抽水蓄能電站高水頭偏心鉸弧形閘門安裝技術

齊界夷 ，程雪如

(1.中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.中國能建工程研究院水電施工設計研究所，湖北 宜昌 443002；3.長江生態(tài)環(huán)保集團有限公司，湖北 武漢 430010)

0 引言

偏心鉸弧形閘門因其偏心鉸結構有效避免了閘門運動過程中面板與主止水發(fā)生相對錯動時對止水產生的切搓力，延長了主止水的使用壽命，也減小了啟閉機油缸的啟閉容量；偏心鉸壓緊式止水結構止水效果好，同時在局部開啟時可有效抑制閘門振動[1]，因此，被廣泛用作高壓控制閘門，例如：新疆阿爾塔什水利樞紐工程深孔排沙洞工作閘門、小浪底水利樞紐排沙洞工作門、龍羊峽及拉西瓦水電站底孔工作弧門、九甸峽水電站泄洪洞及東江二級放空洞工作弧門等。

偏心鉸弧形閘門結構較復雜、安裝精度要求高，安裝難度較大。常規(guī)安裝方法先安裝閘門、啟閉機，然后提升閘門，根據閘門的實際位置調整門槽與閘門間隙，符合設計要求后完成閘門門槽的調整、加固焊接并澆筑二期混凝土[2]，從而控制門葉與門槽之間的間隙滿足止水壓縮量要求。受現場空間等條件限制，這種方法操作難度大，且工效低。

長龍山抽水蓄能電站(以下簡稱“該工程”)位于浙江省安吉縣天荒坪鎮(zhèn)境內，地處華東電網負荷中心，裝機容量2 100 MW。該工程下水庫布置導流泄放洞，泄放洞出口閘門水頭為94 m，安裝偏心鉸弧形閘門。投標方案中采用常規(guī)施工方法，計劃工期為120 d，而根據該工程當時實際進度和節(jié)點工期要求，需壓縮工期約60 d，否則將直接影響該工程下水庫下閘蓄水節(jié)點工期。鑒于此，通過研究和應用拼裝前置整體吊裝、模擬計算各工況各構件精確安裝坐標等技術措施，優(yōu)化施工工藝流程，以提高安裝工效，同時保證安裝精度和施工安全。

1 工程特征

該工程導流泄放洞偏心鉸弧形閘門與啟閉機為上下結構布置形式(圖1)，上部為啟閉機房，配置1 套1 600 kN/1 000 kN(啟門力/閉門力)閘門操作液壓啟閉機、1 套1 000 kN/500 kN(啟門力/閉門力)偏心鉸液壓啟閉機，全關后退位總水壓力10 400 kN；下部為弧形閘門室，閘門的孔口型式為潛沒式，孔口尺寸寬1.8 m×高2.4 m。偏心鉸弧形閘門安裝主要包括門槽鋼襯及其埋件、主止水座、門葉、支臂、拐臂、偏心鉸裝置及其支鉸座等(圖2)，其中門葉總重約36.3 t，門葉整體制造不分節(jié)，最大單元重量約16.7 t。

圖2 偏心鉸弧形閘門整體結構圖

按照我國能源行業(yè)標準NB/T 35045—2014《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》[3]的要求，弧形閘門鉸座安裝的精度要求較高，允許偏差見表1 所列。

表1 支鉸座安裝允許偏差 mm

2 拼裝前置整體吊裝技術

將門葉與支臂進行提前拼裝，運至安裝部位后采取整體吊裝的方法，具體施工工序為：支鉸座安裝→支鉸安裝→門葉與支臂拼裝→門葉與支臂整體吊裝→支臂與活動支鉸斷面螺栓連接→門葉前頂止水到位。支鉸座與支鉸安裝采取制作調整架、工裝的措施，并結合計算機模擬數據，使安裝簡便，同時保證安裝精度；門葉與支臂采取廠內提前拼裝+現場整體吊裝技術，降低了安裝難度，提高了施工工效。

2.1 支鉸座安裝

采用支鉸調整架控制支鉸螺栓安裝精度。按照設計圖紙加工制作支鉸調整架(圖3)，其上設置碼板與螺栓孔，利用支鉸調整架上螺栓孔反向穿定位螺栓對支鉸螺栓定位，根據測放的支鉸安裝控制點線確定支鉸調整架安裝位置，然后在支鉸調整架的4 個角安裝螺母和背母，其它的螺母和背母須松開，待反復調整和測量直到各項數據符合要求后再上緊。

圖3 支鉸調整架示意圖

支鉸螺栓與一期錨板焊接加固。在調整架和支鉸螺栓準確定位后，緊固螺母與背母，進行支鉸螺栓與一期錨板的焊接。支鉸螺栓焊接時，先進行4 個角螺栓定位焊接，再焊接中間各螺栓，焊接完成并對支鉸調整架進行復測合格后，再進行支鉸的整體吊裝安裝。

安裝偏心鉸裝置固定螺柱時，為便于控制螺柱安裝位置，采取制作簡易偏心鉸裝置(以下簡稱“工裝”)的方法。工裝采用長寬均為1 600 mm、厚度為30 mm 的鋼板制作，應用CAD 軟件模擬偏心鉸裝置的固定鉸中心、前頂位活動鉸中心、后退位活動鉸中心，將三個控制點標記在工裝上，工裝上的螺柱孔與支鉸調整架匹配鉆孔，保證螺柱孔位置不變。

用起重設備將工裝吊裝至偏心鉸裝置安裝一期埋件處，調整工裝位置到位，將工裝臨時固定，然后安裝螺柱臨時點焊固定，待螺柱全部定位后將工裝拆除，最后按照要求焊接螺柱。固定螺栓使用的簡易偏心鉸裝置如圖4所示。

圖4 簡易偏心鉸裝置

2.2 支鉸與拐臂整體定位安裝

2.2.1 模擬計算與廠內定位拼裝

根據閘門固定鉸中心坐標，采用計算機模擬閘門全關狀態(tài)前頂位狀態(tài)及運行軌跡，從而取得拐臂中心線與固定鉸中心線、活動鉸中心線的夾角等偏心參數精確數據。

現場安裝前，以前頂位活動鉸中心為控制點，在廠內搭設偏心鉸裝置調整平臺，將偏心鉸裝置吊裝至平臺上，先調整固定鉸安裝狀態(tài)的角度，用型鋼臨時固定，然后模擬閘門全關位置狀態(tài)并調整活動鉸的角度，用全站儀測量拐臂中心線與固定鉸中心線、活動鉸中心線的夾角；用手動葫蘆調整拐臂位置，測量夾角滿足要求后臨時固定拐臂位置，再用手動葫蘆調整拐臂位置時測量活動鉸位置的變化情況，夾角和活動鉸變化量滿足設計要求后，用型鋼固定偏心鉸裝置，即支鉸與拐臂實現提前整體定位。安裝時將調整定位的支鉸與拐臂組合體整體運輸至安裝部位后，按照事先模擬和現場精確放樣的控制點，采用吊裝設備進行整體吊裝。

2.2.2 現場整體吊裝

在支鉸座一期埋件測量放點，焊接二期埋件托架，二期埋件吊裝到位只需要微調便可做臨時加固，將支鉸座運輸至現場，采用汽車吊進行安裝，用螺栓固定在二期埋件上；并采用2 臺5t 葫蘆將支鉸座前端與支臂連接部分調至閉門模擬工況前頂位狀態(tài)。支鉸座拐臂調至閉門模擬拐臂后退位狀態(tài)詳如圖5 所示。

圖5 支鉸座拐臂調至閉門模擬拐臂后退位狀態(tài)

支鉸設計有永久吊耳，吊裝時使用兩根φ32 鋼絲繩通過20 t 卸扣與吊耳連接進行吊裝。支鉸安裝完成后使用5 t 手動葫蘆將活動鉸固定。

2.3 門葉與支臂拼裝及整體吊裝

采取將門葉與支臂在廠內提前拼裝為整體，總重約17.41 t，然后運輸至安裝現場，再采用起重機械進行吊裝。門葉側使用鋼絲繩，支臂側使用手動葫蘆進行角度調整，將支臂角度調整為閘門前頂位時角度，如圖6 所示。閘門偏心參數、運行軌跡及前頂位時角度等事先采用計算機模擬確定。

門葉就位時，將其放置在底主止水上，支臂上端面與活動支鉸端面對正后，穿支臂與支鉸的連接螺栓，使支臂上端與活動支鉸連接，滿足設計要求后，用葫蘆將支鉸座拐臂調整至前頂位置，檢查水封壓縮量及止水情況，滿足要求后，將閘門用支撐架支撐，最后起重機械緩慢松鉤，安裝完成。

3 模擬計算門槽一次安裝技術

偏心鉸弧形閘門的啟閉需要門槽鋼襯、止水裝置、門葉、支臂，以及與支臂和門葉鉸接的拐臂、液壓啟閉機等機構協同運行。門槽鋼襯及其止水座為固定結構，門葉須在液壓啟閉機的作用下通過支臂頂推與門槽止水準確且緊密貼合，方可保證密封效果。常規(guī)方法在安裝門槽及止水座時不能一次固定，需向外側偏移一定距離臨時加固，在門葉安裝定位后再反拉調整門槽及止水座。

該工程根據固定鉸中心坐標，采用計算機模擬、現場多點放樣控制技術，實現門槽一次安裝到位。總體方案為：事先采用計算機模擬全閉前頂位和后退位工況，直接將止水壓縮量模擬到位，計算出前頂位活動鉸中心和后退位活動鉸中心坐標，然后將固定鉸中心、活動鉸中心坐標精確放樣至側墻，并使用不同的記號進行標記區(qū)分。門槽埋件安裝時以前頂位活動鉸中心為基準進行放樣，埋件吊裝就位后以實際安裝位置進行精確控制，再復測各項尺寸滿足設計及規(guī)范要求后，門槽各構件采用一期插筋直接焊接加固，從而實現一次安裝到位。該方法省去了常規(guī)方法根據閘門位置對門槽進行調整的工序，工效顯著提高。

3.1 門槽鋼襯安裝程序

弧形工作閘門門槽鋼襯共7 塊，包括1 塊頂鋼襯、2 塊側鋼襯、1 塊底鋼襯和3 塊反弧段鋼襯；鋼襯與混凝土接觸面設有帶鉤鋼筋，現場焊接。鋼襯上游側接改建段鋼襯，下游側接弧形工作閘門側軌支座，根據現場實際測量數據，對門槽鋼襯進行切割。

門槽鋼襯在廠內完成錨筋焊接后，運輸至導流泄放洞出口處，使用55 t 汽車吊吊裝就位，最大單件側鋼襯重731.7 kg。首先吊裝底鋼襯，然后吊裝側鋼襯、頂鋼襯；鋼襯吊裝就位后，進行位置精確調整，并通過焊接錨筋進行加固。

反弧段鋼襯待轉鉸止水安裝調整完成后進行安裝。

3.2 門槽埋件及鋼襯定位吊裝

門槽埋件最大吊裝單元頂主止水座重6.1 t，采用55 t 汽車吊進行裝卸及就位吊裝。吊裝順序為：底主止水座→側主止水座→側軌→頂主止水座→轉鉸止水→反弧段鋼襯。嚴格控制各部件工作面的里程、高程、中心距，表面平面度及兩端高程差等質量指標，達到規(guī)范要求后，進行加固焊接。具體施工方法如下：

3.2.1 測量放點

使用CAD 軟件模擬，計算出支鉸座拐臂中心對應樁號，以拐臂中心樁號作為測量放樣復核檢查點，同時也作為現場門槽安裝的基準點；水封座板為弧形面，采用鋼卷尺測量放樣不僅方便且精度高。

3.2.2 底主止水座安裝

品牌名稱主要是以文字形式表現的品牌外在形象，品牌標志物主要是以符號或圖形的形式表現的品牌外在形象，它們都是品牌設計不可或缺的內容。設計的原則除了簡潔明了、易讀易記、新穎獨特等基本準則之外，需要將品牌的文化、理念和形象設計的成果融入進來，才能創(chuàng)建內外一致、有豐富內涵的品牌。

底主止水座安裝前先焊接支承托架，事先對底止水座中心基準線準確放樣，調整底止水座與孔口中心線重合。調整完成并通過復核測量后，進行加固，焊接完成后，再次復測其高程及相對孔口、門槽中心線的偏差、工作表面平面度及扭曲度，合格后進行鋼性加固。

3.2.3 側止水座及側軌安裝

以支鉸中心為原點，采用鋼卷尺測量在側墻放出多個控制點，以控制支鉸中心至側軌中心線的距離。經緯儀架設在閘室內，以軌道工作面向閘孔內移500 mm 為基準面放射線，通過拉線的方法控制側軌工作面至孔口中心的距離及側軌平面度。測量控制示意圖如圖7 所示。

圖7 測量控制示意圖

側止水座板自下而上逐節(jié)安裝，與底坎相同方法使用調節(jié)螺栓精調后加固。側軌鋼襯及側止水座板鋼襯安裝待側軌及側止水座板安裝完成后進行；側軌安裝與側止水座板安裝方法相同，側軌安裝待側止水座板安裝完成后進行。

3.2.4 頂主止水與轉鉸止水安裝

頂主止水位置按門葉實際位置進行調整，安裝主要控制其工作面的里程、高程，其中，高程是指至底主止水工作面的高差。里程控制可以采用懸掛鋼絲的方法，高差采用水準儀懸掛鋼帶尺控制。轉鉸止水安裝時，閘門處于后退位狀態(tài)；根據設計要求，彈簧長度為350 mm，圓P 水頭封與頂楣弧面在工作位段始終保持接觸，且無預壓縮；D 水頭封與兩側工作面始終接觸，且無預壓縮。圓P 頭水封及方P 頭水封與兩側工作面接觸或者有1 mm 的預壓縮，確保整個裝置轉動靈活無卡阻。

3.2.5 鋼襯安裝

現場測量出實際需要鋼襯尺寸，在廠內進行切割、焊接坡口加工。

反弧段鋼村待轉鉸水封安裝調整完成后進行安裝。反弧段鋼襯分3 節(jié)制造，運輸至安裝現場后，按先中間、后兩邊的順序進行安裝，鋼襯背面錨筋在現場安裝時進行焊接。

3.2.6 埋件及鋼襯焊接

門槽鋼襯及側軌支座材質為Q355B，主止水座材質為鑄鋼，現場采用手工電弧焊焊接。

4 應用效果

長龍山抽水蓄能電站下水庫導流泄放洞出口偏心鉸弧形閘門安裝施工中應用高水頭偏心鉸弧形閘門安裝技術，原計劃工期120 d，實際安裝工期僅50 d，節(jié)約工期70 d。偏心鉸弧形閘門安裝完成后，監(jiān)理檢查各項驗收檢測數據均在規(guī)范允許范圍以內，且無卡阻、無沖擊、無異常響聲現象，閘門關閉后無漏水現象，一次驗收通過。

5 結語

抽水蓄能電站高水頭偏心鉸弧形閘門安裝技術突破常規(guī)施工方法，通過研究采用計算機模擬工況計算控制點、現場精確放樣、自制工裝、拼裝前置整體吊裝等技術措施，實現門槽一次安裝到位、門葉與支臂整體吊裝、支鉸與拐臂整體定位安裝，在長龍山抽水蓄能電站首次成功應用，簡化了偏心鉸弧形閘門安裝工藝，提高了施工工效，實現了高水頭偏心鉸弧形閘門高效、安全、精確安裝。