廉 順，呂小虎，趙擁軍，杜 輝

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

1 浮門簡介

葛洲壩船閘浮式檢修門(以下簡稱浮門)是葛洲壩船閘設(shè)備設(shè)施的重要組成部分，在停航期檢修中起下游擋水作用，為閘室廊道、下游人字門等檢修項(xiàng)目提供無水檢修環(huán)境[1]。其主要由門體、密封止水、抽排水管道系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及其輔助設(shè)備、閥件等構(gòu)成[2]?；驹硎抢蒙舷掠嗡徊町a(chǎn)生的壓力，使浮門止水面與門槽貼合，實(shí)現(xiàn)密封擋水。葛洲壩船閘浮式檢修門采用頂窄底寬“比重計(jì)”型斷面設(shè)計(jì)[3]，符合DLT 5018—2004《水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》[4]及JTS 152—2012《水運(yùn)工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]，基本結(jié)構(gòu)見圖1。外形尺寸(寬×高×最大厚度)35.6 m×13.3 m×8.0 m，最大擋水水頭13.0 m，正常吃水水深4.5 m，門體加設(shè)備質(zhì)量377.9 t，最小吃水時(shí)排水量837.7 t。

圖1 浮式檢修門基本尺寸結(jié)構(gòu)(單位：m)

2 浮門快速精準(zhǔn)對位影響因素

浮門對位主要分為3個(gè)步驟：浮門門體入槽、門體定位、快速沉浮。門體入槽缺乏輔助受力模塊，門體定位調(diào)節(jié)困難，門體沉浮缺乏精準(zhǔn)調(diào)節(jié)等因素，導(dǎo)致浮門對位存在對位時(shí)間長、精準(zhǔn)度不高等問題。

2.1 門體入槽

浮門門體入槽主要由拖船提供動(dòng)力，通過與其他附屬設(shè)備設(shè)施進(jìn)行配合來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)階段主要問題為拖曳船舶舵效低、系纜裝置欠缺等。

現(xiàn)階段所用拖曳船舶功率小、穩(wěn)性差、舵效低，尤其是在船閘下游有限寬度內(nèi)，難以實(shí)現(xiàn)船隊(duì)轉(zhuǎn)向、調(diào)位，浮門入槽姿態(tài)調(diào)整時(shí)間長，難度大。

葛洲壩一號閘：浮門門槽位于船閘下閘首，主要由半邊“「”形開放式門槽和半邊“]”形半閉合門槽組成，門槽長37.0 m、寬3.5 m、槽厚1.5 m。葛洲壩二號閘：浮門門槽位于船閘下閘首，主要由半邊“「”形開放式門槽和半邊“]”形半閉合門槽組成，門槽長36.8 m、寬3.5 m、槽厚1.4 m。門槽結(jié)構(gòu)見圖2。

目前葛洲壩一、二號船閘門槽均無輔助牽引裝置。浮門即將進(jìn)入槽位時(shí)，由于船隊(duì)?wèi)T性，導(dǎo)致操作性不準(zhǔn)，加之水阻小，船隊(duì)前進(jìn)后退存在延時(shí)，浮門很難找準(zhǔn)入槽基準(zhǔn)點(diǎn)，且門體姿態(tài)不穩(wěn)、入槽時(shí)間長。

圖2 葛洲壩一、二號船閘門槽結(jié)構(gòu)(單位：m)

2.2 門體定位

通過調(diào)整設(shè)備來保障門體端面與門槽水平位左右各500 mm的間距。傳統(tǒng)技術(shù)方案是在浮式檢修門端部懸空鋪設(shè)枕木并以枕木為支撐架設(shè)螺旋千斤頂，通過人工手動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋千斤頂，達(dá)到調(diào)整與門槽兩端間距的目的。工藝方案安全系數(shù)、工作效率及精度控制均低。

2.3 浮門沉浮

完成上述兩個(gè)步驟后，浮門即具備下沉條件，通過控制進(jìn)水量以及浮門左右兩邊實(shí)時(shí)沉浮量來保證浮門沉浮姿態(tài)的穩(wěn)、準(zhǔn)、精。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測常規(guī)方法為：使用粉筆在閘墻壁上刻畫記號，并持續(xù)標(biāo)注好延伸刻度，利用鋼板尺實(shí)時(shí)比對標(biāo)注刻度，并迅速讀數(shù)，精度控制為厘米級。當(dāng)發(fā)現(xiàn)浮式檢修門上下游端累計(jì)下沉量數(shù)據(jù)偏差過大(> 20 cm)時(shí)，則調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度(累計(jì)下沉量大的一端則減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，累計(jì)下沉量小的一端則增加電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度)。重復(fù)上述過程，直至浮式檢修門上下游端偏差在允許范圍內(nèi)(≤20 cm)，平穩(wěn)下沉到達(dá)指定位置[6]。

使用傳統(tǒng)的方法，現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測下沉量結(jié)果精度較低、下沉耗時(shí)長，全過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，導(dǎo)致指揮判斷失誤。浮式檢修門下沉過程，監(jiān)測人員懸邊作業(yè)，存在較大安全隱患。為確保平衡持續(xù)的上浮，須進(jìn)行累計(jì)上升量監(jiān)測。

3 浮門快速精準(zhǔn)對位技術(shù)

從浮門快速精準(zhǔn)對位步驟入手，結(jié)合浮門門體入槽、門體對位、浮門快速沉浮的現(xiàn)存問題，從浮門門槽系纜模塊、浮門入槽調(diào)節(jié)工裝、浮門沉浮精準(zhǔn)控制3個(gè)方面進(jìn)行分析研究。

3.1 增加浮門門槽系纜模塊

通過外力輔助牽引浮門，協(xié)助其切入入槽基準(zhǔn)點(diǎn)，將大大減少入槽定位難度。建議在浮門入槽時(shí)通過纜繩及門槽掛鉤與浮門耦合為一體，為浮門提供縱向牽拉力，輔助浮門入槽定位。

3.1.1系纜裝置選型及定位

浮門系纜裝置可參考船舶系纜裝置，主要有系纜環(huán)、系纜柱、系纜鉤等。從系纜操作現(xiàn)場、操作難度、操作時(shí)間考慮，選擇系纜鉤能便捷快速地完成浮門系纜工作，同時(shí)入槽工序完成后便于解纜。

浮門與拖曳船舶在閘室下游，主要由拖曳船舶提供動(dòng)力，船隊(duì)初始動(dòng)量由拖曳船舶提供，且船隊(duì)速度不需過大，只需船隊(duì)向前滑行就好，假設(shè)初始速度為v1=0.2 ms，浮門質(zhì)量為M，拖船質(zhì)量為m(現(xiàn)有拖船凈質(zhì)量87 t)，船隊(duì)速度為v2。船首與閘墻成α角(小于90°)靠近“]”形半閉合門槽，接近門槽時(shí)用鋼絲繩將浮門與系纜鉤連接，系纜鉤對浮門船隊(duì)拉力為F，船隊(duì)在鋼絲繩拉力作用下趨于靜止，時(shí)間假設(shè)為t=5 s，根據(jù)CB 3309—1987《撈纜鉤船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，系纜鉤尺寸與系纜力對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 系纜鉤外形尺寸與系纜力對照

3.1.1.1系纜鉤選型

結(jié)合動(dòng)量守恒定理Mv1=(M+m)v2=Ft，整理可得F=Mv1t,，可知F=35 kN，安全系數(shù)為1.2，則Fmax=40 kN。浮門絞關(guān)最大負(fù)荷80 kN，見表1，選用50 kN系纜鉤，結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 系纜鉤結(jié)構(gòu)

3.1.1.2系纜鉤定位

船閘檢修一般選在長江枯水季節(jié)，下游水位較低，水位最大值為41.57 m、最小值為39.76 m，浮門沉浮定位時(shí)只需要考慮下游水位，近幾年大修時(shí)下游水位統(tǒng)計(jì)見表2。

由表2可知，下游水位在39.76～41.57 m。由于浮門高度為13.5 m，自由狀態(tài)下吃水為4.5 m，浮門凈高為9 m，加上下游水位，浮門系纜鉤設(shè)置位置在48.76～50.57 m，高差在1.81 m。由此系纜鉤可對稱布置在開放式門槽，半閉合門槽水線整數(shù)值51 m處。

通過增加系纜鉤輔助牽引設(shè)施，再用鋼絲繩把入槽的浮門與墻體系纜鉤連接，提供浮門縱向牽引力使其能夠快速找準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)入槽定位，同時(shí)增加船隊(duì)穩(wěn)性確保了浮門姿態(tài)平穩(wěn)，與傳統(tǒng)操作相比，大大縮短了浮門入槽時(shí)間。

表2 2011—2016年葛洲壩下游水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) m

3.1.1.3系纜鉤安裝

系纜鉤安裝在門槽面，采用內(nèi)嵌式安裝方式。具體步驟為：在門槽底部高程為51 m位置處開正方形槽口，槽口橫向以45°角從四周向內(nèi)挖深，形成橫向梯形柱。在梯形柱小底面橫向植入鋼筋以環(huán)氧澆筑，鋼筋尾端焊接筋板，通過螺栓將系纜鉤與筋板緊固連接，形成系纜鉤裝置[7]，見圖4。

圖4 系纜鉤安裝

3.1.2浮門門槽間距調(diào)節(jié)

浮門兩端與門槽之間存在0～1 000 mm間距，通過鋪設(shè)枕木配合螺旋千斤頂，手動(dòng)調(diào)節(jié)控制其行程，防止浮門與門槽發(fā)生卡阻。在浮門端部橫縱加強(qiáng)筋位置開φ250 mm ×700 mm通孔，將φ200 mm ×700 mm螺母套通過焊接工藝裝載至通孔位置，配合φ200 mm×1 400 mm螺桿，形成自鎖螺旋副結(jié)構(gòu)，在螺桿非接觸端面焊接50 mm×100 mm的搖柄。工裝結(jié)構(gòu)見圖5。

通過在浮門兩端面裝載門槽位移調(diào)節(jié)工裝，在不改變浮門總體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的條件下，同步操作控制門槽間距，提高了浮門間距調(diào)節(jié)的安全性、效率值等。

圖5 位移調(diào)節(jié)器基本尺寸(單位：mm)

3.1.3浮門沉浮控制

利用實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度控制浮門沉浮，有效提高浮門沉浮效率[8]。根據(jù)表2，在閘室左、右導(dǎo)航墻浮門門槽內(nèi)靠上游側(cè)，高程為51.00 m處安裝三腳架式固定支架，固定支架安裝電流型位移傳感器，固定支架尺寸見圖6。

圖6 固定支架基本尺寸(單位：mm)

固定支架采用物理方法(角鋼焊接、膨脹螺栓)固定在門槽上游側(cè)。拉線式垂直位移傳感器通過螺栓連接方式安裝在三角支架上，采集測量數(shù)據(jù)，經(jīng)線纜實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁￠T控制系統(tǒng)，經(jīng)邏輯控制單元編譯實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整左右端電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，實(shí)現(xiàn)浮門平穩(wěn)快速沉浮。

4 結(jié)論

1)通過增加系纜鉤輔助牽引設(shè)施，用鋼絲繩將浮門與墻體系纜鉤連接，提供浮門縱向牽引力使其能夠快速找準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)入槽定位，同時(shí)增加船隊(duì)穩(wěn)性確保了浮門姿態(tài)平穩(wěn)，大大縮短了浮門入槽時(shí)間。

2)在浮門兩側(cè)與門槽配合處各安裝一套螺旋副間隙調(diào)節(jié)裝置，通過控制螺桿位移量實(shí)現(xiàn)浮門與門槽位移同步控制，實(shí)現(xiàn)浮門快速定位。

3)在導(dǎo)航墻左、右墻浮門門槽內(nèi)靠上游側(cè)高程51.00 m處，加裝電流型位移傳感器及其調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，在不影響浮門沉浮的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其平穩(wěn)沉浮。