋水壩、溢流壩、電站壩段和底孔四部分組成。壩頂高103.5m，最大壩高50.3m，壩頂長532m。攔河壩共分31個壩段，其中1-4#、22-31#壩段為擋水壩段，長217.3m；19-21#壩段為電站壩段，長40.5m，壩后式電站，4-18#壩段為溢流壩段，長274.2m，位于主河床，共14個溢流表孔，堰頂高程84.77m，設14扇12m×12m潛孔式弧形鋼閘門，固定卷揚式啟閉機控制。在閘墩中間布置6個泄流底孔，底孔底檻高程為60.0m，孔口尺寸為3.5m×8.0m，設6扇平板鋼閘門。在2003年剛剛完成的除險加固中，新增設了弧門檢修門，解決工作閘門檢修時間不夠的問題；更新了備用電源系統，解決了備用電源容量小的問題；更換了門機，保證了底孔工作門和檢修門的啟閉力；增加了啟閉長廊，改善了弧門啟閉機的工作環境；在弧門梁格上打孔，解決積水銹蝕問題；增加了溢流壩6孔閘門集中控制和遠程電視監控(2.5km)系統等。底孔啟閉機型式由原來的固定卷揚式更新為移動門機[4-6]。

葠窩水庫位按300a一遇洪水設計，10000a一遇洪水校核。相應水位為100.8m及102.0m。水庫最大泄流量23150m3/s。

2 門槽原始測量數據的保留

2.1 對原始數據的檢測

由于歷史的原因，在葠窩水庫弧形工作閘門的上游未設置檢修閘門及門槽，又加上年久失修，工作閘門出現漏水等問題，給閘門的運行和檢修帶來諸多不便，為了解決工作弧形閘門檢修及更換水封等問題，此次改造工程中設計人員勘查現場實際情況后增設了14孔檢修閘門門槽和1孔檢修工作閘門以及對原有的弧形工作閘門門槽埋件進行拆除和重新制造和安裝。根據設計給出的樁號0+0.6m的位置測設出門槽中心線以及根據原有工作弧形閘門的實際位置測設孔口中心線，工作閘門孔口中心線與門槽中心線應保持一致，根據孔口中心線測設出門槽兩側在側墻上的相對位置，對原有的弧形工作閘門門槽二期混凝土進行鑿除至設計尺寸，以便實現門槽埋件的安裝及安裝后重新進行混凝土的澆筑，從而實現工作閘門與重新安裝后的埋件幾何尺寸相吻合的需要，進而保證閘門的封水和運行的穩定性。因此在弧形工作閘門門槽二期混凝土拆除前,對閘門鋼絲繩松緊度進行調整、校核，將兩側鋼絲繩受力點保持同步后，再對閘門進行測量。

閘門的測量，包括測出每個閘門鉸支座相對坐標，對每個弧形閘門兩端弧形面板進行測量，找出孔中心線，測量出底坎的水平度、弧門支鉸高程、里程，并做好記錄，然后將水封拆除，把牽引鋼絲繩松開，使閘門處于自由狀態，用儀器檢測兩側邊導軌與閘門的距離，計算出理論與實際的誤差。將所測的數據分析最終確定孔口中心線、高程、里程[7]。

閘門軌跡及支鉸位置和孔口中心線位置測量：根據壩頂部的測量點，采用全站儀或經緯儀將坐標點引到每孔溢洪道下游的溢流面上，在溢洪道中心增加觀測點，每孔設一個，然后將全站儀架于此觀測點，進行觀測閘門面板兩端坐標，每500mm測一點，如遇障礙物時，可調整距離。同時利用該溢流孔處的坐標點進行測量閘墩門槽及鋼支鉸的相對坐標，測量人員站在弧形門上，安全繩掛于閘門上，將測量點繪于圖紙上。此測量數據即為閘門的實際軌跡。

在拆除前要對原底坎進行平面度的測量，通過測量可以得到原門槽中心線(底坎)、孔口中心線及底坎高程返至合適位置保留并作有標記。

2.2 門槽中心線的測設

在底坎兩端與邊導板連接處用彎尺分中，用畫針留出中心點標記，用鋼板尺在中心點的垂直方向上在邊墻上畫垂線，然后用經緯儀在門槽即底坎的中心架設經緯儀，觀察底坎兩端與中心點的是否重合，這是檢驗底坎是否保持直線度，并記錄在案。同時要觀察底坎中心是否與門葉底緣中心是否保持平行，若出現底坎中心與門葉底緣中心不平行度甚至較大的傾斜，要在重新放線過程中要得以糾正，把重新調整后的底坎測設中心點用油漆筆返到側墻上，并要保留檢驗點，每側可著重留兩點標記(兩點必須在邊導板的鑿除范圍之外)，以便在安裝過程中得以控制。新門槽埋件安裝時的基準即門槽中心線(底坎)、底坎高程要以測設后預留門槽中心線與高程點作安裝基準。

2.3 孔口中心線的測設

該工程的金屬結構改造是保留原有弧門，拆除原有邊導板及底坎，因為原溢流壩弧形閘門與埋件的安裝偏差較大，因此新埋件的安裝以弧門的運行軌跡為基礎，以弧門中心線為基準，采用實測數據對邊導板安裝進行指導。用鋼盤尺以底坎兩端的中心點測量出底坎實際的長度(圖紙設計尺寸為12m)，此時測量的中心點為原孔口中心點，在底坎一端立經緯儀，測量出經過孔口中心點的底坎的垂線，作為原孔口中心線，做好標記以方便與門葉中心線進行比照。

2.4 底坎高程的測設

采用高程傳遞法，即在壩面上和底坎上同時架設水準儀或經緯儀，向下返大尺，在保證大尺充分垂直和牽引力的情況下兩臺儀器同時讀數，通過測量的數據計算出底坎的實際高程(即原底坎與設計的差值)。在原底坎平面度較好的情況下(高程差在±5mm以內)，由底坎兩端翼緣及中心向上返等距離線(500mm以下)，標記在邊墻上，如果標記點在混凝土鑿除范圍內，用水準儀將標記點平移到鑿除范圍外邊墻上。如果原底坎平面度偏差較大，超過規范允許范圍，則從水庫高程基準點重新測量，底坎中心高程為：84.77m。

3 新安裝門槽基準的確定

3.1 門葉的分中

用鋼盤尺在閘門底部門葉面板上分中，畫中門葉中心線，注意分中時盡量選擇面板邊緣比較完整的部分。

3.2 底坎中心與門葉中心實測偏差

將閘門啟升，底緣距底坎高度為110mm、1200mm、2000mm時測量閘門頂部、底部面板邊緣與邊導板距離，以下是參窩水庫工程溢流壩6#弧門升降時的數據見表1。

表1 6#弧門升降時的數據見表

通過門葉的升降得出結論：門葉中心與底坎中心偏差接近13mm。

3.3 閘門底緣檢測

在門葉底緣距底坎2m范圍內，南側低，北側高，相對高差6.5mm。

3.4 門葉運行情況

在溢流面上架設經緯儀，在閘門底緣中心做標記，閘門啟閉過程中跟蹤觀測標記點，基本沒有發生偏移，說明閘門運行平穩。

3.5 兩個中心的復合

反復啟閉閘門觀察門葉中心線與原孔口中心線的偏離情況，并做記錄，如果數據偏差較穩定且不大15mm時，按此時門葉中心線確定孔口中心線，當測得數據偏差不穩定，且數值超過15mm時，需將數據進行分析決定新的孔口中心線。

3.6 安裝邊導板線架

測設出門槽孔口中心線以后，在門槽中心點或者在底坎距離側墻500mm的位置上立經緯儀，在側墻上用電錘鉆眼，然后用準備好的膨脹螺栓把線架固定好，要檢查線架的牢固性。同時用水準儀監測四個線架是否在同一高程上，掛好線架以后拉大尺同時用經緯儀測量出從孔口中心至邊墻兩端預留出的距離(也是兩端安裝時的掛線基準點)用鋸條割好切口，以便為安裝時留有標記[8]。

4 底坎及邊導板的安裝

4.1 工作門底坎安裝

根據上面測得的數據，新安裝底坎中心向北側偏移6mm進行安裝，保證門葉完全落下時，門葉中心與底坎中心一致。

底坎安裝前，把預埋筋焊成整體支架，架面高程低于底坎底面10-20mm留出調整空間，底坎的安裝中心線是利用已有的門槽中心線和孔口中心線來控制的，底坎中心線對門槽中心線和孔口中心線偏差均不得超過±2mm，底坎吊裝就位時，利用調整螺栓調整底坎至規定高程，利用門槽兩側的控制點，拉三條相互平行的鋼線(其中一條為中心線、另二條在中心線的兩側，控制底坎兩側高程)，每隔0.5m測量一點，以保證底坎高程，高程誤差控制在±1mm以內，工作面組合處錯位控制在1mm以內，工作面的扭曲根據工作面寬而定，最大不超過2mm。用線架的方式調整完底坎以后不要加固，一定要用水準儀重新測量一遍，因為底坎越長，線架所產生的塌拉度也就越大，用線架的找正方法僅適用于粗基準的調整，不適用于精基準的要求，尤其是在底坎中間的位置上要比兩端至少低2mm。這也是多年來安裝埋件得出的經驗數值[9]。

4.2 弧門埋件的安裝

首先進行預留槽處理，拆除原邊導板后，在一期混凝土上按圖紙要求植加固筋，保證外露錨筋有足夠搭接長度。通過測量給出閘門中心線，根據施工圖紙確定幾個安裝控制點，分別在邊導板下端的兩側，由控制點構成的控制面距邊導板工作面50-100mm，由此可控制埋件的垂直和扭曲度。另外控制邊導板止水座板中心與支鉸中心的半徑也是安裝的關鍵，必須給出控制點，在側墻上放出一條垂直的基準線，用三角函數計算出邊導板止水座板中心到基準線的理論距離，根據此數據用鋼卷尺用力拉緊直接找出此控制點。在安裝前根據編號做出組裝記號，根據編號自下而上安裝，先調整好下節并加以固定，再吊上一節，側止水座板在工作范圍內，對孔口中心線安裝偏差不超過±2mm，在工作范圍外時，對孔口中心線安裝偏差不超過(-2mm，+4mm)，軌面扭曲值根據工作范圍內表面寬度決定，一般不超過2mm。

5 新門槽埋件安裝后的測量

底坎安裝后測量數據，以參窩水庫工程溢流壩6#弧形門測量的數據為例見圖1。

5.1 底坎絕對高程

底坎安裝驗收時，測量過程及結果如下：由北岸壩頂基準點A(高程：103.71894)，向9#燈柱觀測點B返點，高差116.94mm，得此點高程：103.602，儀器高為1223.5mm，

在孔口上方返與儀器視線同高點C，用盤尺拉出與D點距離，為18730mm，D點為底坎高程留在邊墻上的標記點，與底坎高程差為1326.5mm，因此得出底坎絕對高程：

B-(Lcd-Lcb)-Lde=103.602-(18.730-1.2235)-1.3265=84.769比理論高程84.770低1mm。

圖1 底坎絕對高程測量示意圖

5.2 底坎中心的確定

底坎安裝加固以后，落閘門，由于閘門底緣存在傾斜，通過對啟閉機卷筒的調整將傾斜從6.5mm，調整至2mm，此時門葉底緣從南至北13m基本水平，剩余的1m左右面板底緣存在一定變形，因此不再進行調整。啟閉機調整后，門葉與邊導板的相對位置沒有發生改變,根據底坎中心對底坎進行盤頭。

5.3 邊導板安裝后的驗收

邊導板安裝以后要進行整體驗收，根據《水電卷5018-2004規范》要求邊導板的直線度不允許超過2mm，接頭錯位不允許超過1mm。安裝后的邊導板從整體上防止出現棱形和平行四邊形，這是安裝的大忌，既要保證一側邊導板的直線度，又要保證邊導板的垂直度，要從兩側的基礎掛線檢測和整體綜合檢測來確定邊導板的安裝是否達到設計要求以及安裝精度如何。同時預埋件與錨筋的焊接要合理、可靠，防止在澆筑中出現位移。只有在檢測達到合格以后才能進行啟閉落閘試驗：將門葉用啟閉機緩緩落到安裝后的底坎上，將閘門完全落在底坎上(注意底坎防腐漆的保護)，觀察閘門中心與底坎中心的復合情況。人工對門葉兩側止水螺孔與邊導板的水平間距進行測量，可以每間隔4-5個螺孔測量一組，測量數據做好記錄。安裝后的邊導板與門葉螺孔的距離是安裝水封以及對水封螺孔位置的確定起到關鍵的作用，它又是安裝新水封的重要有利依據和保證，安裝達到合格以后才能進行下道工序。

6 橡膠水封及側輪的安裝

橡膠水封安裝時要先與水封壓板配鉆螺栓孔，因為是改造工程，螺栓孔的位置要充分考慮閘門門葉的實際情況，利用上面已測得數據，即門葉螺栓孔與邊導板的距離，在橡膠水封鉆孔時適量調整螺栓與水封球頭外緣的距離，以保證封水質量和合適的壓縮量，水封壓縮量的大小直接關系到水封的壽命。閘門埋件及水封安裝后門體起升自如，封水效果較好。

7 結 語

閘門埋件及水封安裝后門體起升自如，運行狀況良好，未出現因尺寸不穩定造成的功能缺陷；未出現任何卡阻及傾斜的現象的發生，封水效果較好。此方案在金屬結構門槽改造工程中得到了有效的應用和推廣，具有可操作性和實用性。