柳曉龍，薛偉偉，陳海龍

（1.中國水利水電第四工程局有限公司第一分局，青海 西寧 810006；2.黃河上游水電開發(fā)有限責任公司工程建設分公司，青海 西寧 810000）

0 概述

積石峽水電站工程溢洪道工作弧門孔口尺寸（寬×高）為15 m×21.5 m，為黃河上游最大的弧形閘門。設計水頭21.20 m，水平水壓力33 708 kN，垂直水壓力10 621 kN，總水壓力35 342 kN，弧門半徑為22 m，支鉸高度為13.2 m，門葉結構為主橫梁斜支臂焊接鋼結構，吊點間距為13.7 m?；￠T由8節(jié)門葉組成，總質量281.65 t，操作方式為動水啟閉，操作機械為2×3 600 kN液壓啟閉機系統(tǒng)。

溢洪道弧門按照正常施工順序，應在土建施工交面后利用大型起吊設備（2 200 kN汽車吊）在敞孔狀態(tài)下正常安裝，弧門安裝完畢后再進行上部現(xiàn)澆混凝土板梁施工?；￠T安裝占壓整個直線工期，將無法滿足進度要求。為滿足堰閘段整體施工進度要求，溢洪道弧門需在上部板梁澆筑完畢后進行安裝。本項弧門安裝在復雜條件下有效利用有限的起吊手段實現(xiàn)弧門各部件安裝，同時通過制定合理的拼裝、焊接工藝，保證了超大型弧門安裝質量。

1 測量控制

（1）平面控制網(wǎng)建立。根據(jù)業(yè)主提供的測量站點為基準點，按照DL/T 5173—2003《水利水電工程施工測量規(guī)范》四等邊角網(wǎng)的技術要求進行觀測，分別在溢流面弧門上、下游及弧門支鉸座閘墩牛腿處建點形成測量控制網(wǎng)絡，便于弧門各部件安裝放樣、驗收，點位精度滿足規(guī)范要求。

（2）高程控制。利用按照業(yè)主提供的測量站點放至弧門底坎處的基準點使用精密水準儀結合鋼尺測高的方法進行高程控制，尺長根據(jù)溫度和鋼尺的自重進行修正。

（3）支鉸測量。作為弧門安裝關鍵點的支鉸中心測量控制，在支鉸中心位置兩側邊墻預埋鋼板，用方向線法放出支鉸中心線在兩側邊墻預埋鋼板上的位置，掛上鋼絲線，用來放樣、驗收支鉸孔中心高程和方向的坐標。

2 弧門吊、拼裝工藝

2.1 支鉸安裝工藝

由于支鉸正上方為混凝土板梁，支鉸無法直接吊裝就位。結合現(xiàn)場實際情況確定，首先利用進水口600 kN門機將支鉸垂直吊運至溢流堰底坎附近運輸臺車上，通過卷揚機牽引下滑至支鉸安裝位置正下方；然后，通過掛在閘墩牛腿頂部的滑輪組提升至設計位置就位。為保證支鉸安裝精度，支鉸采用整體安裝。鉸座預埋件調整加固驗收后澆筑一期混凝土，復測后精確調整至規(guī)范允許偏差范圍后澆筑二期混凝土。

2.1.1 支鉸起吊系統(tǒng)受力分析及結構計算

支鉸吊裝單元質量達26.6 t，又要經(jīng)過較復雜的倒運、吊裝工序。為確保支鉸安全順利的吊裝，需對支鉸下滑臺車、下滑軌道、起吊三角架等構件設備進行詳細的受力分析及結構計算（計算過程從略）。

2.1.2 支鉸吊裝方案及吊裝步驟

從溢洪道溢流面弧門底坎樁號溢0+015.708至溢0+034.618位置架設下滑臺車軌道，軌道支撐柱底部鋪墊麻袋片或保溫材料對溢流混凝土永久迎水表面進行保護。臺車軌道上游段與弧門底坎樁號溢0+015.708部位進行焊接，以保證下滑軌道整體穩(wěn)定。橫梁起吊系統(tǒng)的搭設采用1 856.5、1 852.28 m高程處的預埋工字鋼作支撐點進行三角支撐架的制作與安裝。支鉸下滑臺車與支鉸吊裝均采用同一臺100 kN卷揚機。

吊裝步驟：利用布置在進水口的600 kN門機將臺車及支鉸吊裝至溢洪道堰閘段（溢0+015.708至溢0+034.618）臺車下滑軌道上游端部，作臨時固定；再利用擺放在溢洪道進口檢修門底坎位置的100 kN卷揚機及滑輪組，將支鉸臺車順軌道下放至支鉸起吊位置軌道車檔處；用卷揚機起吊鋼絲繩通過弧門底坎設置的導向滑輪穿至支鉸安裝位置上方的橫梁起吊系統(tǒng)的滑輪組；利用起吊系統(tǒng)將支鉸吊至1 848.00 m安裝高程，利用前期預埋在閘墩頂部與底部的錨鉤做牽引點，將倒鏈與支鉸連接后精調至安裝位置；固定鉸座安裝牢靠后將活動鉸座進行臨時加固，確保支臂吊裝時可調整性。根據(jù)支鉸中心點連接的鋼絲線來檢查支鉸裝配的安裝偏差，保證兩支鉸的同軸度、鉸座中心對孔中心距離、樁號、高程是整個弧形閘門運行質量的關鍵。按照要求鉸座軸孔任何方向傾斜不大于L/1 000，L為支鉸墊板水平投影長度。

采用支架下滑式吊裝方案減少了與土建工程交叉作業(yè)，加快了施工進度，節(jié)約設備租用成本。

2.2 門葉安裝工藝

溢洪道弧門門葉共分8節(jié)，弧門寬度15 m，高度21.5 m，門葉上支臂以上部分呈懸臂狀態(tài)。為保證閘門拼裝精度，在曲線溢流堰面設計制作了門葉安裝支撐托架，不僅起支撐門葉結構的作用，同時便于門葉調整、焊接。支臂預先在組拼平臺進行預組拼，以保證安裝精度。

門葉在門槽內(nèi)豎式拼裝時，樁號向上游偏移10 mm，以便支臂安裝。底節(jié)門葉安裝調整合格與托架可靠連接后吊裝下支臂組件，調整到位后利用工裝螺栓將門葉拉至設計位置。調整底節(jié)及下支臂形體位置，按順序自下而上逐節(jié)吊裝、調整。8節(jié)門葉全部吊裝就位后，進行整體調整：門葉對孔中心偏差、弧門迎水面的各節(jié)間弧度、直線度；弧門門葉整拼后門高、扭曲度；檢查弧門的曲率半徑及曲率半徑差；支臂開口跨度、左右支臂對角尺寸及連接系受力中心線。各項調整合格后進行焊接。

采用門葉在門槽內(nèi)豎式拼裝方案便于門葉整體調整組拼，可對門葉制造過程中拼裝累計偏差進行相應分解。

2.3 焊接工藝的應用

溢洪道超大型弧形閘門焊縫較多，高度方向呈懸臂結構，焊接變形較難控制。閘門安裝中利用多種焊接變形控制技術，對閘門安裝全過程焊接進行了跟蹤和研究。通過采用預留收縮余量和反變形量、鋼性加固、合理選擇焊接方法、調整焊接順序等措施保障超大型弧門安裝最終質量。

2.3.1 焊接工藝評定及焊接注意事項

根據(jù)現(xiàn)行DL/T 5018—2004規(guī)范，并結合工程對質量的要求，制定了弧形閘門焊接規(guī)范（焊接施工質量檢測標準）?；⌒伍l門焊接前進行了焊接工藝評定。結合評定結果及現(xiàn)場實際情況，要求在施工中必須遵循：①采用同步對稱、分段、退步等焊接方法，采用小電流、短弧、多層多道焊接，以減少熱量的輸入。②對于大間隙的焊縫，要求在焊縫坡口兩側進行堆焊（鑲邊焊），待間隙小于4 mm左右后再進行正常焊接。③先焊拘束力較大的焊縫，后焊自由度較大的焊縫；先焊變形控制嚴格的焊縫，后焊變形控制不太嚴格的焊縫。④除第一層與蓋面層外，其余各層利用風錘不斷錘擊以達到除渣、層間消應的目的。⑤正式焊接前,須清除該部位的定位焊。⑥嚴格執(zhí)行預熱、層間溫度、消應措施。⑦為防止焊縫及母材的銹蝕，特別是未焊透并有過縫孔的焊縫，要求進行繞角焊。⑧碳弧氣棒清根的雙面焊，非清根側焊接量不少于3層，清根后用砂輪磨光滲碳層。⑨待墊板的面板對接焊應保證母材及襯板根部熔合良好。

2.3.2 焊接變形分析及縱向收縮變形

工件在熱源作用下產(chǎn)生沿焊縫長度方向的縱向膨脹，此膨脹受外部約束而被限制即產(chǎn)生縱向壓縮塑性變形，在冷卻過程中不能完全回復而產(chǎn)生縱向收縮變形。對于低合金鋼縱向單位收縮量與焊接線能量之間近似比例關系，可通過計算公式計算。

在實際施工中，由于縱向長焊縫主要是面板對接縫和貼角縫；下游面為空格結構，縱向焊縫較少。現(xiàn)場44條焊縫的收縮測量看，面板側平均每條焊縫沿門體長度方向收縮1.5 mm左右，而沿下游面收縮近似為零，因此縱向收縮變形不足以考慮。

2.3.3 橫向收縮變形及角變形

工件在熱源作用下產(chǎn)生垂直于焊縫方向的橫向膨脹，此膨脹受外部拘束而被限制即產(chǎn)生橫向壓縮塑性變形，在冷卻過程中不能完全回復而產(chǎn)生橫向收縮變形。低合金鋼對接、角焊縫每1 m引起的橫向收縮量ΔB。板厚12 mm時通過計算沿高度方向每條焊縫平均收縮2.0 mm，因弧門鋼板厚及結構的變化,在實際施工中焊縫收縮量為1.8～2.3 mm。高度方向總收縮量為19～23 mm。

由于焊縫橫向收縮力大小及力到門體慣性中心距的不同，產(chǎn)生的力偶大小不同。這勢必使門體向上游或下游方向傾倒。通過理論公式初步計算出向上游傾斜率為0.3～0.5 mm/m。

2.3.4 節(jié)間組對及測量基準點

（1）節(jié)間組對。構成門體的板塊、單元在組對焊接、吊裝、運輸、放置等過程中產(chǎn)生變形，加之焊接應力自然失效，節(jié)間隙插口多等原因，難以復原制造時的組對情況。從現(xiàn)場拼裝情況看，間隙普遍過大：間隙由原設計的0～3 mm變?yōu)?～10 mm以上，特別是面板焊縫間隙變化更大，在0～12 mm間。這就要求在定位焊與正式焊接過程中，特別強調焊接順序、工位的安排以及焊接監(jiān)控。

（2）焊接監(jiān)控。焊接時要選好監(jiān)測門體偏移方向及大小的基準點，并始終以這一基準點為測量依據(jù)。門體由8個單元組成，施工中通過懸掛3條重錘的方法進行測量：上下兩橫梁中心各掛1重錘，待焊縫冷卻后，測量每個焊接流程的相對偏移距離，并與拼裝及上一流程的測量結果作比較，若變形較大則適時調整工序。但焊縫未冷卻或加熱時，測量的結果往往與實際相反，不能以此測量數(shù)據(jù)作依據(jù)，以免影響后續(xù)焊接順序及工位安排。

2.3.5 焊接順序及工位安排

弧形閘門側向垂直度是焊接變形控制的重點。但從減小焊接應力考慮，應先焊橫向收縮較大的焊接接頭，此時門體自由度較大，不致于引起較大的焊接應力。因此在焊接變形、焊接應力這對矛盾統(tǒng)一體中要綜合考慮,具體遵循如下原則：①焊接應按由兩端到中間、由內(nèi)到外的順序。由于門體結構的特點及安裝精度要求，先焊兩端柱，后焊門體中間部位，因門體中部上游焊縫多于下游面，先焊下游面待門體達到一定的剛度后，再焊上游面焊縫。②對稱焊接的同時，盡可能少地安排對影響門體變形的焊接順序、焊工工位，并盡可能先焊小的立焊。③加強每個焊接流程的監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結果適時調整焊接順序，加強工序間的傳遞。

根據(jù)上述原則結合具體情況，制定了焊接流程及8名焊接工位的布置：端板→推力隔板→推力隔板加勁板及端隔板→中間豎隔板→后翼緣立焊→后翼緣→前翼緣立焊→面板帖角焊→面板對接焊及前翼緣板。

2.3.6 焊接殘余應力

低合金鋼冷裂敏感性較大，約束強度也較大，致使焊后應力較大。特別是板厚δ≥32 mm的端板、推力隔板和端柱后翼板，在冬季施工，溫度較低、濕度較大，再加之此類焊縫為I類焊，因此要求在焊前預熱、焊層加熱、焊后熱處理工藝措施。

2.3.7 工藝總結

支臂與支鉸安裝縫設計為單面焊雙面成形，施工難度大，焊接質量及收縮量不易控制。經(jīng)與設計溝通將此處焊縫修改為雙面焊縫，焊接時在支臂長度方向預留收縮余量和焊接騎馬板，以及分層分道焊接等工藝，有效保證了焊縫焊接質量及收縮量的控制。

門葉焊接時先焊門葉節(jié)間的縱梁和隔板焊縫，最后焊接門葉節(jié)間的面板對接縫。門葉調整合格后在節(jié)間的縱梁和隔板以及坡口焊縫上根據(jù)門葉結構結合門葉拼裝檢測數(shù)據(jù)布置一定數(shù)量的騎馬板。焊接面板對接焊縫時，整扇門從下往上依次焊接。對每條對接焊縫而言，從中間向兩邊同時施焊。對稱焊法可以減少焊接應力變形。

不同部位焊縫采用不同焊接方法。焊接時采用手工焊電弧焊與手工氣保焊兩種方法同時進行。手工電弧焊適用于一類焊縫，對接間隙較大，焊接質量要求較高，施工環(huán)境較差的部位。采用手工氣保焊焊接弧門面板對接焊縫，電弧在保護氣流的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池較小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后變形小，損傷較低；手工氣保焊焊接提高了施工機械化和自動化加快了施工進度；手工氣保焊焊后很少有熔渣，基本上不需清渣，減少了施工強度。門體幾何形體尺寸均滿足設計要求，焊縫的外觀檢查、內(nèi)部超聲探傷，合格率達100%，無一處返修。

2.4 側軌及水封安裝工藝

側軌安裝具體步驟：首先操作啟閉機，使底節(jié)門葉的底緣離開底坎約500 mm停止，檢查門葉底緣兩邊與底坎的距離是否相等，如果不等，調整啟閉機的行程使其同步為止，并往復動作數(shù)次進行調整；再根據(jù)門葉的安裝實際位置精調兩邊側軌距孔口中心線的偏差值及門楣（包括轉鉸水封）的高程偏差值，并將其加固牢，正式進行閘門的劃弧試驗。每起落500 mm停止，測量門葉與側軌之間的距離。這樣往復全行程起落3次，做好記錄，根據(jù)測量結果最終一次調整側軌至合格后向土建交面進行二期混凝土回填。澆筑過程中定時檢測確保軌道無變形趨向。

水封安裝具體步驟是：弧門經(jīng)過劃弧試驗后，方可進行水封的安裝。水封在安裝前利用啟閉機將弧門門葉逐步吊出孔口，用水封壓板對其進行號孔，并用空心沖沖孔。止水橡皮及橡皮墊螺栓孔為φ15 mm，必須小于螺栓1 mm。先安裝側水封，最后安裝底水封。側水封與底水封的接頭采用熱膠粘合。側水封的安裝應在閘門全開位置時從下往上逐步進行安裝。落門時應不停地向側軌和水封橡皮上注水保持潤滑?；￠T落底后用塞尺檢查水封的預壓程度。并進行透光檢查。

采用門葉劃弧后安裝側軌確保門葉與側軌的相對位置，保證水縫壓縮量滿足設計要求，避免側軌對孔口中心距離與弧門門葉對孔中心距離偏差過大，造成兩側水封壓縮量不均勻。

3 結語

溢洪道工作弧形閘門目前已完成安裝調試工作，并通過無水啟閉及有水承壓試驗，閘門全行程啟閉平穩(wěn)，無超常振動，啟停無劇烈沖擊現(xiàn)象，無異常聲響，滲水量及其他各項檢測指標均滿足設計規(guī)范要求。由此證明上述弧形閘門施工及優(yōu)化方案滿足超大型弧門安裝要求，其安裝與焊接工藝合理，具有一定的代表性和先進性。在施工手段缺乏的條件下有效利用現(xiàn)場有限的起吊手段實現(xiàn)弧門各部件安裝，減少了土建與金結施工干擾，保證了整體施工進度預期目標的實現(xiàn)，為同類工程特別在節(jié)約投資，節(jié)省工期、保證質量方面有著重要作用。為以后類似工程施工，提供了良好的借鑒經(jīng)驗。