懷柔水庫(kù)溢洪道金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)

趙立庭 孫乙升 呂 游

(北京市京密引水管理處，北京 101400)

懷柔水庫(kù)位于北京東北部，流域面積為525km2，庫(kù)容1.44億m3。水庫(kù)設(shè)有東西2孔溢洪道，分別設(shè)有2扇弧形鋼閘門(mén)，其寬度均為12.0m，高度為6.3m，底檻高程56.0m，東溢洪道的設(shè)計(jì)流量186m3/s，校核流量1545m3/s，西溢洪道設(shè)計(jì)流量510m3/s，校核流量1491m3/s，其固定式卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的參數(shù)為2×150kN。

作為重要的供水水利樞紐，懷柔水庫(kù)建成后發(fā)揮了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，但盡管建成多年，對(duì)水庫(kù)運(yùn)行至關(guān)重要的金屬結(jié)構(gòu)卻未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)全面的安全檢測(cè)。為消除安全隱患，確保水庫(kù)的安全運(yùn)行，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范開(kāi)展了金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)工作。

1 檢測(cè)內(nèi)容

水庫(kù)東西溢洪道金屬結(jié)構(gòu)重點(diǎn)開(kāi)展金屬閘門(mén)的外觀、銹蝕量、焊縫超聲波探傷、材料檢測(cè)以及啟閉機(jī)等方面的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和試驗(yàn)工作。

a.閘門(mén)外觀：外觀檢查主要基于目測(cè)展開(kāi)，銹蝕情況的檢查主要針對(duì)閘門(mén)構(gòu)件銹蝕的面積分布及部位等，從直觀角度評(píng)價(jià)閘門(mén)的銹蝕情況。

b.閘門(mén)銹蝕量：銹蝕量是判斷閘門(mén)銹蝕程度的主要依據(jù)之一，銹蝕量的量測(cè)可以得到閘門(mén)主要構(gòu)件的銹蝕速率和蝕余厚度，進(jìn)而為閘門(mén)強(qiáng)度的復(fù)核計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。銹蝕量的主要檢測(cè)設(shè)備為超聲波測(cè)厚儀、游標(biāo)卡尺和涂層厚度測(cè)定儀。

c.焊縫超聲波探傷：超聲波探傷是閘門(mén)無(wú)損檢測(cè)中的一種常用方法，該方法主要利用聲學(xué)性質(zhì)的改變來(lái)評(píng)判對(duì)超聲波的傳播影響，從而獲得構(gòu)件內(nèi)部缺陷的基本情況。焊縫檢測(cè)儀器采用EPOCH2300型超聲波探傷儀以及CSK-ⅢA試塊。

d.材料檢測(cè)：主要包括材料化學(xué)分析法、機(jī)械性能試驗(yàn)法以及綜合分析法。但材料化學(xué)分析法和機(jī)械性能試驗(yàn)法通常需要從正在運(yùn)行的設(shè)備構(gòu)件中獲得測(cè)試所需的材料，實(shí)際檢測(cè)往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)，本次材料檢測(cè)采用綜合分析法。

e.啟閉機(jī)檢測(cè)：主要是檢測(cè)機(jī)架及各機(jī)構(gòu)機(jī)械零部件的磨損、損傷、裂紋、變形、銹蝕以及密封滲漏等，對(duì)電氣設(shè)備和裝置進(jìn)行檢查；運(yùn)行狀況檢測(cè)主要是檢測(cè)啟閉機(jī)各機(jī)構(gòu)主要零部件及安全保護(hù)裝置的功能和運(yùn)行可靠性。

2 檢測(cè)結(jié)果

2.1 東溢洪道

a.東溢洪道工作閘門(mén)整體狀況完好，閘門(mén)主要構(gòu)件未見(jiàn)損傷變形；閘門(mén)主要構(gòu)件涂層完好；連接狀況和止水裝置均良好，無(wú)漏水現(xiàn)象發(fā)生；閘門(mén)軌道完好，未見(jiàn)異常；底檻完整，未見(jiàn)銹蝕；閘門(mén)吊耳裝置零部件齊全，未見(jiàn)異常。工作閘門(mén)典型檢查結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖2 工作閘門(mén)迎水面銹蝕狀況

b.工作閘門(mén)的銹蝕量頻數(shù)分布、銹蝕量和銹蝕速率見(jiàn)表1、表2。

表1 銹蝕量的頻數(shù)分布

表2 銹蝕量和銹蝕速率分布

c.焊縫檢測(cè)表明主橫梁腹板與翼緣板T形連接焊縫、支臂腹板與翼緣板T形連接焊縫、邊梁腹板與面板T形連接焊縫、邊梁腹板與后翼緣板T形連接焊縫、吊耳板與連接板T形連接焊縫局部存在未焊透制造缺陷，但未焊透深度均沒(méi)有超過(guò)規(guī)范允許值。

d.工作閘門(mén)材料檢測(cè)主要選取左閘門(mén)縱梁后翼緣、支臂加勁板和縱梁加勁板取樣，主要構(gòu)件用料為Q235(A3)，與設(shè)計(jì)圖紙一致，化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表3，材料硬度及抗拉強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 化學(xué)成分分析 單位：%

表4 材料硬度及抗拉強(qiáng)度結(jié)果

e.啟閉機(jī)檢測(cè)結(jié)果。設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、保養(yǎng)及整體狀況良好，室內(nèi)環(huán)境整潔干凈；啟閉機(jī)操作運(yùn)行控制功能正常，附件齊全，運(yùn)行平穩(wěn)。個(gè)別地方存在齒輪制造缺陷等，見(jiàn)圖3。

圖3 啟閉機(jī)大齒輪制造缺陷

f.啟閉力檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果表明閘門(mén)空載實(shí)測(cè)最大啟門(mén)力為157.7kN，設(shè)計(jì)水位下最大啟門(mén)力不超過(guò)205.0kN，均小于額定值，功能正常。

表5 實(shí)測(cè)應(yīng)變值和啟門(mén)力

檢測(cè)結(jié)果反映出工作閘門(mén)存在的主要問(wèn)題包括：?右閘門(mén)有2個(gè)側(cè)導(dǎo)輪的銷軸板采用鋼板點(diǎn)焊固定。?閘門(mén)面板迎水面距門(mén)底約100cm范圍內(nèi)(閘門(mén)經(jīng)常擋水區(qū)域)，老銹坑分布密集，局部區(qū)域銹坑連接成銹塘；迎水面止水連接螺栓銹跡斑斑，存在較重銹蝕，少數(shù)側(cè)止水連接螺栓銹損；閘門(mén)面板迎水面其他部位分布零星的淺銹坑，銹蝕相對(duì)較輕。?閘門(mén)主橫梁和小橫梁局部區(qū)域分布有密集的老銹坑，左閘門(mén)銹蝕狀況較右閘門(mén)相對(duì)嚴(yán)重。

東溢洪道檢修閘門(mén)完好，無(wú)明顯的損傷和變形現(xiàn)象；止水裝置連接情況良好；疊梁構(gòu)件表面局部區(qū)域銹跡斑斑或薄銹皮脫落，但未見(jiàn)深銹坑。

2.2 西溢洪道

a.西溢洪道工作工作閘門(mén)狀況良好，未見(jiàn)損傷和變形；閘門(mén)構(gòu)件涂層完好；構(gòu)件之間連接完好牢固，螺栓無(wú)銹蝕；止水裝置完整，不漏水；閘門(mén)軌道和底檻完好，但底部止水壓板及連接螺栓存在部分銹蝕現(xiàn)象，工作閘門(mén)整體狀況見(jiàn)圖4。

圖4 工作閘門(mén)整體狀況

b.閘門(mén)銹蝕情況。對(duì)溢洪道左閘門(mén)進(jìn)行銹蝕量檢測(cè)，共獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)105個(gè)，通過(guò)對(duì)銹蝕量檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，閘門(mén)主要構(gòu)件銹蝕量頻數(shù)分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6。閘門(mén)各主要構(gòu)件銹蝕量和銹蝕速率的平均值見(jiàn)表7。

表6 工作閘門(mén)銹蝕量頻數(shù)分布

表7 銹蝕量和銹蝕速率統(tǒng)計(jì)

c.焊縫超聲波探傷。對(duì)左閘門(mén)進(jìn)行焊縫超聲波探傷，檢測(cè)結(jié)果表明閘門(mén)各焊縫局部存在未焊透制造缺陷，未焊透深度在規(guī)范允許之內(nèi)，其余焊縫狀況良好，且所有受檢焊縫均無(wú)裂紋缺陷。

d.閘門(mén)材料檢測(cè)。主要選取左閘門(mén)縱梁加勁板、上下支臂之間斜撐桿節(jié)點(diǎn)板和下支臂加勁板取樣，主要構(gòu)件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，與設(shè)計(jì)圖紙一致，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8、表9。

表8 材料檢測(cè)試樣化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果 單位：%

表9 硬度及抗拉強(qiáng)度結(jié)果

續(xù)表

e.啟閉機(jī)檢測(cè)顯示整體狀況良好，具體見(jiàn)圖5。主要零部件完好，潤(rùn)滑良好；啟閉機(jī)附屬系統(tǒng)齊全，啟閉機(jī)操作運(yùn)行控制功能正常，運(yùn)行平穩(wěn)；鋼絲繩外觀良好，運(yùn)行狀況正常；啟閉機(jī)開(kāi)式齒輪副大、小齒輪存在齒寬方向劃痕，但深度較淺，典型的劃痕見(jiàn)圖6。

圖5 啟閉機(jī)整體狀況

圖6 開(kāi)式齒輪副輪齒表面劃痕

f.啟閉力檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表10，結(jié)果表明空載狀況下左閘門(mén)最大啟門(mén)力為153.0kN，設(shè)計(jì)水位下左閘門(mén)最大啟門(mén)力不超過(guò)198.9kN，均小于啟閉機(jī)的額定容量。

表10 實(shí)測(cè)應(yīng)變值和對(duì)應(yīng)的啟門(mén)力

3 安全評(píng)價(jià)及建議

a.東溢洪道工作閘門(mén)整體狀況良好，但右側(cè)啟閉機(jī)齒輪存在1處較大的制造缺陷和卷筒預(yù)留鋼絲繩圈數(shù)不符合規(guī)范要求，建議更換右側(cè)啟閉機(jī)右開(kāi)式副大齒輪，調(diào)整啟閉機(jī)卷筒預(yù)留鋼絲繩圈數(shù)；啟閉機(jī)操作控制柜無(wú)設(shè)備銘牌、開(kāi)度顯示儀表數(shù)值不準(zhǔn)確，建議補(bǔ)充和調(diào)整。

b.西溢洪道工作閘門(mén)整體狀況良好，主要構(gòu)件未見(jiàn)損傷變形破舊，啟閉機(jī)無(wú)設(shè)備銘牌，建議補(bǔ)充。

c.東、西溢洪道都存在檢修閘門(mén)止水效果差、閘門(mén)漏水嚴(yán)重等問(wèn)題，并且啟閉方式簡(jiǎn)陋，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，與水庫(kù)的整體環(huán)境和面貌不相匹配。考慮到懷柔水庫(kù)今后有可能經(jīng)常在高水位運(yùn)行，檢修閘門(mén)的運(yùn)行工況和運(yùn)行要求也將發(fā)生改變，建議更新或改造檢修閘門(mén)及啟閉設(shè)備。

4 結(jié) 語(yǔ)

懷柔水庫(kù)是向北京市供水的關(guān)鍵水利樞紐，本文在工程調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)懷柔水庫(kù)的東西溢洪道的相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測(cè)和分析，消除了安全隱患，確保了水庫(kù)的安全運(yùn)行。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià)，為結(jié)構(gòu)改造及檢修提供了技術(shù)支撐。