郭天龍 陳 高

喀麥隆曼維萊水電站主溢洪道設有6孔弧形閘門，弧門采用液壓啟閉機啟閉，支鉸采用球面軸承。弧門先后進行了無水調試，有水調試，現(xiàn)地和遠程控制與調試，各項試驗結果均合格。但弧門在臨時驗收前，發(fā)現(xiàn)2扇弧門在啟閉過程出現(xiàn)振動和異響，經過專家多次論證確定是由弧門支鉸軸承損壞而引起的。

為了避免由于支鉸軸及預埋件安裝誤差而導致支鉸軸承受損，對主溢洪道弧門支鉸軸和預埋板分為3個階段進行測量復核：（1）支鉸軸拆卸前測量；（2）支鉸拆除后對支鉸預埋板測量；（3）2個支鉸回裝完成后測量。

主要測量內容及依據(jù)規(guī)范為：（1）依據(jù)規(guī)范NB/T 35045—2014（替換DL/T 5018—2004），對預埋板測量其平整度和里程、高程偏差；（2）按照德國規(guī)范DIN 19704-2（1998） Table 4 tolerances for embedded elements for radial lock gates對于支鉸軸需要測量其同心度和單軸的傾斜角度測量。

依據(jù)上述中德2種規(guī)范和步驟，對支鉸回裝過程進行嚴格控制。并在執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)弧形閘門鉸座安裝的允許偏值存在不一致的現(xiàn)象，針對該問題現(xiàn)場專家組對其進行了分析和研究。

1 中德規(guī)范的對比分析

依據(jù)規(guī)范NB/T 35045—2014《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》第8.3章節(jié)弧形閘門安裝控制精度要求，明確地區(qū)分了圓柱鉸和球鉸安裝公差與極限偏差值，見表1。

表1規(guī)定了弧門兩側鉸座安裝允許偏差及兩支鉸軸允許偏差，由于支鉸座與支鉸預埋板通過基礎螺栓緊密相連，預埋板的安裝偏差值應與鉸座安裝偏差值相同。對于鉸座中心對孔口中心的距離、里程、高程允許偏差值均相當于設計的基準線偏差值，而鉸座軸孔傾斜和兩鉸座軸線的同軸度相當于設計基準線或2個支鉸軸提?。▽嶋H）中心線的偏差值。

表1 弧形閘門鉸座安裝的允許偏差 mm

上述規(guī)范中里程和高程偏差要求±2 mm，但實際應是指2個支鉸軸允許偏差值為同方向偏移2 mm，即允許偏差值在直徑為2 mm圓柱體內，否則就很難滿足2個支鉸軸同心度的要求。

根據(jù)GB/T 1182—2008/ISO1101:2004 18.13.2或《機械設計手冊》P2-171定義，鉸座軸孔傾斜公差帶為間距公差值t的兩平行面所限定的區(qū)域，該平行平面按給定的角度傾斜基線，即以設計基準線或提?。▽嶋H）中心線為軸，以公差值t為直徑的圓柱面，實際軸線上的任意一點應該在該圓柱面內；軸線的同軸度的公差帶是以公差值Φt為直徑的圓柱面內的區(qū)域，該圓柱面的軸線與基準軸線同軸，即兩支鉸軸同心度為2個支鉸軸線上任一點到實際基準線或設計基準線的距離小于1.0 mm（Φt=2.0 mm，圓柱面的半徑r=1.0 mm）。

由于NB/T 35045—2014規(guī)范中沒有明確定義鉸座軸孔傾斜和兩鉸座軸線的同軸度基準點問題，導致實際實施過程中對偏差值理解為五花八門，主要有以下幾種：

（1）按照規(guī)范鉸座軸孔傾斜控制在L/1 000，若按照受力固定鉸座的受力點計算其長度，即指固定鉸座兩側耳板的中心距離，但為了現(xiàn)場便于測量，一般選用固定鉸座外側作為L值。另外實際施工過程中以設計基準線為軸，以公差值t為半徑為圓柱體，則其它任意點均在該圓柱體內。

（2）按照規(guī)范兩鉸座軸線的同軸度分為球面軸承和圓柱軸承予以規(guī)定，一般現(xiàn)場實施是以設計中心線或2個支鉸軸的被提取中心線為基準線，以公差值Φt為半徑的圓柱體，2個支鉸軸的中心線上的任何一點均在該圓柱體內。還有一部分人認為，以2個支鉸軸中的任何一個軸的中心線為基準線，以公差Φt值為半徑的圓柱體，另外1個支鉸軸的中心線任何一點均在該圓柱體內，這種說法相對上種較為嚴格的多，同時還取決于孔口跨度，孔口越寬誤差值越大。

一般現(xiàn)場實際執(zhí)行NB/T35045—2014規(guī)范過程中所有采取的公差值相對于GB/T 1182—2008/ISO1101:2004名詞定義恰好小50%。

對于DIN 19704-1 1998《德國水工鋼結構設計計算標準》與上述規(guī)范有很大的區(qū)別：（1）所有偏差均相對于理論線或設計基準線；（2）鉸座控制點只有2個支鉸座中心線的同心度和單個支鉸軸的傾斜度，其中支鉸同心度分為一般工況和有特殊要求的工況2種。另外，該規(guī)范雖然沒有明確定義規(guī)范中名詞，但能夠清晰和準確的執(zhí)行，如圖1及表2所示。

圖1 （上）弧形閘門預埋件及支鉸軸安裝允許誤差示意圖

表2 （下）弧形閘門預埋件及支鉸軸安裝允許誤差表

根據(jù)表2 DIN 19704-1 1998《德國水工鋼結構設計計算標準》可得：

（1）單個支鉸軸的傾斜度采取設計基準線與單個軸中心的夾角控制，即tanα極限值為0.002。如果設計基準線與單軸中心線不在同一面上，可平移支鉸軸中心線或基準線使2條線相交。

（2）2個支鉸座中心線的同心度是以設計基礎線或理論線為基準線，以公差值為直徑的圓柱體，即2個支鉸軸中心線上的任一點的坐標（y，z）均在圓柱體內，或坐標（y，z）值（即NB/T 35045—2014規(guī)范中的里程和高程）與基準線的差值的絕對值。假設支鉸軸中心線上的設計坐標為 （y0，z0），實測點坐標為（y1，z1），Δy=｜y0-y1｜，Δz=｜z0-z1｜均小于公差值，在不確定理論線時，高程方向或里程方向最大值減去最小值的絕對值小于規(guī)范中的公差值即可。

（3）根據(jù)該規(guī)范，2個支鉸座中心線的同心度公差值與孔口凈寬度成直線關系，當一般工況式（1）和特殊工況式（2）下關系公式如下：

式中x——孔口凈寬度；

Y——兩支鉸座中心線同軸度公差值。

2 不同規(guī)范條件下設計公差值對比分析

曼維萊水電站溢洪道弧門孔口實際凈寬度為11 m，按照一般工況下進行計算，均為球面軸承，單軸長度L為590 mm，在中德不同規(guī)范下單軸傾斜度設計值和2個支鉸座中心線的同心度設計公差值見表3。

表3 單軸傾斜度和兩支鉸軸同心度設計公差值表

依據(jù)德國DIN17904規(guī)范，繪制兩支鉸軸計算示意圖2，按照規(guī)范得出弧門支鉸單軸傾斜度計算公式轉換如式（3），兩支鉸軸同心度計算公式如式（4）。

圖2 兩支鉸軸計算示意圖

對于兩支鉸軸同心度公差值按照規(guī)范是以理論線或設計基準線為軸，以公差值為直徑的圓柱體，其它軸中心線上的任一點均在圓柱體內。而在實際執(zhí)行過程中往往是以半徑為圓柱體進行計算的，忽視規(guī)范中的關鍵點。對于單軸傾斜度NB/T35045規(guī)范備注中明確以固定鉸耳板中心為L，而實際執(zhí)行規(guī)范過程中大部分是以固定鉸耳板的外邊緣作為L。雖然規(guī)范要求為固定鉸的耳板中線為L，但現(xiàn)場實際是非常困難實施的，因為軸的測量點均為固定鉸耳板的外邊緣，耳板的中線線是很難找到的，對于DIN規(guī)范中是按照夾角控制的，就不存在這種問題。

但在執(zhí)行規(guī)范過程，由于對公差值定義沒有深入理解，易把公差值理解為公差帶，對于曼維萊水電站項目而言，若把公差值作為公差帶計算，單軸傾斜度設計值和2個支鉸座中心線的同心度設計公差值計算結果會增大1倍，其錯誤結果見表4。

表4 習慣用法單軸傾斜度設計值和兩支鉸軸同心度設計值表

3 中德規(guī)范的優(yōu)缺點分析

從實踐中可以看出，中德規(guī)范中既有缺點也有優(yōu)點，其中中國規(guī)范單軸傾斜度L/1 000得到的數(shù)值是非常小的，要求也非常之高，施工過程中很難達到的，比如一般的弧門的支鉸軸長度小于1 m，按照中國規(guī)范計算，最大偏差允許1 mm之內，甚至有些弧門的支鉸軸有效長度僅0.5 m，也就是說單個支鉸軸傾斜度允許偏差值只有0.5 mm，其實真正傾斜角度是通過支鉸軸與理論線的夾角確定的，并與支鉸軸的長度無關，就像DIN規(guī)范中所述的那樣。

對于兩支鉸軸的同心度問題，中國規(guī)范明確區(qū)分了球面軸承和圓柱體軸承，對于球面軸承上下可以360°旋轉，左右也可以實現(xiàn)2.5°～3°不同角度的旋轉，間接地證明了球面軸承可以允許更大的偏差，通過球面軸承實現(xiàn)抵消安裝過程帶來的偏差；而DIN規(guī)范卻沒有分為球面軸承和圓柱軸承，均采用統(tǒng)一標準，這樣在實踐中是不合適的。但是兩支鉸軸的同心度問題依然以孔口的跨度有直接的關系，一般孔口跨度越大允許偏差值越大，反之成立，但是無論孔口大小，允許偏差均有一個極限值，最小不得小于1 mm，最大不得超過3 mm。其實這正式DIN規(guī)范所有敘述的那樣。

根據(jù)中國規(guī)范NB/T 35045—2014第8.1.8章節(jié)弧門支鉸預埋件安裝偏差的控制，“弧門支鉸鋼梁安裝時，鋼梁的中心里程、高程和對孔口的中心距離的極限偏差為±1.5 mm，鉸座鋼梁的傾斜按照水平投影L的偏差值來控制，要求L的偏差應不大于L/1 000”。僅從字面理解，一個預埋件對于理論線可以向里程、高程方向最大允許偏差1.5 mm，另外一個預埋件也可以允許向反方向最大允許偏差為1.5 mm，若按其要求控制，在支鉸安裝時將無法滿足規(guī)范要求。

在上述章節(jié)中也明確說明了支鉸預埋板與固定鉸是通過預埋螺栓緊密結合的，雖然通過預埋螺栓與固定支鉸的螺栓孔有一定的間隔。一般認為，可以通過這些間隙對支鉸進行調整，但是通常情況下由于螺栓數(shù)量較多，支鉸較重，施工空間狹窄等原因，一旦預埋板埋設位置（高程，里程和相對于孔口尺寸）確定，支鉸的位置也基本確定，從理論上講預埋板的允許偏差（不包括預埋板的傾斜偏差）應與支鉸的允許偏差是相對的，否則預埋板與支鉸無法很好銜接，換言之預埋單側板位置確定后，支鉸就很難進行調整。

4 結語

曼維萊水電站弧門在啟閉過程出現(xiàn)振動和異響是有兩側的支鉸部位發(fā)出，通過上述中德規(guī)范的對比分析和現(xiàn)場實測結果，弧門支鉸安裝控制誤差能夠滿足規(guī)范要求，從而說明支鉸軸承開裂不是有現(xiàn)場安裝誤差造成的。

其實弧門支鉸安裝主要控制指標為單軸傾斜度和兩支鉸軸同心度，從表4中可以看出，針對本工程中國規(guī)范的單軸傾斜度遠高于德國規(guī)范，但兩支鉸軸同心度中國規(guī)范略低于德國規(guī)范，從而也說明了中國規(guī)范標準原高于德國標準。

在實際實施過程中，支鉸預埋件的方向傾斜度也應該有一定的要求，如果控制不好，將來2個支鉸軸很難符合規(guī)范要求。雖然在支鉸軸傾斜度和同心度有相應的要求，但由于安裝時間長，施工人員交替頻繁等原因，對預埋板和支鉸的安裝不可能在同一時間，為了確保支鉸軸安裝符合要求，在預埋件安裝時應控制單側和兩側預埋板的平面度。

一般支鉸預埋板向下有一定的傾斜角度，中國規(guī)范有些不合理，無論是圓柱體軸承還是球面軸承，上下方向均能實現(xiàn)360°旋轉，無需限制傾斜角度的要求，滿足2個支鉸軸的同心度要求即可，即使要求也應該與支鉸軸極限偏差結合在一起。對于中國規(guī)范不僅有要求，但是規(guī)定的偏差值很不合理。比如有些項目預埋板的投影長度才50 mm，按照該規(guī)范計算傾斜度應該小于L/1 000，即使0.05 mm，這樣的精度對結構預埋是基本上做不到的。有些支鉸預埋板的向下傾斜角度較大，投影長度可到500 mm，而計算的傾斜角度為0.5 mm，雖然擴大了10倍，但是實際施工過程中也是很難做到的。

基于上述情況，參照DIN 17904-2-1998《德國水工鋼結構設計制造標準》，探討NB/T 35045—2014《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》對第8.3章節(jié)弧形閘門安裝控制精度要求進行修改的可能性。