淺談岷江犍為航電樞紐工程船閘人字門安裝技術

曾 競，許 可

(中國水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1 工程概況

岷江犍為航電樞紐工程是岷江(樂山至宜賓)162km河段航電梯級規劃的第三級，是以航運為主，結合發電，兼顧供水、灌溉的水資源綜合利用工程。犍為航電樞紐工程的船閘按Ⅲ級標準設計，可通過1000t級船舶，閘室有效尺度為220m×34m×4.5m(有效長度×高度×門檻水深)，水級19m。犍為航電樞紐要求施工期不斷航，在船閘施工期由臨時航道通航，在臨時航道斷航前須完成船閘全部工作，以保證通航條件。

犍為航電工程船閘上閘首、下閘首工作門均選用人字閘門。人字閘門采用平板橫梁式閘門，橫梁基本按等水壓力布置，材料選用Q345B。上閘門高16.45m，厚3.016m；下閘門高25.00m，厚3.022m。上下閘門門寬均為20.2m。人字門其門扇軸線與閘室橫軸線夾角為22.5°。門葉兩端邊截面段即門軸柱與斜接柱，其作用是將水壓荷載通過支枕墊傳遞到閘墻上或另一扇門上。

本船閘采用與門高通長的連續式支、枕墊座，使支、枕墊座的應力減小、閘門受力均勻，同時還利用通長的支、枕墊座形成剛性中、側止水。支、枕墊座材料采用鍛不銹鋼0Cr19Ni9N，與三峽船閘相同。頂樞通過兩根交叉布置的拉桿與預埋的拉架連接，頂樞軸套采用進口銅基鑲嵌自潤滑軸套，頂樞采用鍥形柱調整機構對頂樞中心進行微調。座樞采用蘑菇頭面堆焊不銹鋼，進口銅基鑲嵌自潤滑球面軸瓦。根據制造、安裝的具體條件，上閘人字門、門葉結構分成六節，下閘人字門門葉結構分成九節，在現場豎立拼裝成整體。

2 船閘人字門的安裝工藝

主要施工程序：安裝前測量放點→埋件及底樞安裝→門葉吊裝拼焊→頂樞安裝→背拉桿安裝調整→門葉跳動值調整→支枕墊塊安裝→支枕墊塊環氧墊料澆注→底止水安裝→其他附件安裝→無水調試→有水調試→驗收

2.1 門葉吊裝方案優化

門葉單節重87t，選取260t起重機。

方案一：在閘頂布置起重機，閘門由場內道路運輸至閘頂，卸車后吊裝至閘室底部進行拼裝。此方案優點：大型設備不需要進至閘室底部，不需要修建進閘室的臨時道路(上引航道還未施工)，對上引航道土建施工不影響。缺點：閘頂布置起重機會影響啟閉機房及控制樓的施工(啟閉機房和控制樓還未施工)；只能單側人字門吊裝完成后轉至另一側，對工期影響較大，否則需同時布置兩臺起重機，起重機使用效率較低，成本高。

方案二：在閘底布置起重機，閘門經場內道路運輸至閘底板，卸車后吊裝至安裝位拼裝。此方案優點：一臺起重機可兼顧兩側人字門同時安裝，對閘門安裝工期影響較小，成本相對較小；不影響啟閉機房及控制樓的土建施工。缺點：需修建臨時道路至閘底板；對上引航道底板施工影響較大，但不致影響總工期。

經過比較，最終選擇方案二，以保證主體工程工期。

2.2 安裝控制點的優化設置

人字門安裝最重要基準點為底、頂樞旋轉中心，頂、底樞旋轉中心線的鉛垂度是關系到門葉安裝完成后開關質量的關鍵，且門葉安裝后底樞中心點無法再進行測量，只能通過其他控制點復核人字門頂、底樞中心的鉛垂度。因此，在底樞安裝前進行控制點的布設尤為重要。

在左右兩側閘底分別做一條通過底樞中心并行于閘室中心線的兩條線AB和CD，再做一條同時通過兩側底樞中心的一條線EF，并將該三條線分別投影至閘頂，在閘頂三條線上任取一點做好標記，作為底、頂樞中心控制線。同時測量出門葉合力線MZ、NZ。見圖1。

圖1 人字門安裝放樣控制線

2.3 底樞埋件的安裝

底樞埋件的安裝包括底座、墊板的安裝，吊裝前在安裝位置預先設置托架，托架頂部高程比底座底面高程低2mm～3mm，把底座精加工面用汽油清洗干凈后分出旋轉中心線和門葉的合力線，將底座吊于托架上，調整底座的中心、高程和角度，其中心控制偏差小于2mm，水平度偏差控制在1/1000以內[1-2]，調整合力線與放樣線重合。

2.4 門葉安裝位置優化

門葉拼裝布置在與全開成一定夾角位置豎立進行，通常情況下一般人字門拼裝時與閘墻的夾角為12°[3]。但犍為船閘人字門葉寬度為20.2m，若按12°夾角布置，面板靠斜接端離閘墻距離達4.1m，相應的加固材料較長，剛性不夠，安全性降低。為解決該問題，經過模擬計算，充分考慮到門葉背側作業空間以及水平方向的加固因素，最終確定在與全開成3°夾角布置，面板離閘墻最小距離800mm，最大1500mm，門葉拼裝過程的操作空間和加固長度均較為合理。見圖2。

圖2 人字門安裝布置示意

2.5 門葉拼裝

2.5.1 拼裝前準備工作

打磨清理干凈底樞座板，將月牙墊板先基本就位，將蘑菇頭按編號吊裝置于墊板上，用千斤頂調整墊板將蘑菇頭卡死，最后壓緊墊板螺絲。吊裝過程中需注意保護蘑菇頭表面不被碰擦損壞。

將預先準備的墊梁、鋼支墩、墊塊、楔子及100t千斤頂等支承門體的設備沿3°安裝軸線垂直方向擺好。每扇門葉布置4個鋼支撐，對應于底節門葉主梁下部專用頂門部位。

2.5.2 門葉安裝及質量控制

(1)門葉吊裝采用260t履帶吊作為主吊，100t汽車吊配合門葉進行空中翻身。吊裝時門葉底樞側用手拉葫蘆調整門葉的水平度，以防止下落過程中與蘑菇頭發生碰撞。

(2)門葉吊裝到位前1.5m左右拆除底樞頂蓋上的保護措施，并對正底樞中心；門葉下降至到位前100mm左右時，檢查球瓦與蘑菇頭的周邊間隙，進一步校對中心，確保對位準確；進一步緩慢下降門葉使球瓦與蘑菇頭周邊間隙5mm左右時將斜接柱側兩臺千斤頂升起，頂住門葉后與門葉一起下降，門葉就位后形成三點支承狀態。下落過程中隨時檢查軸瓦底部密封圈，以防損壞。

(3)底節門葉就位后，在門軸柱端板，斜接柱端板和門葉正面中心線位置用鋼琴線懸掛重錘檢查門葉的垂直度，利用水準儀檢查底橫梁水平度。為防止門葉在調整過程中球瓦與蘑菇頭出現脫離現象，門軸柱側2個千斤頂先不使用，通過調整斜接柱端千斤頂，使底節門葉垂直滿足要求，且斜接柱端比門軸柱端的水平高1mm～2mm后，再將門軸柱側2個千斤頂頂起以剛接觸至門葉受力為宜，保證門葉由5點整體均勻受力(4個千斤頂加底樞)。

(4)底節門葉調整合格后，門葉底部4個支撐千斤頂旁利用鋼板及楔塊墊緊，各支撐楔子塊要求基本均勻受力，且滿足球瓦與蘑菇頭不脫離，并能使千斤頂承受部分荷載。

(5)其他分節門葉按編號順序吊裝，單節調整垂直度，焊縫焊接，探傷檢查及加固結束后，再用同樣的方法進行下一節門葉安裝。

2.6 門葉的焊接變形控制

由于門葉尺寸大，在廠內采取分節制造，在現場豎立拼裝焊接。但人字門上下游的結構不對稱，且厚板多，焊接通常采用手工焊，焊接量大，門葉焊接變形控制困難。且分節門葉在運輸、吊裝焊接過程中易產生變形難以恢復制造組對時的情況，這些變形需要靠安裝焊接過程中來予以消除，更加劇了變形控制的難度[4]。因此，在綜合分析后確定采用CO2氣體保護焊進行門葉焊接，其原因有：①CO2焊接速度快，效率高，焊接變形較小；②CO2焊接技術發展已比較成熟，可進行全位置焊接，焊接質量能夠得到保證。正式焊接過程中，嚴格控制焊接順序，根據焊接工藝評定制定焊接參數，加強焊接監控，控制焊接變形。

焊接變形控制措施：

(1)預留反變形。門葉面板側比后翼緣側焊縫更多，焊接的收縮更大，焊接后有向面板側傾斜變形的趨勢。在拼裝時向后翼緣側預留反變形，以每節門葉高3.5m計算，反變形數值約2mm～3mm，且在第一節門葉焊接變形后再根據實際變形情況進行調整。

(2)焊接順序：焊接變形控制的重點是人字門斜接柱、門軸柱正向、側向直線度。具體門葉分段接縫焊接順序及工位布置：承插口立縫→兩側端板縫→推力隔板→端隔板→端柱下游翼板→隔板后翼板→中間隔板→面板。

(3)焊接監控。焊接過程中，設專人監視檢測門體變形。門軸柱鈄接柱中心各掛兩個重錘，焊接過程中一旦發現焊接變形較大，應停止施焊，及時采取局部調整焊接順序或刨除局部焊縫重新施焊等措施來減小變形，刨削次數不宜超過2次。每兩節焊接流程結束，待焊縫冷卻后進行測量。并與組裝時的測量結果做比較，若變形較大，需調整工序。

2.7 拉架及頂樞的安裝

(1)門葉安裝完成后根據控制點測出頂樞中心，自制移動式鏜孔機進行現場鏜孔。

(2)根據門體拼裝后的耳板中心實際高程確定A、B拉架實際安裝高程。

(3)以頂樞旋轉中心測量放出A、B拉架的樁號及軸線控制點，并利用該控制點先布置臨時支撐托架，將拉架吊裝就位調整合格后加固。

(4)拉架安裝完成后澆注二期混凝土，待二期混凝土14d強度后安裝頂樞拉桿及頂樞軸。

(5)頂樞A、B桿設計為焊接整體，但由于焊接后幾何尺寸過大，導致安裝困難，因此調整順序，先將A、B桿分別安裝完成，頂樞軸安裝就位合格后再進行A、B桿的焊接。焊接程序嚴格按規范及工藝評定進行。

2.8 背拉桿的安裝及預應力調整

背拉桿的安裝與頂樞同步進行，預應力調整在人字門頂樞安裝完之后，頂、底樞具備承載條件后進行。

(1)以門體中心線(豎向)沿底、頂主梁中心線為基準找出組裝的正確位置加以組裝。

(2)背拉桿的調試：施加預應力采取專用工裝和千斤頂進行。在調節螺母端頭安裝調節工裝，并配套千斤頂進行拉桿的應力調整。施加預應力前，將應變片分別粘貼在背拉桿表面上，采用靜態測試儀和動態測試儀測量其預應力。背拉桿焊接完后，同時收緊上、下層背拉桿調節螺母，根據應力檢測的情況和斜接柱的垂直度，決定每根背拉桿的收緊量，使各桿應力盡量接近，而且斜接柱處無旁彎。反復上述應力調節過程，使門體斜接柱鉛垂誤差控制在±2mm，背拉桿的應力達到設計要求。

2.9 門葉跳動值調整

門體跳動量是反應頂、底樞中心線的鉛垂度，背拉桿調整完畢后，將門葉與啟閉機進行聯接，開關閘門，使門體在全開位與全關位之間每旋轉10°停一次，通過水準儀檢測斜接柱端任一點跳動量值，根據跳動量數值來分析頂樞中心與底樞中心的鉛垂度偏差，再通過調節頂樞A或B拉桿以達到頂、底樞鉛垂度不大于1mm。調節A、B桿是通過拉架上的調整楔塊，在調整前先將門葉斜接柱端底部用200t千斤頂進行頂升2mm～3mm，再開始楔塊的調整。調整最終結果測量使門葉斜接柱端任一點跳動量值不大于1mm。

2.10 支、枕墊塊的安裝精度控制

因支枕墊兼作止水，設計支枕墊分塊尺寸較長，最長件達4m，在廠內加工時發現極易產生變形。因此，在安裝前先預組裝，檢查在運輸、裝卸過程中是否變形，對變形及時處理，避免安裝后發現再處理影響施工進度。

支枕墊塊在頂樞安裝前先進行掛裝，否則在頂樞安裝后吊裝就位較為困難。在頂樞，背拉桿安裝完后，門體基本無變形的情況下再精調支、枕墊塊。

門葉關到全關位，在支、枕座頂部放出合力線，調整支、枕墊塊的中心線與支、枕座的合力線重合，如有偏差通過調節支、枕座上的側向六角調節螺栓，任何方向的偏移值不應大于2mm。用塞尺檢查相鄰兩塊支、枕墊塊的端面間隙不大于0.1mm；支、枕墊塊間局部間隙不得大于0.1mm，其累計長度不應超過單個支、枕墊塊長度的10%。用塞尺檢查支、枕墊塊接觸線距邊緣的數值應相同，確保合力線在支枕墊塊的中心線上。

2.11 支枕墊塊環氧填料澆注

支枕墊塊精調完成后開始支枕墊塊環氧填料澆注。將門葉處于全關位置，每條支承條自下而上分段澆注，填料采用CT-2型環氧樹脂填料，其抗壓強度可達120MPa以上[5]。澆注順序：先枕墊和支墊，先門軸柱后斜接柱，每段澆注高度不超過2m。

3 結語

犍為航電樞紐船閘人字門是目前西南地區最大的人字門，因要求在施工期不斷航，且對施工工期有要求，通過對吊裝方案的優化、焊接質量控制、支枕墊調整等關鍵工序入手，使人字門安裝工期比傳統安裝工期縮短3個月。通過犍為人字門的安裝證明，各項工藝可靠、安全，針對上述施工難點問題的優化施工工藝合理有效，各項檢測數據優良。從投運至今，船閘人字門運行情況良好，為岷江流域的通航發揮了巨大的效益。