談塔山新閘閘門維修

王高原， 張 嬌

(1.新沂市塔山閘管理所， 江蘇 徐州 221400； 2.新沂市水務局， 江蘇 徐州 221400)

塔山新閘位于江蘇省徐州市新沂市唐店街道境內，1996年5月建成，共6孔，總寬度為52.4 m、單孔凈寬7.6 m，閘室長16.0 m、閘底板高程為22.0 m(廢黃河高程系，下同)，消力池長21.0 m、深1.5 m。塔山新閘設計流量為600 m3/s，設計工況上、下游水位分別為28.0 m、22.0 m。該工程屬于沭河流域中型水閘，主要功能是防洪、灌溉、發電，合理調節沭河上游來水。工程采用2×16 t卷揚式啟閉機啟閉。

近年來，塔山新閘在運行時會出現卡頓、啟閉緩慢、高水位無法徹底關閉等現象，這對塔山新閘安全、可靠運行和工程效益發揮造成了不利影響。鑒于此，需要對塔山新閘閘門進行全方位檢修，以保證良好工況。

1 閘門維修方案擬定

1.1 閘門異常工況分析

針對塔山新閘目前出現的各類問題，管理單位組織技術力量，對塔山新閘閘門現狀進行了全面檢查、摸排，發現目前存在的主要問題集中在3個方面[1]：部分滾輪表面開裂，滾輪軸銹蝕嚴重；運行過程中，啟閉機制動不靈敏；鋼絲繩部分銹蝕， 少量斷絲。

依據排查結果，結合塔山新閘閘門出現的異常運行工況，作出以下分析。

(1)閘門滾輪表面開裂會導致滾輪運行中荷載分布不平衡，造成滾輪局部荷載集中，壓強增大，進而增大滾動時的摩擦力，造成閘門運行卡頓、緩慢，同時相對集中的荷載會進一步擠壓、損壞滾輪破損面，形成惡性循環，加劇滾輪損耗；嚴重銹蝕的滾輪軸會改變與滾輪接觸面的摩擦系數，增大滾輪運行時滾動摩擦力，影響平順性，繼而造成閘門啟閉緩慢，同時在動水中啟閉時，增大的摩擦力與動水壓力共同作用，會擴大頂托效應，致使閘門不易徹底關閉。

(2)啟閉機制動不靈敏會導致啟閉機制動力輸出不平順，制動力時大時小，造成閘門運行卡頓，同時也會增加鋼絲繩瞬時負荷，加劇滾輪損耗。

(3)鋼絲繩部分銹蝕，降低了材料強度，在鋼絲繩截面上造成受力局部集中，加劇鋼絲繩損耗；鋼絲繩少量斷絲除了會造成受力集中外，還會導致閘門荷載分布不均衡，增大某一側的側向壓力，繼而增大運行時的滾動摩擦力，造成運行卡頓、緩慢，也會增強在動水啟閉時的頂托效應，使得閘門不易徹底關閉。

因此，滾輪開裂、滾軸銹蝕，啟閉機制動不靈敏，鋼絲繩銹蝕、斷絲等不利因素疊加作用，共同造成了閘門運行時的受力不平衡，摩擦力增大，進而導致了閘門運行卡頓、啟閉緩慢、關閉不徹底等異常工況[2]。

1.2 閘門維修方案優化

針對現場檢查、摸排發現的問題，擬定維修方案：閘門滾輪損壞，滾輪軸銹蝕較為嚴重，已達到報廢標準，擬更換塔山新閘6孔閘門滾輪、滾輪軸及配套檔圈、銅套、螺母；啟閉機制動不靈，鋼絲繩銹蝕斷絲，擬更換塔山新閘6孔閘門制動器、鋼絲繩。

管理單位擬定的施工方案均為常規處置措施，且對于目前存在的異常工況有針對性，但在施工準備階段卻發現4個之前未曾考慮到的施工難點。

(1)塔山新閘自建成投運以來，檢修門從未用過，止水橡皮年久老化，止水效果很差；同時，在檢修門試放過程中，當前水位組合下，檢修門始終無法下落。

(2)在當前水位組合下，塔山新閘閘門也無法徹底關閉。

(3)活動門檔被焊死致使主滾輪無法移動到門槽外拆卸，若強行拆除焊接螺帽極有可能損壞門體。

(4)現場作業間距不足(門體側止水與滾輪邊緣間距為980 mm，現場工作橋與墻體間距為820 mm)，導致主滾輪、滾輪軸拆卸空間不足，現場工作橋欄桿和行車梁也嚴重限制了作業空間。門體提升到上限位后，無閘門鎖定裝置固定閘門用于作業，冒然橫向移動閘門安全風險極大。

針對施工準備階段發現的未預料到情況，需要優化、完善目前制定的施工方案。對于檢修門和閘門無法徹底關閉的問題，可制作一定量的配重塊，用于關閉檢修門和閘門；對于檢修門老化的問題，可先行更換止水橡皮，后續可按照原有尺寸和止水型式，重制新檢修門；對于活動門檔焊死，作業空間不足的問題，可在墻體合適位置開設維修孔，用以更換主滾輪和主滾輪軸，也能方便后續日常檢修、保養。

2 閘門維修方案細化

目前擬定的閘門維修方案為：更換閘門主滾輪、主滾輪軸及配套檔圈、銅套、螺母，更換啟閉機制動器、鋼絲繩，更換檢修門止水，制作新檢修門、配重塊，在墻體開設維修孔。更換后的閘門主滾輪、主滾輪軸及配套檔圈、銅套、螺母尺寸形式詳見圖1。為確保維修順利實施，同時合理控制經費支出，進行細化和必要的驗算，更換滾輪、輪軸后閘門在現有條件下能自由啟閉，新制作檢修門和配重塊的合理重量，維修孔尺寸和布設位置。

圖1 主滾輪裝配示意圖(單位：mm)

2.1 閘門啟閉驗算

塔山新閘目前使用閘門為平面鋼閘門，焊接式多主梁結構。閘門高為6.50 m、寬7.60 m，設計面板厚度為10.0 mm，主梁腹板厚為10 mm，高為800 mm，下翼緣厚20 mm、寬300 mm；門槽底高程為22.0 m，頂高程為28.50 m。目前采用的啟閉機為QPQ2×160繩鼓式。

塔山新閘復核計算水位組合詳見表1，閘門水壓力分布圖詳見圖2。

表1 閘門復核計算水位組合

圖2 閘門水壓力分布圖(單位：m)

平面閘門在動水中的啟門力(FQ)計算式為

(1)

(2)

Tzs=f3Pzs

(3)

帶入塔山新閘閘門參數，計算得出開啟閘門所需的啟門力為236.81 kN，小于現有條件下啟閉機所能提供的最大啟門力320 kN。

平面鋼閘門在動水中的閉門力(Fw)計算式為

Fw=nT(Tzd+Tzs)-nGG+Pt

(4)

式中：nG為計算啟門力用的閘門自重修正系數，Pt為上托力。

其余參數與計算啟門力一致，用式(2)、式(3)可計算出閘門關閉時的閉門力小于0，即在現有條件下的校核水位能依靠自重關閉閘門[3]。

綜合上述驗算，現有QPQ2×160 kN卷揚式啟閉機能夠滿足閘門正常啟閉，啟閉機的制動器、鋼絲繩只需按照原有尺寸、型號更換即可，同時也說明了目前存在的閘門無法靠自重徹底關閉的現象是由滾輪、輪軸問題造成的。

2.2 檢修門及配重塊質量確定

檢修門無法在動水中下落，可能是由于自重偏輕和止水老化共同造成的。考慮到檢修門通常需要在動水條件下快速下落、關閉，檢修門的質量確定可參考鋼閘門閉門力計算結果，初步確定檢修門質量不小于現有鋼閘門質量，約為15 t。同時，塔山新閘閘孔尺寸與緊鄰的塔山閘一致，新制檢修門應均可用于兩閘日常檢修，參考塔山閘閘門質量，并留有一定余量應對不利水位組合，最終確定新制檢修門質量為18 t。

此外，為應對極端情況下的不利水位組合，新制作的檢修門型式選為浮箱結構，箱內可放置配重塊，并且控制單件配重塊質量在電動葫蘆起吊能力范圍內即可。

對于配重塊總質量確定，在本次檢修中，通過臨時加配重下壓檢修門試驗，初步確定配重塊總質量為4 t，這個質量應該可以較好地應付維修后的閘門在極端水位組合下出現的無法關閉情況。

2.3 維修孔尺寸及布設

經現場勘查和查閱設計圖紙，結合本次維修和日常巡視、保養需求，確定在排架活動門檔墻體開尺寸為850 mm×1 300 mm的維修孔，位置緊靠排架下游側邊緣。當閘門起吊一定高度時，可更換上側主滾輪、主滾輪軸，更換完畢后繼續提升，可更換下側主滾輪、主滾輪軸，此時閘門提升高度未超過上限位。通過開設維修孔，使維修、保養工作便捷高效，所有工作均在1個維修孔內完成[4]。維修孔尺寸及布設位置詳見圖3。

圖3 維修孔尺寸及布設位置(單位：mm)

3 閘門維修實施方案

根據細化、確定的閘門維修方案，可以確定施工方案。考慮到施工工期、作業安排，可以將塔山新閘維修拆分為維修孔施工和主滾輪施工。

3.1 維修孔施工

維修孔施工可按照以下步驟實施：

(1)在1#孔門體上平面搭建活動施工平臺；

(2)施工人員進入施工平臺，佩戴安全帽、安全繩，按照設計要求，以850 mm×1 300 mm施工線為基準鉆孔，并依次沿線四周鉆孔；

(3)清除鉆孔垃圾，修整維修孔；

(4)將施工平臺移動到下一個孔施工，依次完成6孔施工；

(5)在1#孔東側、6#孔西側塊石護坡處各開挖1孔，并在開挖部位砌道護墻，形成檢修進出口。

3.2 主滾輪施工

主滾輪施工可按照以下步驟實施：

(1)所有零部件在廠內完成制作、加工；

(2)所有原材料和輔助設備運到現場并進場驗收；

(3)完成檢修門止水更換，置于檢修門槽，確保檢修門徹底關閉；

(4)啟動鋼閘門，將閘門上主滾輪下邊緣和施工孔的下邊緣對齊；

(5)搭建施工平臺，確定吊點位置；

(6)拆除主滾輪軸尾部M64螺母，用千斤頂從尾部向外頂滾輪軸，直到滾輪軸松動，用另外一臺電動葫蘆從門槽反面拉住滾輪，并向外拉動滾輪，從門槽反面將舊滾輪拉出；

(7)將新主滾輪和滾輪軸安裝到位，移動到行車下吊至舊滾輪拆除位置，用吊帶鎖緊滾輪和滾輪軸的中間位置，用電動葫蘆拉到和施工孔平行位置，將滾輪軸尾部用吊帶鎖緊，用電動葫蘆平行將滾輪軸拉到門體安裝滾輪軸孔里；

(8)調整位置，將滾輪軸安裝到位，安裝尾部M64螺母并鎖緊；

(9)按照以上方案，拆裝另一側滾輪，拆裝完畢后關閉閘門，將檢修門移動到下一孔，依次完成 6孔拆裝；

(10)施工完畢，打掃施工現場。

通過上述施工，較好地處理了塔山新閘閘門存在的問題，在施工工期內安全、高效地完成全部施工內容，施工質量良好[5]。

4 結 語

通過塔山新閘閘門維修，使閘門恢復良好運行工況，同時借由此次維修開通了維修通道，既降低了施工作業難度和成本，又方便了日后巡查、保養，還新增了浮箱式檢修門和配重塊，用以應對今后可能出現的極端水位組合。此次閘門維修，實施方案因地制宜，施工措施詳細實用，可為類似水閘工程維修提供借鑒。