水電站攔河閘壩弧形閘門安裝施工控制探討

黃飛翔

（江西省水利水電建設集團有限公司，南昌 330000 ）

0 引 言

水工閘門是水利水電工程的重要組成部分，其施工過程受土建工程施工情況的影響較大，為突破其受混凝土施工、土建閘墩錨索張拉等工序的制約，應改變常規安裝工序。文章依托具體工程，結合工程實際，提出先安裝閘門、后錨索張拉的非常規安裝方案，使閘門安裝和混凝土施工、土建閘墩錨索張拉等工序并行，保證了弧形閘門安裝任務的順利完成，也為類似工程施工提供了成功經驗。

1 工程概況

某水電站攔河閘弧形閘門閘孔凈寬13.0m，按照防洪度汛要求，該攔河閘壩必須于2021 年6 月底前具備過流能力，所以，弧形工作閘門安裝工期十分緊張，且受混凝土施工、土建閘墩錨索張拉等工序影響大。經過多方論證，決定改用先安裝閘門、后錨索張拉的非常規安裝方案。

2 弧形閘門安裝方案設計思路

按照原設計要求展開相應部件安裝時，必須先進行牛腿處錨索的張拉施工，結合所對應的實際變形量決定閘門鉸座的安裝數量和安裝位置，測試合格后回填，待強度達到穩定后安裝支臂和門葉。此外，還應當展開鉸座在無閘墩張拉作用的自由狀態下安裝處理的可行性論證；并對鉸座安裝施工平臺以及配套性支撐方案、結構調整及固定方案、固定措施的強度及穩固性等均展開驗算。在可行性分析及相關驗算的基礎上，展開錨索張拉期間變形問題觀測，相應提出變形過大的處治方案；同時全面論證錨索在張拉過程中發生變形后鉸座所對應的安裝高程、左右鉸軸結構軸度值一致性等問題。

考慮到該水電站攔河閘土建施工任務重，致使弧形閘門于2021 年4 月底時仍不具備安裝條件，采用常規安裝方式顯然無法滿足防洪度汛節點工期要求。經過多方研究和論證后，確定出先進行閘門安裝，再張拉錨索的施工方案，也就是將張拉過程對錨固塊可能的影響以及所引起的變形量等均提前考慮，等結束弧形閘門支鉸座部分安裝任務并完成尺寸及精度調整后再張拉土建牛腿錨索；完成張拉施工任務后對支鉸座實際安裝高程、里程、鉸軸同軸度等參數值展開二次復測；結合復測結果，進行支鉸座控制參數微調[1]。

3 施工變形模擬分析

3.1 模型建立

應用ANSYS 有限元軟件模擬分析錨索預應力施加后弧形閘門閘墩和錨固塊等結構處的可能變形程度，并根據仿真結果，判斷結構受力是否符合設計，并為工程應用提供參考依據[2]，所構建的有限元模型。閘墩結構和錨固塊分別采用C30 和C40混凝土，混凝土彈性模量分別為3.00×104N/mm2和3.25×104N/mm2，重度均為25.0kN/m3，泊松比為0.167。

該水電站弧形閘門的安裝更多考察的是結構變形，在具體計算的過程中必須沿用線彈性處理原理，同時更加關注錨固塊等結構受力，由此確定出錨固區所可能對應的局域性坐標取值，進而展開更加細化的網格劃分。按照集中力確定單根錨索作用力。

在閘墩和錨固塊特征部位分別設置5 個測點，展開變形值模擬，結果見表1。表中垂直閘墩向變形，向內為正，向外為負；平行主錨索張拉向變形，下游為正，上游為負。

表1 閘墩及錨固塊變形位移預測值

3.2 結果分析

根據以上模擬，在進行了錨索結構的張拉施工后，錨固塊結構便表現出整體傾向于閘室內部并同時向上游方向發生持續性偏轉的趨勢特征，這就造成其與錨索張拉固結施工過程中閘墩和錨固塊所共同承受的偏心受壓變形同方向同取值變動。針對局域性特征更為明顯的坐標體系，在對錨索施以設計張拉應力，所相應造成的錨固塊部件和主錨索進行張拉的方向則表現出2.94mm 的變形，且主要變形方向偏向上游。

通過深入研究支鉸各點實際發生以及可能發生的變形程度，錨固塊等關鍵性部件則主要發生更加傾向于閘室結構內部向的具體取值為3.00mm 的整體性的偏移。設計人員務必要在支鉸座螺栓等臨時性部件安裝操作期間充分考慮到這種偏移，并為之預留出充足的空間；此外，還應當看到，支鉸各點在與錨索平行的張拉向也存在一定程度的誤差，結合相關要求進行調整后，支鉸各點基本圍繞內側邊線向上游整體偏轉19.5°。在主錨索和次錨索的綜合作用下，一定程度的張拉應力作用與錨固塊后，使錨固塊結構表現出19.5°的偏斜，結構整體發生0.89mm 的向下變形。

根據以上結果，因閘墩及錨固塊形狀改變引發的結構位移較小，而支鉸座固定螺孔和螺栓之間的間隙較大，這充分說明，在工程施工期間，固定鉸座螺栓以及背帽調整等處治措施，均能起到較好的調整前后里程及支鉸座扭轉位移的目的；同時，通過調整固定鉸螺栓孔及螺栓間隙，起到調節相對孔中心相對位置的目的[3]。總之，先安裝后錨索張拉的弧形閘門安裝方案對于該水電站工程完全適用。

4 安裝施工過程

4.1 埋件安裝

閘門及液壓油缸支鉸、側軌、底檻等位置直接影響弧形閘門安裝精度，故必須加強閘門埋件測量放線。具體而言，先測放出孔口中心線，并固定標記；在堰頂孔口基準點上架設全站儀，并通過正倒鏡觀測，測放出左右側支鉸中心點，兩點連線即為支鉸中心線；據此設置左右側支鉸座埋件中心線。通過鋼卷尺這種工具圍繞著支鉸這個中心并沿閘室側墻以一定的設計間距布設技術控制點，據此明確鎖定門槽部位側軌的適宜裝設位置。

嚴格按照設計方案將閘墩處混凝土材料澆筑施工至要求高程，此后在預先標出的點位埋置槽鋼，并以這些點位處所布設的槽鋼結構充當埋件支鉸座部件的臨時性施工平臺。考慮到支鉸座埋件安裝區域臨空、臨邊，施工空間狹小，調整及測量難度大，為保證支鉸座埋件快速安裝，在支鉸座安裝部位下端用12#槽鋼設置“板凳”形平臺，并以此支撐埋件下部。通過全站儀檢測埋件中心及上下高程，滿足要求后加固。

位于水電站弧形閘門門槽旁側的軌道要一次安裝到頂，在按照相應尺寸調節完成底節側軌的基礎上相應加固，并逐節安裝。此后，通過50m 卷尺及全站儀等測量儀器，在閘室底板左側和右側線形架體上依次測量并標示出控制點，該點位主要用于側軌安裝情況的對照和控制，并設置控制線，以此為基準在閘室頂部掛設線錘。通過該線錘控制側軌位置及安裝的垂直度。將測試結果與全站儀檢測結果比較，保證門槽側軌安裝精度。

4.2 支鉸座定位安裝

按照設計要求，定位焊接支鉸座牛腿墩及抗剪板上的預埋基礎板，吊裝支鉸座并使其就位的過程中，必須充分借助導鏈和鋼絲繩，以起到將支鉸座重量快速有效傳遞至鉸座上方承重箱型梁的作用。結合工程施工規范，必須在充分調整支鉸軸中心孔位、高程及里程等關鍵性施工參數的基礎上，將孔口中心處閘墩側偏移絕對量控制在2.00mm 以內，同時嚴格控制傾斜度；待將楔子等物體充分填塞進固定鉸下部和抗剪板之間的空隙后，暫時點焊楔子和抗剪板，以基本固定支鉸。

4.3 支臂及門葉安裝

待將下支臂吊裝就位后，還應借助高強度螺栓依次展開結構支臂上部與支鉸座等的連接，同時還應當將相應數量的吊耳板牢固焊接于支臂衩相應結構的上部。

安裝門葉時，最開始應通過相應的吊裝機械使底節門葉穩固吊置于底檻結構處，此后經過尺寸、數據等的略微調整，以確保門葉結構、孔口、主橫梁、支臂等部件的中心部位全處于重合狀態；同時還應使面板旁側所設置的水封螺栓結構的中部完全與側軌距離一致。待以上流程全部結束，則應借助型鋼等基礎性零件綁扎固定底節段的門葉與下方的支臂等結構，保證相應結構和部件穩定性與剛度完全滿足設計要求。

4.4 預應力錨索的張拉

該水電站弧形閘門不同閘墩處所布設的主次結構的錨索均分成5 級張拉，出于有效控制到超張拉的工程施工效果，必須嚴格按照5300kN及1600kN 的值控制主錨索和副錨索整體張拉噸位，就具體施工期間的張拉荷載，應采取1250kN→2500kN →3750kN →5000kN →5300kN 以及375kN →750kN →1125kN →1500kN →1600kN 的控制級次。

為保證受力，采用全站儀和百分表雙控技術展開預應力錨索張拉過程監測[4]。位于該水電站南側攔河閘壩上下游的圍堰處必須按要求布設相應數量的全站儀，主要展開支鉸座等部件具體里程、高程等相關施工參數取值情況的實時監測；與此同時還應當在水電站弧形閘門閘墩以及錨固塊等關鍵結構處按設計要求設置百分表，監測具體部位的變形程度。

5 監測結果及處理

為將實際施工結果與模擬結果展開比較，預應力錨索張拉期間，在各錨固塊相應位置處布設5 個測點，錨固塊位移值監測結果見表2。將表中實測結果和表1 預測值進行比較看出，預應力張拉結束后錨固塊實際變形和預測值基本吻合，也表明該水電站弧形閘門所采用的安裝技術切實可行。預應力錨索張拉前后支鉸座里程、安裝高程、左右鉸軸度值等參數監測結果見表3，通過對表中數據的分析看出，在預應力錨索張拉施工的過程中，支鉸座結構始終表現為一種不受控制和約束的自由狀態，且無拉伸變形。

表2 錨固塊位移實測值

表3 預應力錨索張拉前后參數值取值情況的變化

待徹底完成預應力錨索張拉施工任務后，結合實際取得的閘墩運行情況的監測數據結果，該水電站弧形閘門閘墩錨固塊等關鍵結構垂直向所表現出的變形量最大僅為2.78mm，相應的，和主要的錨索處于平行狀態的結構實際發生的變形量最大僅為2.41mm。以上所表現出的各種形式的變形，完全可以借助設計寬度為2mm 的支鉸座螺栓孔間隙以及相同設計寬度的隔環結構和密封圈之間所存在的間隙得到自動消除。將支鉸軸左側向下游向偏移0.5mm，并將支鉸軸右側向上游向偏移0.5mm，以調整支鉸座和錨固塊連接平面內的相對扭轉。按照以上操作，直至達到設計要求后，結束支鉸座調整。

6 結 論

綜上所述，該水電站攔河閘弧形閘門采用先安裝、后錨索張拉的工藝后，實際監測結果與有限元成果基本吻合；通過承載梁及輔助設施的設置，向類似水電站工程弧形閘門安裝過程的順利展開以及錨索施工質量的控制提供了具備獨立受力特征的控制系統；張拉施工次序的合理安排以及弧形閘門閘墩位移變形的實時監控量測，確保了支鉸座等相應部件位置的準確調整。總之，水電站攔河閘弧形閘門先安裝、后錨索張拉施工技術的成功應用，突破了土建工程施工進度的約束，使弧形閘門安裝與土建牛腿錨索張拉同時施工成為可能，施工進度、施工質量及經濟效益均有保證。