張軍旗 蔡大為

（陜西省石頭河水庫灌溉管理局 陜西 楊凌 712100）

1 工程概況

石頭河水庫位于陜西省眉縣斜峪關(guān)，水庫樞紐主要由攔河壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞及壩后電站組成，設(shè)計(jì)庫容1.47億m3，壩高114m，屬大（2）型水利工程。泄洪洞布設(shè)于左岸，深孔塔式進(jìn)水口，塔內(nèi)設(shè)事故閘門和弧形工作閘門各一扇。弧形工作閘門孔口尺寸5.5m×5m，設(shè)計(jì)水頭66m，設(shè)計(jì)泄洪流量850m3/s，啟閉設(shè)備采用BJQ－2×1000kN固定卷揚(yáng)啟閉機(jī)，啟閉機(jī)布置于809.10m高程，啟閉機(jī)與23m長吊桿連接，通過導(dǎo)桿在滑槽內(nèi)滑動(dòng)，帶動(dòng)閘門啟閉。

2 存在問題及初步設(shè)計(jì)方案

泄洪洞閘門及啟閉機(jī)自1981年7月建成投運(yùn)以來，承擔(dān)了水庫的全部泄洪任務(wù)，在運(yùn)行中暴露出以下安全隱患：由于設(shè)計(jì)啟閉力不足，高水頭下，必須依靠事故閘門和工作閘門相互配合才能完成閉門動(dòng)作；如果在某一開度需要增加閘門開度，必須把閘門先行關(guān)閉后，重新開啟才能達(dá)到需要的開度。由于制造、安裝誤差，閘門出槽后，門葉整體向右偏移，關(guān)閉閘門時(shí)必須用千斤頂向左頂正后才能入槽。由于閘門起吊由“啟閉機(jī)—連接桿—滑槽—平衡梁—閘門”組成，導(dǎo)桿與滑槽為鋼對(duì)鋼摩擦，摩擦面銹蝕導(dǎo)致啟閉過程中卡阻嚴(yán)重。另外，由于支鉸軸套膠木材料老化，有抱軸現(xiàn)象。

為解決以上安全隱患，2009年，陜西省水電設(shè)計(jì)院依據(jù)閘門及啟閉機(jī)安全檢測報(bào)告對(duì)泄洪洞弧形工作閘門更新改造進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，同年，黃河水利委員會(huì)對(duì)其進(jìn)行批復(fù)，同意對(duì)弧門及啟閉機(jī)進(jìn)行更新改造。更新改造后的工作閘門，支鉸位置不變，將鉸座高度減小20mm，作為鉸座基礎(chǔ)調(diào)平層，支鉸軸承為自潤滑球鉸；閘門弧面半徑由R10m變?yōu)镽9.8m，門楣水封更換為轉(zhuǎn)鉸水封；閘門采用整體弧面加工技術(shù)，分兩節(jié)制造，節(jié)間采用高強(qiáng)螺栓連接；止水采用橡塑復(fù)合水封；為解決門葉偏移問題，對(duì)閘門埋件進(jìn)行改造；閘門啟閉機(jī)更換為QHSY2500kN/1200kN-8.0m液壓啟閉機(jī)，提高了啟閉力。

3 改造實(shí)施方案

3.1 液壓啟閉機(jī)大梁加固

設(shè)計(jì)液壓啟閉機(jī)安裝于泄洪塔759.00m平臺(tái)原閘門鎖定大梁位置，梁斷面尺寸600mm×1000mm。為滿足液壓啟閉機(jī)的基礎(chǔ)受力，需要加大梁斷面和配筋，梁斷面外形尺寸加大到1100mm×1250mm。由于啟閉機(jī)梁是雙向受力，因此，梁的加固采取梁底增加配筋、梁面粘貼鋼板的方法。

施工時(shí)，加固梁的新舊砼結(jié)合面進(jìn)行鑿毛，使原砼中的碎石外露約1/3～1/2。新增鋼筋錨固于兩端塔壁之中，為了便于植筋鉆孔，鑿出原有塔壁主筋，并對(duì)錨固質(zhì)量進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)。砼采用高強(qiáng)無收縮灌漿料，人工拌合、連續(xù)入倉振搗，澆筑完工后，精心養(yǎng)護(hù)。

3.2 閘門埋件改造

閘門門楣設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)鉸水封結(jié)構(gòu)，與原門楣止水結(jié)構(gòu)完全不同，施工時(shí)對(duì)原門楣埋件全部鑿除更換。

由于門葉弧面半徑比原設(shè)計(jì)減少200mm，原底檻寬度不足，初步設(shè)計(jì)對(duì)原底檻全部鑿除更換。施工時(shí)，保留原有底檻，在原底檻后補(bǔ)加厚鋼板，用雙排錨桿進(jìn)行錨固，上游側(cè)和原底檻鋼板相焊接，減少了改造工程量，降低了工程造價(jià)。

閘門側(cè)軌三面鑲嵌在混凝土中，如果按設(shè)計(jì)全部鑿除更換，施工難度大、工程造價(jià)高、原水工結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，經(jīng)過充分論證，以原側(cè)軌錨板為基礎(chǔ)，貼焊不銹鋼板是簡單可行的施工方案。在原閘門拆除完后，用碳弧氣刨清除原側(cè)軌上的不銹鋼板以及和不銹鋼面齊平的薄鋼板，露出側(cè)軌基礎(chǔ)鋼板，將基礎(chǔ)鋼板表面修補(bǔ)、打磨齊平，然后以閘門孔口中心為基準(zhǔn)，對(duì)基礎(chǔ)錨板進(jìn)行精確測量，繪制出基礎(chǔ)錨板位置偏差圖，依據(jù)偏差關(guān)系，畫出需要在側(cè)軌上貼焊的不銹鋼板分段圖，將厚度20mm的不銹鋼板點(diǎn)焊在托板上進(jìn)行加工，將加工好的楔形不銹鋼板現(xiàn)場進(jìn)行試裝，并進(jìn)行復(fù)測。焊接定位除在不銹鋼板中間位置開設(shè)塞焊孔外，每500mm布設(shè)一個(gè)千斤頂，壓緊不銹鋼板。整個(gè)側(cè)軌不銹鋼板貼焊完畢后，對(duì)表面進(jìn)行完整拋光。側(cè)軌的改造，修正了原閘門側(cè)軌不銹鋼面上下10mm偏斜，門葉整體向右偏移問題。經(jīng)過閘門安裝后的試驗(yàn)，門葉啟閉平順、密封良好。

3.3 液壓啟閉機(jī)性能及控制

設(shè)計(jì)閘門啟閉機(jī)選用QHSY2500/1200kN-8m液壓機(jī)，缸徑Φ540mm、桿 徑 Φ340mm、工作 行 程7748mm、最大行程 8000mm、啟門力2500kN、閉門力 1200kN、啟門速度0.8m/min、閉門速度0.5m/min、液壓桿總長（活塞桿全縮回時(shí)）12.5m，其中油缸總長9.22m。液壓啟閉機(jī)支承點(diǎn)位于油缸頂部下1.04m處，不同于常規(guī)的在缸筒中間位置的支承，目的是為了將759.00m高程作為支承平臺(tái)的需要。

活塞桿采用陶瓷噴涂防腐工藝，即高速火焰（超音速氣體）噴涂NiCr基礎(chǔ)層，陽極等離子噴涂Cr2O3+NiCr2面層，基礎(chǔ)層厚度100μm，面層厚度200μm。陶瓷層表面硬度大于HRC64，磨后表面粗糙度Ra0.2～0.3。

液壓泵為HYDCOM公司的手動(dòng)變量柱塞泵，額定壓力28MPa，排量 100ml/r；電動(dòng)機(jī)為SIMENS公司的Y250M-4-B35型，功率55kW，轉(zhuǎn)速1480rpm。

液壓缸行程檢測采用YQX-II-4內(nèi)置式行程檢測裝置，密封安裝于液壓缸端蓋處，通過與活塞桿相連的鋼絲繩帶動(dòng)高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閘門開度的數(shù)字化顯示和控制。行程檢測裝置采用絕對(duì)型輸出信號(hào)傳感器，開度檢測裝置不受電源斷電影響，輸出信號(hào)連續(xù)、可靠，具備優(yōu)良的抗電磁干擾性能。檢測精度不低于±1mm。上、下極限保護(hù)精度偏差≤1mm，防護(hù)等級(jí)IP65。

現(xiàn)地控制機(jī)柜選擇開關(guān)有三個(gè)位置，分別為：遠(yuǎn)方自動(dòng)控制方式、現(xiàn)地自動(dòng)控制方式、現(xiàn)地手動(dòng)工作方式，上述工作方式之間相互互鎖，通過選擇開關(guān)進(jìn)行切換。現(xiàn)場通信通過閘門控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場設(shè)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)地手動(dòng)工作方式，啟閉機(jī)不受PLC控制，僅通過操作面板上的啟門、閉門按鈕，這樣可以保證在PLC故障的情況下，通過簡便快捷的單步操作，由繼電器硬線路控制完成閘門啟閉。

現(xiàn)地自動(dòng)工作方式時(shí)，啟閉機(jī)受PLC控制，通過“啟門”、“閉門”、“停止”以及開度預(yù)置等，使閘門運(yùn)行到需要開度。

遠(yuǎn)方工作方式時(shí)，啟閉機(jī)通過PLC受控于中央控制單元，由中央控制單元控制現(xiàn)地設(shè)備運(yùn)行，其控制功能與現(xiàn)地自動(dòng)控制工作方式完全一致，只是啟閉機(jī)控制信號(hào)來自遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)。

4 改造后運(yùn)行情況

泄洪洞工作弧門及液壓啟閉設(shè)備安裝完成后，參建各方按照閘門安裝規(guī)范《DL/T5018-2004》對(duì)安裝情況進(jìn)行了檢測和試運(yùn)行。經(jīng)檢測，二次粘貼的側(cè)水封不銹鋼板，垂直度偏差1mm，平整度偏差1mm；門楣轉(zhuǎn)較水封垂直偏差1.5mm，水平偏差1.5mm；止水橡皮壓縮量4.0mm；門葉中心偏差1.5mm，門葉水平偏差1.5mm；支鉸同軸度偏差1.4mm；弧門在51m靜水水頭作用下無滲漏。液壓泵站及油管打壓23MPa，持壓35min，系統(tǒng)壓降0.0MPa；油箱油位正常、油溫25℃，均達(dá)到了規(guī)范要求；試運(yùn)行過程中，啟門速度0.68m/s，液壓泵站系統(tǒng)壓力16.0MPa，有桿腔壓力10.0MPa，無桿腔壓力1.0MPa；閉門速度0.43m/s，液壓泵站系統(tǒng)壓力6.0MPa，有桿腔壓力8.2MPa，無桿腔壓力4.8MPa；液壓機(jī)及閘門運(yùn)行平穩(wěn)，閘門開啟到檢修位置，無偏移現(xiàn)象；48小時(shí)閘門自動(dòng)下沉量3mm；手動(dòng)、自動(dòng)控制過程中，閘門開度傳感數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)相差最大值2mm；150m3/s動(dòng)水試驗(yàn)，閘門及啟閉機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，任意開度啟、閉門靈活自如。更新改造后的工作弧門及液壓啟閉機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，滿足水庫泄洪能力。

5 建議及體會(huì)

（1）改造項(xiàng)目前期的設(shè)計(jì)、實(shí)施方案僅是大原則，對(duì)實(shí)際施工僅具有參考意義，施工單位應(yīng)結(jié)合工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際存在的問題，在施工前，以方便實(shí)施、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠為原則，制定切實(shí)可行的實(shí)施方案。

（2）改造項(xiàng)目施工空間小，制約因素多、實(shí)施難度大，目前采用的概預(yù)算定額遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離改造工程實(shí)際，不能真實(shí)反映工程成本，應(yīng)作具體研究修正。

（3）本工程液壓啟閉機(jī)油泵電機(jī)采用的是一用一備的補(bǔ)投備用方式，即正常工作時(shí)，一套泵組投入運(yùn)行，另一套泵組不投入運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行泵組發(fā)生故障時(shí)，未運(yùn)行的泵組自動(dòng)補(bǔ)充投入運(yùn)行，液壓啟閉機(jī)運(yùn)行速度恒定不變。設(shè)計(jì)液壓啟閉機(jī)啟門速度0.8m/min，按照該速度，閘門全開僅需要7min，從水庫多年的運(yùn)行來看，這一速度過快，如果采用減速備用，即兩套泵組同時(shí)投入運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)啟閉速度，當(dāng)其中一套泵組發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)退出運(yùn)行，液壓缸以減速方式繼續(xù)運(yùn)行，減速后的啟閉速度完全滿足使用要求。同時(shí)，減速備用可減小單套泵組電機(jī)功率，降低備用發(fā)電機(jī)容量，利于節(jié)能。水利水電工程液壓啟閉機(jī)大多運(yùn)行不頻繁，且在實(shí)際運(yùn)行中，液壓泵的故障率較低，不會(huì)對(duì)閘門正常啟閉產(chǎn)生影響。因此，本工程采用減速備用方式更為合理。

（4）改造后的機(jī)電設(shè)備較原設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，相對(duì)復(fù)雜，需對(duì)運(yùn)行管理人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提高管理技能和水平。陜西水利