袁興澤（遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽110003）

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龍門吊在事故閘門臨時啟閉落閘中的應(yīng)用

袁興澤
（遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽110003）

［摘要］針對工程圍堰拆除過程中可能出現(xiàn)漏水的風(fēng)險，采用龍門吊對進(jìn)水口事故閘門進(jìn)行臨時啟閉，即保證了圍堰瘦身時的出渣通道暢通，又可以在圍堰漏水時可阻斷水流通道、防止其對下游地下廠房進(jìn)行淹沒。

［關(guān)鍵詞］事故閘門；龍門架；臨時啟閉

1　工程概況

某工程取水口所處位置為大東溝與狍鹿溝間水庫岸邊的小沖溝內(nèi)，距大東溝溝口0.8 km。取水口處庫底高程為285.0 m左右，距離沖溝口約180.0 m左右，基坑開挖采用預(yù)留巖坎加圍堰擋水的施工方案。

取水口平面尺寸為28.62 m×（11～17）m（長×寬），總高度為57.4 m。取水口前部設(shè)有攔污柵(攔魚電柵）、分層取水口。取水口為獨立式進(jìn)水口，進(jìn)水口后通過兩條156.7 m長的壓力隧洞與地下電站機組和旁通管相接，引水隧洞洞徑均為4.5 m。每條壓力隧洞進(jìn)口各布置有1孔事故檢修閘門，檢修閘門孔口尺寸為4.5 m×6.75 m（寬×高）。閘門型式為平板定輪式。外形尺寸為5 840 mm×8 785 mm× 1 248 mm（寬×高×厚），閘門總重約46 t，設(shè)計水頭52 m。閘門永久啟閉機為1×1 600 kN卷揚式固定啟閉機，工作狀態(tài)為動閉靜啟，沖水閥平壓。共2孔。

取水口前70 m處為施工圍堰，圍堰長81.70 m，堰頂高程307.5 m，堰頂填筑寬度13 m，最大堰高31.6 m（軸線處），圍堰上、下游邊坡為1∶1.3，堰體是由鉆爆法洞挖石渣料經(jīng)水下填筑而成。

2　臨時下閘原因分析

由于進(jìn)水口圍堰拆除采用液壓破碎錘、爆破等手段，會對圍堰原有的防滲體系造成局部破壞，進(jìn)而形成滲水或者漏水現(xiàn)象。因此在圍堰拆除過程中，為了防止?jié)B漏水、涌水對地下廠房等施工部位形成的安全隱患，圍堰爆破拆除前，進(jìn)水口事故閘門必須下閘擋水。

而取水口閘門安裝受進(jìn)水塔體型修改、閘門到貨時間的影響，啟閉機室及啟閉機安裝無法按期施工完成，圍堰拆除前無法實現(xiàn)使用啟閉機進(jìn)行閘門下閘的方案，只能采取臨時下閘方案，以保證圍堰拆除按期安全進(jìn)行。

3　臨時下閘和啟閉方案

利用180 t汽車吊進(jìn)行2號閘門下閘，180 t汽車吊配合龍門架進(jìn)行1號閘門下閘，龍門架配合10 t卷揚機進(jìn)行1號閘門的啟閉。1號閘門開啟后作為圍堰瘦身的出渣通道。

3.1 2號（左孔）閘門下閘

由于閘門總重46 t，下閘時的最小回轉(zhuǎn)半徑要求7～9 m，起吊高度要求50 m左右，因此下閘起重設(shè)備選用180 t吊重的汽車吊，2個10 t手拉葫蘆配合門葉整體調(diào)平。

2號閘門門體下落至與底檻尚有1～2 cm距離時，在門葉的上游側(cè)與反軌之間側(cè)向打入三角形木質(zhì)楔塊，將門葉水封與下游側(cè)的主軌水封座板緊密貼實，繼續(xù)下落門葉至底檻。下閘后，立即進(jìn)行閘門的透光檢查和水封的密封度檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行調(diào)整和處理，確保閘門的封水良好。

3.2 1號（右孔）閘門下閘和啟閉

1號閘門的下閘和無水啟閉（啟門力按60 t以上考慮）選用龍門架方案。啟閉設(shè)備為10 t卷揚機，吊具為5輪80 t滑車組，承重鋼絲繩直徑為28 mm（安全系數(shù)為6～8倍，鋼絲繩抗拉強度為1 870 Mpa，破斷拉力48 t，共10股）。

180 t汽車吊將驗收合格的門體吊至1號門槽孔口位置，進(jìn)行臨時鎖定和加固牢靠后摘鉤。

25 t汽車吊將提前制作完成的龍門架吊至孔口門體上方，進(jìn)行龍門架的安裝、調(diào)整和加固，龍門架立柱和斜支撐的地腳必須與倉號預(yù)留鋼筋加固可靠，并且要設(shè)置型鋼地梁。

龍門架安裝驗收合格，安裝卷揚系統(tǒng)與閘門連接。

檢查各系統(tǒng)無異常后，慢速啟動卷揚機將閘門吊離鎖定梁，懸吊30 min，不撤除鎖定梁，檢查起重系統(tǒng)各部位受力情況及承載能力，一切正常進(jìn)行龍門架下閘作業(yè)。

閘門下至底檻后檢查無異常情況后，將1號閘門提出孔口鎖定，為進(jìn)口出渣留出運輸通道。

3.3下閘要求

1）下閘前，底檻及門軌表面上的水泥漿、雜物等必須清理干凈。胸墻上的外露鋼筋割除干凈。底檻及門軌表面的遺漏焊疤、門軌接頭焊縫必須打磨光滑，并補涂防腐油漆。門槽四周必須設(shè)置防護(hù)欄桿，確保施工安全。

下閘前必須在水封表面涂抹防凍凡士林，以保證水封潤滑良好，避免水封表面與門軌表面干摩擦，損傷水封。

2）門體下落過程中，必須有專人隨門葉一起，觀測門葉下落情況及檢查門槽的跨距尺寸，發(fā)現(xiàn)異常及時和吊車司機聯(lián)系，確保下閘安全順利，無卡阻現(xiàn)象。觀測人員必須系好安全帶和安全繩，安全繩必須在孔口牽引牢靠，且有專人負(fù)責(zé)和保護(hù)。

3）下閘指揮人員必須站在孔口位置，便于與汽車吊司機、門葉上的作業(yè)人員保持聯(lián)絡(luò)暢通，通信工具為對講機。對講機必須完好。

4　事故閘門設(shè)計與強度校核計算

4.1事故閘門臨時下閘龍門架設(shè)計

支撐架采用DN400×10的無縫鋼管進(jìn)行加工制作，承重梁采用63 a工字鋼，斜撐采用DN250無縫鋼管現(xiàn)場焊接而成，所有焊縫高度為15 mm，龍門架布置形式。

4.2強度校核

計算簡圖，見圖1。承重橫梁為工字鋼，兩端固定，總長8 m，立柱為內(nèi)徑400 mm的鋼管，壁厚8 mm，對工字鋼進(jìn)行選型并校核，對鋼管立柱進(jìn)行失穩(wěn)校核。（考慮溫度對鋼材強度影響，室外溫度按遠(yuǎn)低于常溫計算）

圖1　強度計算簡圖

4.2.1工字鋼選型及強度校核

根據(jù)荷載的形式最大彎矩計算公式：

式中：P——閘門啟閉力，t；L——承重橫梁凈跨，m；閘門啟閉力取60 t，承重橫梁凈跨為7 m，根據(jù)公式（1）算得Mmax=514.5×106N×mm。

鋼材的抗彎截面系數(shù)計算公式為：

式中：WZ——抗彎截面系數(shù)，cm3；Mmax——承重梁承受的最大彎矩，N×m；［σ］——在溫度遠(yuǎn)低于常溫時鋼材許用應(yīng)力，MPa；查鋼材許用應(yīng)力表得，在溫度遠(yuǎn)低于常溫時鋼材許用應(yīng)力為［σ］=112 MPa。

1）若選用一根工字鋼，則抗彎截面系數(shù)為：

根據(jù)公式2，選用一根工字鋼的彎截面系數(shù)為4 553.097 cm3，查楊慧麗主編GB706-88《工程力學(xué)》附表3熱軋普通工字鋼截面特性，x-x方向抗彎截面系數(shù)無此類型工字鋼。

2）若選用兩根一樣長的同型號工字鋼，則：

WZ2=Wz/2=2 276.549 cm3（4）

根據(jù)公式2，選用二根工字鋼的抗彎截面系數(shù)為2 276.549 cm3，查工程力學(xué)》附表3熱軋普通工字鋼截面特性，56 a型工字鋼x-x方向抗彎截面系數(shù)為2 342.0 cm3，滿足要求，故選2根56 a型工字鋼。

綜合考慮各種不利因素影響決定選用x-x方向抗彎截面系數(shù)為2 984.3 cm3，選用兩根63 a型的工字鋼。

4.2.2 63 a工字鋼強度校核

工字鋼最大強度應(yīng)力計算公式如下：

式中：σmax——工字鋼承受的最大強度應(yīng)力，MPa；Mmax——承重梁承受的最大彎矩，N×m；Wz——工字鋼沿x-x方向的抗彎截面系數(shù)，cm3；

根據(jù)公式3算得63 a型工字鋼最大強度應(yīng)力：

式中：86.201 MPa小于容許應(yīng)力112 MPa，故選用63 a型工字鋼強度滿足要求。

考慮摩擦力等其他因素，采用70 t集中荷載進(jìn)行校核。根據(jù)公式1，算得最大彎矩：

最大應(yīng)力：

式中：100.568 MPa，小于容許應(yīng)力112 MPa，強度滿足要求。

4.2.3 DN400×8鋼管立柱失穩(wěn)校核

壓桿穩(wěn)定校核公式如下：

式中：σ——鋼管承受應(yīng)力，MPa；N——鋼管軸向力，N；A——鋼管截面面積，cm2；準(zhǔn)——偏心系數(shù)；［σ］——碳素鋼鋼管許用應(yīng)力值，MPa。

查鋼材許用應(yīng)力表，在溫度遠(yuǎn)低于室溫情況下，壁厚小于10 mm碳素鋼鋼管許用應(yīng)力值為［σ］=112 MPa。

查《工程力學(xué)》附表3，按GB706-88計算p334頁，63 a型工字鋼單位重量為121.6 kg/m。

鋼管軸向力為工字鋼重力和集中荷載之和，故

N=G工字鋼+F=19.067+588=607.067×103N

鋼管的截面慣性半徑計算公式如下：

式中：i——截面慣性半徑，cm；D——鋼管外徑，cm；d——鋼管內(nèi)徑，cm；DN400鋼管的外徑為41.6 cm，內(nèi)徑為40 cm，代入公式5，算得截面慣性半徑i為14.428 cm。

立柱為兩端固定時，鋼管的柔度計算公式：

式中：λ——鋼管柔度；μ——長度系數(shù)；l——桿長，cm；i——截面的慣性半徑，cm；立柱為兩端固定時，桿長為13 m，i為14.428 cm，代入公式6，得λ=45.051。

1）穩(wěn)定校核：

查《工程力學(xué)》表11-2，用內(nèi)插法求得準(zhǔn)= 0.907，準(zhǔn)為折減系數(shù)。根據(jù)公式4計算得知，所以立柱鋼管在60 t的荷載下不會發(fā)生失穩(wěn)。

2）綜合考慮各種情況，使用70 t荷載進(jìn)行校核。該種情況下，柔度、折減系數(shù)均相同，N= 705.067 kN。根據(jù)公式4，計算得知σ=101.584 MPa。故在70 t的荷載下立柱鋼管不會發(fā)生失穩(wěn)。

5　閘門拼裝及臨時下閘的條件

1）門槽二期埋件安裝至犖306.200 m高程以上。

2）通往進(jìn)水塔的現(xiàn)有交通洞及施工道路不能滿足大型吊車進(jìn)出工作面，進(jìn)水塔的下游側(cè)至0號永久交通洞必須回填石渣至犖308.500 m高程，便于閘門的運輸、吊裝以及臨時下閘汽車吊的進(jìn)出和布置作業(yè)工位。

3）臨時下閘的180 t汽車吊外形尺寸較大，0號交通洞內(nèi)的洞襯臺車底部寬度3.2 m，上部寬度2 m，高度4.4 m，不能滿足汽車吊通行要求，需拆除臺車內(nèi)撐架。

4）為了避免設(shè)備的二次倒運，到貨門葉要求生產(chǎn)廠家直接拉至進(jìn)水塔現(xiàn)場（短板貨車運輸）。

5）180 t汽車吊原車標(biāo)配準(zhǔn)22 mm鋼絲繩長度無法滿足閘門下至底檻的要求，必須更換總長度為500 m的鋼絲繩。

5.1閘門拼裝

閘門的安裝和驗收必須滿足DLT5018-2004《水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》的規(guī)定。

事故閘門門葉共分為4件制作（3節(jié)門葉和1個吊耳），單元吊裝最重件為上節(jié)門葉，重量為18.5 t。吊裝時回轉(zhuǎn)半徑5～7 m，起吊高度13～15 m，門葉拼裝設(shè)備使用50 t以上汽車吊。

閘門在1號門槽孔口下游附近位置采用躺拼方案。門葉下部支撐為80 cm高型鋼板凳支架。通過搭設(shè)腳手架，掛鋼絲線、測量儀器配合等手段對門葉的安裝精度進(jìn)行調(diào)整控制。

1）到貨門葉及吊耳的外形尺寸檢測符合設(shè)計和規(guī)范要求。

2）提前將承重型鋼板凳調(diào)平整體加固牢靠。按底、中、上順序逐節(jié)將門葉吊至板凳上，整體進(jìn)行調(diào)整水平度和垂直度，外形尺寸合格后，進(jìn)行節(jié)間焊縫的定位焊。

3）門葉整體調(diào)整驗收合格，進(jìn)行節(jié)間焊縫的焊接和檢測。

4）進(jìn)行吊耳的安裝、焊接和檢測。

5）進(jìn)行水封的安裝、調(diào)整。

6）進(jìn)行閘門附件的安裝。

5.2閘門拼裝、焊接質(zhì)量保證

1）閘門的安裝，應(yīng)按設(shè)計圖紙的規(guī)定進(jìn)行。

2）閘門主支承部件的安裝調(diào)整工作應(yīng)在門葉結(jié)構(gòu)拼裝焊接完畢，經(jīng)測量校正合格后方能進(jìn)行。所有主支承面應(yīng)調(diào)整到同一平面上，其誤差不得大于設(shè)計圖紙的規(guī)定和要求。

3）分節(jié)門葉組成整體后，應(yīng)對其各項尺寸進(jìn)行復(fù)查。

4）充水裝置在其行程內(nèi)升降自如、密封良好，吊桿連接情況良好。

5）閘門水封裝置安裝偏差和水封質(zhì)量要求應(yīng)符合DL/T5018-2004的規(guī)定，止水橡皮膠合完成整體到貨，接頭不得有錯位，止水應(yīng)嚴(yán)密。

6）止水橡皮的螺孔位置與門葉和止水壓板的螺孔位置一致，其孔徑應(yīng)比螺栓直徑小1 mm。

7）整扇閘門主輪踏面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其平面度誤差不大于2 mm。

8）滾輪踏面與止水座基準(zhǔn)面的平行度誤差不大于0.5 mm。

9）吊耳孔的縱橫向中心線距離的允許偏差為±0.5 mm；吊耳孔保持各自同心，其傾斜度不大于1/2 500。

10）為保證焊接質(zhì)量，作業(yè)空間必須搭設(shè)保溫棚。焊接嚴(yán)格按DL/T5018-2004的規(guī)定執(zhí)行。

焊接保溫棚使用準(zhǔn)50鋼管搭設(shè)，棚架周圍采用阻燃篷布封閉，外部覆蓋加厚普通篷布，搭設(shè)時四周需預(yù)留焊接排煙孔。保溫棚內(nèi)使用小太陽電暖氣進(jìn)行升溫，確保焊接環(huán)境溫度保持在-10℃以上。若焊接環(huán)境溫度低于-10℃以下時，需對焊縫進(jìn)行預(yù)加熱，加熱溫度至60～100℃后方可施焊，加熱設(shè)備為履帶式加熱板。

6　應(yīng)急排水措施

如圍堰在瘦身階段出現(xiàn)可控制的滲漏水情況，在圍堰下游2臺流量100 m3/h的潛水泵及6寸鋼管排水管路進(jìn)行抽排水，在滲漏水可以控制的情況下打開事故閘門進(jìn)行出渣施工，如水泵數(shù)量滿足不了要求，經(jīng)參建各方研究后確定下一步處理方案。圍堰瘦身出渣期間在壓力洞施工支洞交叉口段布置封堵用砂袋，并利用布置在2號壓力洞左側(cè)集水坑內(nèi)的75 kW離心泵作為備用排水水泵，如圍堰下游2臺潛水泵出現(xiàn)故障，啟用備用排水設(shè)施，進(jìn)行排水，確保廠房施工安全。

7　結(jié)語

工程于2014年10月成功對2孔事故閘門進(jìn)行落閘，在后續(xù)圍堰瘦身過程中，通過龍門吊開啟1號閘門形成出渣通道，在保證安全的情況下滿足了圍堰瘦身的工程進(jìn)度需要，對以后工程中閘門臨時啟閉具有借鑒意義。

［參考文獻(xiàn)］

［1］林小莉，羅冉.觀音巖水電站23號壩段安裝閘門用龍門吊設(shè)計與計算［J］.四川水利，2011（6）.

［2］蔡立.事故閘門臨時啟閉措施方案優(yōu)化［J］.新疆水利，2012（2）.

［中圖分類號］TV66

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）03－0065－04

[收稿日期]2015-12-26