蘆潮港水閘弧形鋼閘門與啟閉機(jī)質(zhì)量檢測(cè)及卡阻原因分析

王海斌

弧形鋼閘門與液壓啟閉機(jī)廣泛應(yīng)用于我國水利工程建設(shè)中，浦東蘆潮港節(jié)制閘弧形鋼閘門及液壓啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)，閘門卡阻并伴有異常聲響，影響工程運(yùn)行安全。本文通過“三檢測(cè)，一排查”，對(duì)既有工程弧形閘門支臂鉸軸同軸度檢測(cè)方法進(jìn)行創(chuàng)新，科學(xué)分析產(chǎn)生卡阻的原因，為加固處理提供依據(jù)，供類似閘門情況參考。

一、工程概況

蘆潮港水閘地處上海市浦東新區(qū)臨港新城，位于長江口和杭州灣交匯處，屬于一線海塘水閘，其功能集擋潮、擋咸、排澇為一體，是南匯區(qū)沿杭州灣的重要排澇口門。水閘規(guī)模為總凈寬3×12m，采用3孔內(nèi)外雙道弧形門，配套液壓啟閉機(jī)，閘門設(shè)備啟閉采用雙吊點(diǎn)集成式液壓啟閉機(jī)，啟門力為2×1000kN，液壓桿通過旋轉(zhuǎn)支架帶動(dòng)弧門進(jìn)行啟閉操作。該啟閉機(jī)通過一套液壓系統(tǒng)控制，系統(tǒng)每次最多控制1扇閘門啟閉，液壓啟閉機(jī)房布置于工作橋橋面下。

該閘2018年6月建成投入運(yùn)行以來，外河主閘門與內(nèi)河應(yīng)急閘門啟閉均出現(xiàn)卡阻與異常聲響，為找到產(chǎn)生原因，為加固設(shè)計(jì)、消除隱患提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)閘門啟閉機(jī)進(jìn)行了針對(duì)性檢測(cè)與分析。

二、檢測(cè)內(nèi)容

引起閘門運(yùn)行卡阻的因素比較多，主要有以下幾種：第一種因素是埋件安裝偏差大，造成孔口局部寬度變小，閘門運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡阻，并在止水橡皮與埋件接觸處產(chǎn)生異常聲響；第二種因素是支臂或支鉸軸孔同軸度安裝偏差較大，閘門運(yùn)行兩側(cè)受力不均，閘門卡阻并在支鉸與軸連接處發(fā)出異常聲音；第三種因素是液壓啟閉機(jī)油缸加油時(shí)排氣不完全，閘門兩側(cè)給力不均勻，引起卡阻并在軸承處產(chǎn)生異常聲響；第四種因素是閘門變形較大、扭曲，引起卡阻并在鉸軸處產(chǎn)生聲響。

結(jié)合本工程實(shí)際情況，依據(jù)《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL 101-2014）（以下簡稱《規(guī)程》）相關(guān)技術(shù)規(guī)定，制訂了“三檢測(cè)，一排查”檢測(cè)技術(shù)方案，即通過閘門外觀與現(xiàn)狀檢測(cè)、啟閉力檢測(cè)及軸孔安裝偏差檢測(cè)，以及啟閉機(jī)液壓缸加油時(shí)的排氣情況調(diào)查與排查，綜合分析閘門啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)卡阻原因。

（一）外觀與現(xiàn)狀檢測(cè)

《規(guī)程》規(guī)定，外觀與現(xiàn)狀檢測(cè)包括閘門外觀與啟閉機(jī)現(xiàn)狀檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)要詳細(xì)了解閘門和啟閉機(jī)制造安裝竣工驗(yàn)收情況，重大缺陷處理情況，運(yùn)行、維修、保養(yǎng)情況和運(yùn)行中曾出現(xiàn)的其他情況等；對(duì)閘門和啟閉機(jī)制造安裝存在缺陷部位或零部件、運(yùn)行時(shí)曾發(fā)現(xiàn)異常的部位或零部件進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，確定閘門啟閉機(jī)聯(lián)合運(yùn)行異常現(xiàn)象產(chǎn)生的部位，為后面針對(duì)性檢測(cè)與分析提供依據(jù)。

經(jīng)檢測(cè)，該工程閘門無異常變形、扭曲現(xiàn)象，啟閉機(jī)現(xiàn)狀良好，活塞桿無異常變形，液壓系統(tǒng)狀態(tài)良好，油缸加油時(shí)反復(fù)排氣，排除閘門啟閉機(jī)因變形或液壓系統(tǒng)等原因引起閘門卡阻。

（二）啟閉力檢測(cè)

啟閉力檢測(cè)可采用直接檢測(cè)法或間接檢測(cè)法。直接檢測(cè)法是采用測(cè)力計(jì)或拉壓傳感器直接測(cè)量啟閉力，間接檢測(cè)法是采用動(dòng)態(tài)應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量吊桿、傳動(dòng)軸的應(yīng)力，再經(jīng)換算得到閘門啟閉力，對(duì)于液壓啟閉機(jī)也可以通過測(cè)量液壓缸體的油壓間接得到啟閉力。

該閘液壓啟閉機(jī)缸體及附近管道不具備安裝油壓表?xiàng)l件，油壓法無法檢測(cè)。考慮到該閘啟閉機(jī)與閘門通過拉桿相連，采用應(yīng)變片法檢測(cè)拉桿應(yīng)力，乘以拉桿截面積，就是檢測(cè)閘門的啟閉力。

測(cè)量時(shí)為了減少偶然誤差，確保粘貼的應(yīng)變片與吊桿完全平行，同一截面粘貼3個(gè)應(yīng)變片，3個(gè)應(yīng)力片應(yīng)力結(jié)果差值小于10%，即認(rèn)為應(yīng)變片粘貼正確，取其最大值為代表值。如果3個(gè)應(yīng)力片應(yīng)力差值較大，應(yīng)分析數(shù)據(jù)離散性的原因，重新粘貼應(yīng)變片復(fù)測(cè)。

本工程啟閉力檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 閘門啟閉力檢測(cè)結(jié)果表

結(jié)合圖1、圖2時(shí)程曲線可知，閘門啟閉過程中左、右拉桿受力時(shí)程曲線相似性差，同一時(shí)間點(diǎn)，兩側(cè)拉桿力值差較大，進(jìn)一步量化了閘門運(yùn)行時(shí)的卡阻程度。

圖1 3#主閘門啟閉過程左右拉桿時(shí)程曲線圖

圖2 3#應(yīng)急閘門啟閉過程左右拉桿時(shí)程曲線圖

（三）軸孔安裝偏差檢測(cè)

為了保證閘門運(yùn)行平穩(wěn)、無卡阻，《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T 14173-2018）（以下簡稱《規(guī)范》）第8.3條款規(guī)定，弧形閘門鉸座中心對(duì)孔口中心線距離安裝偏差應(yīng)控制在1.5mm以內(nèi)，鉸座高程、里程安裝偏差應(yīng)控制在2mm以內(nèi)，鉸座軸孔傾斜度應(yīng)小于等于千分之一，軸孔同軸度偏差應(yīng)在1mm之內(nèi)。前三個(gè)參數(shù)檢測(cè)，需要借助于水閘施工過程中的孔口中心線或安裝基線，該工程已運(yùn)行多年，孔口中心線及安裝基線無法放樣或重現(xiàn)，現(xiàn)無法直接測(cè)量；鉸座軸孔傾斜度可以采用水準(zhǔn)儀直接檢測(cè)；軸孔同軸度是指兩側(cè)軸孔相對(duì)位置，一般是通過高差及相對(duì)于某安裝基線的水平距離表示，高差可以采用水準(zhǔn)儀測(cè)量，相對(duì)于原安裝基線水平距離現(xiàn)無法直接測(cè)量。

綜上所述，創(chuàng)新檢測(cè)方法，根據(jù)閘門軸孔布置示圖（見圖3），選取a1b1a2b2、a2b2a3b3軸心點(diǎn)組成2個(gè)有代表性的空間四邊形，其中a1b1a2b2四點(diǎn)位置代表兩側(cè)油缸支架軸孔的安裝位置，a2b2a3b3代表油缸支架及閘門支臂軸孔的安裝位置，在安裝無偏差的情況下，由幾何常識(shí)可知，4個(gè)軸孔中心點(diǎn)對(duì)角線差應(yīng)該為零，在四邊形4個(gè)角點(diǎn)高差可檢已知情況下，對(duì)角線差值扣除高差就是四個(gè)軸孔中心相對(duì)于原安裝基線的水平位置偏差。采用高精度全站儀就可以同時(shí)檢測(cè)出四邊形對(duì)角線差值及兩條邊上軸心點(diǎn)高差，實(shí)現(xiàn)評(píng)估各軸心位置相對(duì)于原安裝基線或孔口中心線的位置偏差，具體成果見表2。

圖3 閘門各軸孔布置示意圖

表2 軸孔安裝偏差檢測(cè)成果表

由表2可知，閘門兩側(cè)軸孔高差、對(duì)角線差值遠(yuǎn)超出規(guī)范允許值，結(jié)合外觀與現(xiàn)狀檢測(cè)結(jié)果，該閘金屬結(jié)構(gòu)與啟閉機(jī)械外觀良好，未見異常變形現(xiàn)象，液壓啟閉機(jī)更換液壓油時(shí)，維保單位進(jìn)行了多次排氣處理，液壓系統(tǒng)狀態(tài)良好，排除了液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)問題。因此，可以推斷閘門卡阻、異常聲響是閘門兩側(cè)各軸孔安裝偏差較大引起的。

三、結(jié)語

通過對(duì)浦東蘆潮港節(jié)制閘弧形鋼閘門及液壓啟閉機(jī)運(yùn)行質(zhì)量檢測(cè)，找到了閘門卡阻的原因，為后期科學(xué)制訂加固處理方案提供了依據(jù)。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件有限的情況下，通過靈活運(yùn)用水利行業(yè)技術(shù)規(guī)范，創(chuàng)造性提出了弧形閘門在孔口中心線或原安裝基線無法重現(xiàn)情況下，鉸座軸孔安裝偏差的檢測(cè)方法，是對(duì)《規(guī)程》《規(guī)范》等規(guī)范內(nèi)容的補(bǔ)充與豐富，相關(guān)弧形閘門安裝質(zhì)量檢測(cè)與水利工程金屬結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)工作可以加以借鑒與運(yùn)用■