石頭河水庫泄洪洞弧形工作閘門(深孔)的更新改造

2024年3月7日發(fā)(作者：交通運(yùn)輸設(shè)備)

石頭河水庫泄洪洞弧形工作閘門(深孔)的更新改造

羅寶財

【摘 要】介紹了石頭河水庫泄洪洞弧形工作閘門存在的銹蝕、焊接質(zhì)量差、啟閉設(shè)備動力不足等問題,論述了除險加固中,金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備更新改造工藝及方法.%An introduction was made on the problems of the radial rvice gate

at the flood relief tunnel of Shitouhe Rervoir such as rust erosion, poor

welding quality and insufficient power for hoisting equipment, bad on

which the author prented the technique and method adopted for

renovation and transformation of metal works, mechanical and electrical

equipment.

【期刊名稱】《廣西水利水電》

【年(卷),期】2015(000)002

【總頁數(shù)】5頁(P71-75)

【關(guān)鍵詞】泄洪洞;弧形閘門;改造;工藝方法;石頭河水庫

【作 者】羅寶財

【作者單位】陜西省石頭河水庫灌溉管理局,陜西 眉縣,722300

【正文語種】中 文

【中圖分類】TV698.2

1 工程概況

石頭河水庫泄洪洞位于水庫左岸，為深孔塔式進(jìn)水口無壓隧洞，進(jìn)口高程735.000 m，出口高程705.326 m，全長697.45 m，1981年7月建成。主要任務(wù)是泄洪和放空水庫，設(shè)計泄洪流量850 m3/s；進(jìn)水塔塔頂高程809.100 m，塔內(nèi)設(shè)有一扇5.5×6—70 m平面事故檢修閘門和一扇5.5×5—70 m弧形工作閘門，工作門啟閉設(shè)備為雙吊點(diǎn)QPQ2×1 000 kN固定卷揚(yáng)啟閉機(jī)。

樞紐工程是邊設(shè)計邊施工而建成的，受當(dāng)時設(shè)計、加工制造能力、原材料質(zhì)量等客觀因素的限制。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備加工、安裝質(zhì)量總體水平不高，雖能維持水庫的基本運(yùn)行，但運(yùn)行中故障較多，安全性、可靠性存在隱患。經(jīng)水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測中心對金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備進(jìn)行安全檢測，發(fā)現(xiàn)閘門及其埋件焊接質(zhì)量差，銹蝕嚴(yán)重，啟閉設(shè)備啟門力不足等問題，被水利部大壩安全管理中心鑒定為“三類壩”，列入全國最后一批大型水庫除險加固名單，其內(nèi)容是更換或改造“兩洞一道”（泄洪洞、輸水洞、泄洪道）金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及機(jī)電設(shè)備，本文重點(diǎn)介紹泄洪洞弧形工作閘門更新改造工藝及方法。

泄洪洞弧形工作閘門改造后與原結(jié)構(gòu)形式，外形尺寸相同，為雙主梁，直支臂，球鉸支撐焊接弧形鋼閘門，采用弧面整體加工。弧面半徑由10 m變?yōu)?.8 m，鉸座厚度較原來厚度小20 mm，作為調(diào)整墊層，門楣水封改為轉(zhuǎn)鉸水封，側(cè)軌及底檻等均進(jìn)行改造，改造后的閘門（包括支臂、鉸座、鉸鏈）重78.9 t，（門楣轉(zhuǎn)鉸水封鋼架，側(cè)軌、底檻）重8.5 t；閘門啟閉設(shè)備由原雙吊點(diǎn)QPQ2×1 000 kN固定卷?xiàng)顔㈤]機(jī)改為一臺單吊點(diǎn)搖擺式液壓啟閉機(jī)QSHY2500/1 200 kN一8.3 m，該啟閉系統(tǒng)由液壓油缸（自重19.69 t，機(jī)架4.9 t），液壓管及通信管道、液壓泵站、電控制柜等組成。液壓啟閉機(jī)布置在泄洪洞塔內(nèi)759.000 m平臺，液壓泵站及電控柜設(shè)置在泄洪洞閘房內(nèi)（817.000 m），液壓及通信管道從液壓泵站泄洪塔內(nèi)壁接至啟閉機(jī)。

本工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大、噸位重，且在原水工設(shè)施（含預(yù)埋螺栓、

埋件等不變的基礎(chǔ)上實(shí)施，因其安裝場地狹窄，空間小，大型起吊設(shè)備無法操作，加大了施工難度，只能采用小型機(jī)械土法施工。

2 安裝改造工藝流程

2.1 液壓啟閉機(jī)安裝

液壓啟閉機(jī)安裝工藝流程：洞內(nèi)運(yùn)輸-塔內(nèi)垂直運(yùn)輸-機(jī)架安裝就位-啟閉機(jī)吊裝就位-油壓泵站、電控柜安裝-油壓及通信管道安裝-調(diào)整試驗(yàn)。

2.1.1 洞內(nèi)運(yùn)輸

液壓啟閉機(jī)油罐長（11.8 m），重量大（19.69 t），無法直接從泄洪塔頂（809.10 m）垂直吊運(yùn)到安裝位置（759.00 m平臺），只能從泄洪洞出口運(yùn)到工作門閘孔處，再垂直吊運(yùn)至759.00 m平臺。運(yùn)前我們先改裝了一輛載重20 t的平板車，用70 t汽車吊將啟閉機(jī)油缸吊裝于平板車上，并與平板車固定，再用50型裝載機(jī)推平板車至反弧段坡角處（反弧段坡度21.3°），然后通過塔頂配置的1臺5 t變頻卷揚(yáng)機(jī)2個10 t導(dǎo)向輪及2個3倍率滑輪組前方牽引（見圖1中虛線牽引線路），50型安裝機(jī)后推運(yùn)至工作門閘孔處。

圖1 啟閉機(jī)，工作閘門安裝示意圖

2.1.2 塔內(nèi)垂直吊運(yùn)及安裝

（1）啟閉機(jī)油缸垂吊前，依據(jù)“啟閉機(jī)安裝設(shè)計圖、機(jī)架設(shè)計圖”，分別用鉛垂儀、鋼卷尺等器具測量放出啟閉機(jī)中心線，機(jī)架安裝控制線。

（2）利用原閘門啟閉機(jī)將主機(jī)架吊裝就位，將副機(jī)架吊至待安裝位置下游側(cè)，待油缸吊至安裝位置后與主機(jī)架組裝焊接。

（3）在原閘門啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)的2個連桿上系Φ 20鋼絲繩，懸掛3倍率滑輪組，兩連桿采用12＃槽鋼雙向?qū)危硪?倍率滑輪組掛在液壓啟閉機(jī)油缸吊耳上，通過配置在泄洪洞塔頂?shù)? t變速卷揚(yáng)機(jī)。3個10 t導(dǎo)向輪，2組3倍率滑輪組緩慢提升至759.60 m處。

（4）采用人工、滾杠將副機(jī)架運(yùn)至安裝位置，與主機(jī)架組裝，依據(jù)機(jī)架控制線調(diào)整就位，主副機(jī)架焊接，然后將液壓啟閉機(jī)油缸下落至機(jī)架，并將啟閉機(jī)支座與機(jī)架座螺栓連接，用扳手緊固。

2.1.3 油壓泵站、電控制柜安裝

因泄洪塔閘房暫未更新改造，只能將液壓泵站、電控制柜安裝在工作橋排架頂部，作為臨時泵站，以便汛期啟閉閘門泄洪，安裝時采用8 t汽車吊裝至5 t汽車，通過工作橋運(yùn)至安裝現(xiàn)場，再用8 t汽車吊起安裝。

2.1.4 油壓管道安裝

液壓管道從759.00 m平臺至塔頂沿塔內(nèi)壁每2 m設(shè)一支架，用膨脹螺栓固定在塔壁上，專用管卡固定管道于支架上，管道連接采用專用絲頭連接，絲接時先安裝專用密封圈；塔頂至臨時泵站油壓管路安裝將管道支架分別固定在塔頂部、底部和工作橋柱上，間距2 m，油壓管道兩端分別用高強(qiáng)軟管與液壓泵站、啟閉機(jī)油缸連接。

2.1.5 油壓管道壓力試驗(yàn)

（1）壓力試驗(yàn)前，先將35%濃鹽酸與水配制成10%的酸洗溶液，將酸洗溶液自上而下灌入管道1，浸泡1 h后將酸液排出，用清水沖洗，pH試紙達(dá)到7.0為止，然后用濾油車與液壓油循環(huán)沖洗3 h即可。

（2）壓力試驗(yàn)依據(jù)《水利水電工程啟閉機(jī)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》SL381-2007，按額定工作壓力的1.25倍（22.63 MPa）進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力達(dá)到22.63 MPa后，保持30 min，檢查管道，接頭和閥件未發(fā)現(xiàn)滲漏油，永久變形和破壞現(xiàn)象。

2.2 弧形工作閘門安裝

弧形閘門安裝改造工藝流程：上、下節(jié)門葉及支臂、鉸鏈、鉸座等總結(jié)設(shè)備洞內(nèi)運(yùn)輸-底檻安裝-側(cè)水封座板改造-支臂、鉸鏈、鉸座吊裝就位-下節(jié)門葉吊裝就位-門楣精鉸水封上位-上節(jié)門葉吊裝就位-上、下節(jié)門葉拼焊及焊鏈探傷試驗(yàn)-門楣精鉸

水封調(diào)整就位-焊接吊耳與啟閉機(jī)活塞桿連接-調(diào)整試驗(yàn)-安裝止水橡皮。

上、下節(jié)門葉及支臂、鉸鏈、鉸座等金結(jié)設(shè)備洞內(nèi)運(yùn)輸同2.1.1。

2.2.1 底檻安裝

（1）安裝前用全站儀、鋼卷尺放出底檻安裝中心線及二期砼拆除輪廓線。

（2）二期砼鑿除后，據(jù)其中心線放出內(nèi)爆螺栓（埋件）孔位，橫向布置兩排，孔徑26 mm，孔深400 mm，縱向間距500 mm，橫向間距300 mm，梅花形布置，電鉆鉆孔，成孔后用空壓機(jī)風(fēng)管吹凈孔內(nèi)粉末，然后安裝M20×600內(nèi)爆螺栓。

（3）沿兩排內(nèi)爆螺栓每隔一個焊接法蘭螺栓，法蘭螺栓上部與安裝初就位的底檻型鋼焊接，總蘭法螺栓初調(diào)整底檻位置及平面度，水準(zhǔn)儀校測無誤后，用Φ20鋼筋上、下分別與底檻型鋼、內(nèi)爆螺栓焊接固定，水準(zhǔn)儀再次校測，法蘭螺栓精調(diào)后底檻平面度，精調(diào)后平面實(shí)際最大誤差1 mm，小于規(guī)范值，符合設(shè)計要求。

2.2.2 側(cè)新封座板改造

（1）本次改造是在原座板基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，即先用碳弧刨刨除原側(cè)水封不銹鋼座板，保留原座板埋件（母板型鋼等）；用全站儀、鋼角尺測量母板垂直度及平整度，同時在母板上測量放出不銹鋼座板內(nèi)、外弧面控制線。

（2）不銹鋼座板加工是在不銹鋼座板側(cè)水封和滑塊軌跡中間沿縱向每隔200 mm設(shè)一Φ30鉆孔，以增加該板與母板焊接點(diǎn)；然后根據(jù)測量母板垂直度、平整度數(shù)據(jù)，將左、右側(cè)水封不銹鋼座板分別分為11塊、10塊加工制造，每塊座板長度不等，最長1 500 mm，最短500 mm；由于母板縱向不垂直，橫向不平整，因此加工成的不銹鋼座板縱、橫向應(yīng)均為楔形，加工難度較大，為解決車床無法固定加工，我們加工制造一工裝（模具），在工裝上鉆2排（排距200 mm）12個Φ10孔，（孔距200 mm），用Φ12絲錐過絲后，將不銹鋼座板鑲在工裝上，車床加工時可通過工裝頂絲分別調(diào)整縱向或橫向座板高度后，達(dá)到加工縱向、橫向楔

形之目的，且加工成品的最薄邊厚度為5 mm。

（3）縱、橫向楔形不銹鋼座板加工完成后，現(xiàn)場安裝貼焊，左、右側(cè)水封不銹鋼座板均從閘門底檻處自下而上按編號逐塊安裝貼焊，貼焊時，為確保座板與母板緊貼，采用2根（上、下位置各一根，單根長5 450 mm，12#槽鋼對其水平支撐，楔鐵調(diào)整，用全站儀校測座板垂直度小于1 mm、平整度小于2 mm時，再點(diǎn)焊固定。點(diǎn)焊時，先板孔，后內(nèi)、外弧面，待一側(cè)不銹鋼座板全部點(diǎn)焊固定后，用全站儀再次校測座板整體垂直度和水平度，誤差分別≤1 mm、2 mm時，進(jìn)行滿焊，滿焊時仍先板孔，后內(nèi)、外弧面，為避免或減小座板與母板焊接時產(chǎn)生變形，滿焊時內(nèi)、外弧形采用分段錯位焊接，每段焊接長度不超過300 mm（見圖2）。滿焊完成后，用手提角磨機(jī)將板孔、座板接茬等焊縫磨平拋光，采用同樣工藝和方法安裝貼焊另一側(cè)不繡鋼座板。

（4）兩側(cè)不銹鋼座板安裝貼焊、磨平后、用全站儀、鋼角尺再次校測，其結(jié)果為：左側(cè)最大誤差0.5 mm，最大平面誤差1.3 mm，右側(cè)最大垂直誤差0.8 mm，最大平面誤差1 mm；符合設(shè)計要求。

2.2.3 支臂、鉸鏈、鉸座安裝

圖2 不銹鋼座板錯位焊接示意圖

（1）本次更新改造是在原鉸座預(yù)理螺栓不更換的基礎(chǔ)上實(shí)施，新制造鉸座孔與原預(yù)理螺栓對位相對困難，為便于螺孔對位安裝，先將支臂、鉸鏈、鉸座組裝成整體（22.04 t）在鉸座頂部焊接1#上標(biāo)臨時吊耳，在支臂與鉸鏈連接面距支臂1 500

mm處同一斷面焊接2#、3#臨時吊耳，將1#手動葫蘆懸掛在原預(yù)埋的1#吊耳上，其吊鉤掛在鉸座1#臨時吊耳上，2#、3#手動葫蘆均懸掛在原預(yù)埋的2#吊耳上，其吊鉤分別掛在支臂2#、3#臨時吊耳上，（見圖1），支臂另一端于原固卷啟閉機(jī)鏈桿鋼絲繩連接。

（2）起吊設(shè)備采用3個10 t手動葫蘆及原閘門固卷啟閉機(jī)。吊裝時，先吊裝右

側(cè)支臂、鉸鏈、鉸座用人力同時拉3個10 t手動葫蘆，將鉸座、鉸鏈一端吊起，然后通過原固卷啟閉機(jī)將支臂另一端吊起懸空，再次重復(fù)上述操作，待鉸座孔與原預(yù)埋螺栓同高時，拉動1#手動葫蘆使其與螺栓微接觸，通過2#、3#手動葫蘆及原啟閉機(jī)提升或下降，調(diào)整角度并與螺栓對位無誤后，拉動1#手動葫蘆，使鉸座穿入螺栓；再次通過2#、3#手動葫蘆及原啟閉機(jī)提升調(diào)整角度與螺栓傾角基本相同時，拉動1#手動葫蘆，使預(yù)埋螺栓穿出鉸座孔，及時旋戴螺帽，依次重復(fù)上述操作，直至鉸座與預(yù)埋螺栓座板緊貼，力矩扳手緊固螺帽。用同方法吊裝左支臂、鉸鏈、鉸座。

2.2.4 門葉安裝

（1）安裝前，先通過配置在泄洪塔頂?shù)?t變速卷揚(yáng)機(jī)、3個10 t導(dǎo)向輪、2組3倍率滑輪組將上節(jié)門葉（中間焊一臨時吊耳）起吊至748.00 m高程，用2個2 t手動葫蘆水平拉動旋轉(zhuǎn)90°后，再下落至底板上，然后將上節(jié)門葉兩端臨時吊耳通過鋼絲繩與原固卷啟閉機(jī)連桿連接，啟閉機(jī)將上節(jié)門葉再次提起距地板300 mm處，用2個2 t手動葫蘆（葫蘆及吊鉤分別掛在門楣埋件、門葉臨時吊耳上），將門葉水平移至門楣下方，為下節(jié)門葉安裝創(chuàng)造條件。

（2）下節(jié)門葉旋轉(zhuǎn)90°及與啟閉機(jī)連桿連接方法均同上節(jié)門葉，啟閉機(jī)將下節(jié)門葉提起距底板500 mm處，用2個5 t手動葫蘆分別掛在底檻下游側(cè)地錨及下節(jié)門葉背面鋼梁上，拉動手動葫蘆，使門葉底部向底檻處移動，同時啟閉機(jī)下落門葉直至門葉底與底檻中線重合且門葉連接板孔與支臂連接板孔對位后，穿上高強(qiáng)螺栓，力矩扳手緊固螺帽。

（3）用上節(jié)門葉移位的方法將其移至門楣下游側(cè)，用吊裝下節(jié)門葉方法吊裝上節(jié)門葉，并使其上、下節(jié)門葉連接板孔對位后，穿上高強(qiáng)螺栓，力矩扳手緊固螺帽。

（4）待液壓啟閉機(jī)油缸活塞桿與閘門連接后，將門葉提起進(jìn)行拼接縫焊接，面板采用對稱分段分層焊接，焊后用角磨機(jī)打磨平整，經(jīng)超聲波探傷試驗(yàn)合格。

2.2.5 門楣轉(zhuǎn)鉸水封安裝

上節(jié)門葉起吊安裝前，先將門楣轉(zhuǎn)鉸水封通過配置在泄洪塔頂部5 t卷揚(yáng)機(jī)、2個10 t導(dǎo)向輪起吊至安裝位置，錨筋臨時固定。待上節(jié)門葉安裝好，拼接焊縫完成且與液壓啟閉機(jī)活塞桿連接后，再進(jìn)行轉(zhuǎn)鉸水封定位安裝，最后通過分別焊接在預(yù)埋錨筋、轉(zhuǎn)鉸水封鋼架上的法蘭螺栓精確調(diào)整，使門楣轉(zhuǎn)鉸鋼架頂水封座板、二道防射水封與門葉頂水封、門葉板的壓縮量均為4 mm，達(dá)到設(shè)計要求。

2.2.6 止水橡皮安裝

止水橡皮安裝前，用鋼角尺、塞尺等測量左、右側(cè)水封不銹鋼座板距門體側(cè)面的距離，確定止水橡皮實(shí)際壓縮量，安裝時，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，左側(cè)水封壓縮量為5

mm，右側(cè)水封壓縮量為4.6 mm，分別較設(shè)計值大1 mm、0.6 mm。

3 液壓啟閉機(jī)與弧形工作閘門聯(lián)合試驗(yàn)

3.1 無水試驗(yàn)

3.1.1 驗(yàn)證液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)各主要參數(shù)

（1）起升閘門，觀測啟門工作壓力為16.3 MPa，≤18.1 MPa（設(shè)計值），符合設(shè)計要求。

（2）關(guān)閉閘門，觀測閉門工作壓力為4.8 MPa，≤5.2 MPa（設(shè)計值），符合設(shè)計要求。

（3）對超壓，失壓保護(hù)（系統(tǒng)壓力值大于21 MPa，小于2 MPa均報警）及高、低油量報警（高溫大于50°，低溫小于-20°）和漏油器堵塞報警分別做模擬試驗(yàn)，其報警均及時有效，符合設(shè)計要求。

（4）設(shè)定閘門上極限位置為4 500 mm（閘門開度），下極限位置1 mm（全關(guān)閉工況），經(jīng)閘門啟、閉試驗(yàn)均能及時斷電停機(jī)，符合設(shè)計要求。

3.1.2 檢驗(yàn)檢查閘門運(yùn)行系統(tǒng)

（1）提升及關(guān)閉閘門，閘門運(yùn)行平穩(wěn)自如，無卡阻現(xiàn)象，支鉸轉(zhuǎn)動靈活，止水橡

皮無損傷。

（2）閘門全關(guān)時，門楣二道防射水封、側(cè)水封無透光或間隙。

3.2 動水試驗(yàn)

（1）動水試驗(yàn)前，我們先將閘門關(guān)閉，全開事故檢修閘門，使工作門前充滿水，然后檢查發(fā)現(xiàn)門楣頂水封兩端與側(cè)水封不繡鋼座板接茬處均有漏水，經(jīng)分析，認(rèn)為頂水封橡膠墊板較薄，（僅20 mm），受水壓后容易變形漏水。隨后取掉該橡膠墊板，更換為40 mm厚的P型橡膠墊板后，止水效果很好，不再漏水。

（2）動水試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)液壓啟閉機(jī)在帶負(fù)荷工況下啟、閉能力及閘門運(yùn)行狀況：即先將閘門開啟至1 000 mm，再開啟至1 500 mm，然后再關(guān)閉至500 mm，最后將閘門全關(guān)。液壓啟閉機(jī)在帶負(fù)荷工況下閘門運(yùn)行平穩(wěn)，無卡阻現(xiàn)象，閘門全關(guān)時無滲漏水現(xiàn)象。

4 結(jié)論

石頭河水庫泄洪洞弧形工作閘門更新改造經(jīng)動水試驗(yàn)后，液壓啟閉機(jī)啟、閉門力充足，閘門運(yùn)行平穩(wěn)自如，支鉸轉(zhuǎn)動靈活，無卡阻和滲漏水現(xiàn)象。解決了原固卷啟閉機(jī)啟門力不足、閘門提升至檢修位置后不能順利進(jìn)入閘室、閘門漏水嚴(yán)重等問題。確保了水庫安全運(yùn)行，年減少滲漏水損失630萬m3。