黃 偉，劉興勝，祁英明

（華能瀾滄江水電股份有限公司烏弄龍·里底水電工程建設(shè)管理局，云南 維西674606）

0 引言

在水電站施工過程中，導(dǎo)流洞下閘封堵、水庫蓄水是電站建設(shè)的一個重要節(jié)點工程，但對于大型水電站工程，特別是大孔口、高水頭導(dǎo)流洞的下閘封堵技術(shù)要求高，水下情況復(fù)雜，施工難度仍然相對較大[1]，風(fēng)險較高。導(dǎo)流洞過流時間一般較長，經(jīng)歷高速水流沖刷、推移質(zhì)磨蝕后，封堵閘門門槽、底坎及底板容易產(chǎn)生破壞，嚴(yán)重者可能影響電站下閘蓄水和投產(chǎn)發(fā)電目標(biāo)的實現(xiàn)，許多電站采取了門槽保護(hù)、探摸等技術(shù)措施，取得了較好的效果，但同時也存在一些問題。本文結(jié)合烏弄龍水電站導(dǎo)流洞封堵閘門安裝過程中出現(xiàn)的問題及處理措施，從設(shè)備布置、設(shè)計及安裝三個方面，對水電站導(dǎo)流洞封堵閘門下閘準(zhǔn)備關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概述

烏弄龍水電站在河床左岸布置2 條施工導(dǎo)流洞，每條導(dǎo)流洞進(jìn)口設(shè)置1 孔封堵閘門，底坎高程1 813.00 m，孔口尺寸11.5 m×15.5 m，設(shè)計擋水水頭93 m，總水壓力55 058 kN，采用平面焊接鋼閘門，滑動支承，動水下閘，下閘水頭8 m，允許動水提門水頭≤21 m。門槽型式采用Ⅱ型，寬2 m，深1.25 m，寬深比為1.6。導(dǎo)流期間，為了保護(hù)門槽，在門槽周圍進(jìn)行了鋼板襯砌，底板和上下游鋼板襯砌寬度共7.27 m，其中底坎寬3 m，上下游鋼襯分別寬2.27 m和2 m；距底坎6 m 高范圍內(nèi)門槽上下游側(cè)墻襯砌分別寬1.25 m 和3 m。為防止導(dǎo)流期間推移質(zhì)進(jìn)入門槽，在門槽凹槽內(nèi)設(shè)門槽保護(hù)框。每扇閘門由1臺2×5 000 kN-30 m 固定卷揚式啟閉機(jī)操作。

導(dǎo)流洞于2013 年12 月底過水，2018 年11 月上旬下閘，過流時間近5 年，經(jīng)歷5 個汛期，超出原設(shè)計過水歷時，屬于超期服役。2017 年7 月發(fā)生近20 年一遇大洪水，流量5 560 m3/h。

圖1 導(dǎo)流洞閘門及啟閉機(jī)布置剖面圖

2 門槽保護(hù)設(shè)計與問題處理

2.1 門槽保護(hù)框設(shè)計

在門槽底部1 813.00～1 829.00 mm 高程設(shè)有門槽保護(hù)框，保護(hù)框主材為板厚20 mm的Q345B鋼板，主體為0.96 m×2.0 m×16 m 箱形結(jié)構(gòu)，箱體有效高度內(nèi)側(cè)為16.3 m，外側(cè)為16 m，箱體內(nèi)每隔0.5 m 高度布置一道隔板，隔板中央開設(shè)腰形漏水漏沙孔，每側(cè)的保護(hù)框由4 節(jié)組成，節(jié)間通過高強螺栓聯(lián)成整節(jié)，總重23.6 t。頂節(jié)設(shè)吊耳，吊耳兩側(cè)安裝2 塊橡膠蓋板，防止雜物落入框內(nèi)及門槽的空腔內(nèi)。在背板兩側(cè)各設(shè)1 條卡板，與門槽主反軌上預(yù)設(shè)的卡板配合，將門槽保護(hù)框卡在門槽內(nèi)，兩卡板間隙為10 mm。保護(hù)框迎水面的上下游側(cè)設(shè)置攔沙水封。

圖2 門槽保護(hù)框剖面圖

2.2 問題及處理

（1）門槽保護(hù)框卡阻處理

2018 年6 月門槽保護(hù)框開始拆除，在啟閉機(jī)安裝平臺布置500 kN 臨時卷揚系統(tǒng)，先拆除1 號導(dǎo)流洞右側(cè)保護(hù)框，存在卡阻現(xiàn)象，卷揚機(jī)超容量啟吊后才將保護(hù)框提出孔口，發(fā)現(xiàn)底部沾有30 cm 高的混凝土，箱體內(nèi)被河沙、淤泥填滿。拆除左側(cè)保護(hù)框時，更換了卷揚系統(tǒng)，啟閉力增大至1 000 kN，數(shù)次超容量啟吊都未能將保護(hù)框提出。結(jié)合右側(cè)保護(hù)框出現(xiàn)的情況分析，導(dǎo)流洞過流后，閘門井進(jìn)行了混凝土澆筑，由于保護(hù)框頂部橡膠蓋板設(shè)置不合理、混凝土施工防護(hù)措施不到位等原因，混凝土砂漿不慎進(jìn)入保護(hù)框與門槽空腔，在底坎上堆積，將保護(hù)框與門槽凝結(jié)成一體，導(dǎo)致卡阻無法提升。經(jīng)研究后，制作12 m 長、承載力為2 000 kN 的拉桿連接保護(hù)框，在1 861.00 m 閘門安裝平臺布置2 根鎖定梁作為頂升平臺，利用4 臺100 t 千斤頂頂升拉桿，將保護(hù)框提松后提出，發(fā)現(xiàn)底部沾有70 cm 高的混凝土，強度和硬度較高，對比分析后認(rèn)為門槽底部應(yīng)該還殘留混凝土，將會影響閘門下閘到底，需提前處理。

（2）門槽混凝土水下處理

為解決門槽底檻殘留混凝土，利用拆出的門槽保護(hù)框改造成導(dǎo)流洞門槽水下混凝土清渣裝置，該裝置由下水通道、保護(hù)框、工作艙3 部分組成（具體見圖3）。下水通道由內(nèi)徑為Φ0.9 m 的鋼管和爬梯組成，工作時下水通道上部管口露出水面；保護(hù)框由面板、側(cè)板、背板、隔板、爬梯、卡板和水封組成，保護(hù)框在起落過程中及下落到底坎后，通過保護(hù)框背部的卡板與門槽上預(yù)設(shè)的卡板的卡接作用，將裝置導(dǎo)入并固定在門槽凹槽內(nèi)，防止被水流沖走，隔板開設(shè)腰型人孔作為潛水員上下通道；水下工作艙由面板、水封組成。裝置下落到底后，在面板和攔沙水封共同作用下，將裝置內(nèi)部與外部的水流隔斷，裝置內(nèi)部形成一個水流相對靜止的密閉空間，潛水人員通過下水通道、保護(hù)框和水下工作艙內(nèi)的爬梯，安全下潛到水下工作艙，對門槽底部混凝土等進(jìn)行清理。該方法利用現(xiàn)有設(shè)備改造，簡單高效，取得了很好的效果，為門槽探摸和下閘爭取了的時間。

圖3 門槽水下清渣裝置

3 門槽探摸

3.1 探摸門設(shè)計

水下探摸時間選取10 月下旬，探摸門設(shè)計時按流量≤800 m3/s、水頭≤16 m 進(jìn)行剛度、強度計算。主體材料采用板厚為32 mm 的Q345C 鋼板，總重68 t，寬13.55 m，厚1.86 m，高8 m，分兩節(jié)制作，其中，寬度與閘門一致以達(dá)到探槽的目的；邊梁為潛水員上下通道，考慮潛水員穿上潛水服后能自由上下，截面尺寸設(shè)計為1.86 m×1.2 m（凈空1.5 m×0.82 m）；底梁為檢查艙，是潛水員水下探摸作業(yè)的工作場所，考慮潛水員穿上潛水服后能在艙內(nèi)方便行走和施工作業(yè)，截面尺寸設(shè)計為1.9 m×1.86 m（凈空1.69 m×1.2 m），兩邊梁上部采用箱形聯(lián)系梁連接；主滑塊與封堵閘門型號相同，邊梁上游面設(shè)定位板，其主要作用是防止閘門左右擺動，與左右門槽反軌護(hù)角各留10 mm 間隙。

3.2 門槽探摸

根據(jù)電站下閘蓄水計劃，導(dǎo)流洞下閘時間定在2018 年11 月7 日，因此門槽探摸需在2018 年10月底全部完成。探摸期電站來水較往年偏大，流量約1 000 m3/s，已超過探摸門設(shè)計值。在兩邊梁頂各焊接1 根內(nèi)徑為Φ0.9 m，高度為5 m 的鋼管，確保管口露出水面，加高探摸門，保證潛水員上下安全。經(jīng)多次嘗試，探摸門依靠自重始終無法下落到底，增加了35 t 配重才順利下落到底，潛水員進(jìn)入探摸門下潛到水下，對門槽及底坎進(jìn)行了水下探摸檢查，結(jié)果表明，門槽及底坎沒有破壞，底坎沒有淤積，滿足下閘條件。

4 閘門及啟閉機(jī)安裝問題與處理

閘門為平面焊接鋼閘門，分10 節(jié)制造運輸，每節(jié)門葉為箱型梁結(jié)構(gòu)，節(jié)間采用腰帶板在工地焊接成整體。2 臺啟閉機(jī)額定啟門力2×5 000 kN，起升高度30 m，分別利用龍開口水電站2×5 000 kN-80 m 和2×6 300 kN-80 m 固定卷揚式啟閉機(jī)改造而成。

根據(jù)施工進(jìn)度計劃安排，門槽探摸和閘門安裝必須平行施工，否則工期不能滿足下閘要求，而安裝工位只有一個，為了解決工位問題，研究采用了雙工位方案，在閘門井1 837.00 m 安裝平臺上游側(cè)埋設(shè)鋼板，澆筑混凝土安裝墩，增加一個安裝工位（前提是空間足夠），用來組裝閘門，門槽孔口騰出給門槽探摸。門槽探摸完成后，將固定卷揚機(jī)機(jī)架下游側(cè)加長，利用滾杠和千斤頂將啟閉機(jī)整體向上游平移至新的安裝工位閘門上方，聯(lián)接閘門起吊后，再將啟閉機(jī)和閘門整體平移至下閘位置，創(chuàng)新采用了閘門及啟閉機(jī)整體平移方案，取得了很好的效果。

電站導(dǎo)流洞于2018 年11 月7 日順利下閘，進(jìn)入導(dǎo)流洞檢查，發(fā)現(xiàn)閘門止水效果良好，門槽主反軌、底坎及鋼襯完整，無明顯沖蝕、破壞情況，下閘成功。

5 探討與思考

5.1 設(shè)備布置探討

（1）啟閉機(jī)布置

烏弄龍導(dǎo)流洞未布置啟閉機(jī)排架，啟閉機(jī)安裝在閘門井上方，對閘門及探摸門組裝造成不便：須待閘門、探摸門吊入閘門井組裝后，才能安裝啟閉機(jī)，否則啟閉機(jī)安裝后，擋住閘門井孔口，閘門及探摸門將無法吊入閘門井；而探摸門如需轉(zhuǎn)至另一孔，必須解體，以散件形式從孔口空檔吊出，重組工作量大。建議在條件允許的情況下，仍宜考慮采用啟閉機(jī)排架方案，啟閉機(jī)安裝不受汛期等外界條件制約，可以提前在排架上安裝，閘門和探摸門吊裝不受啟閉機(jī)占位孔口的影響。雖然從表面看增加了排架投資，但設(shè)備安裝時序的靈活性大大提高。

（2）閘門安裝雙工位布置

烏弄龍導(dǎo)流洞門槽探摸和閘門安裝工期非常緊張，采用了雙工位平行施工方案，前提條件是閘門井空間足夠布置雙工位，具有一定的偶發(fā)性，并非設(shè)計本意。借鑒烏弄龍電站經(jīng)驗，對于門槽探摸完成后需立即下閘，探討雙工位布置方案，將順序施工轉(zhuǎn)化為平行施工，即探摸門組裝及門槽探摸與閘門安裝平行施工，因閘門安裝不受汛期制約，靈活性大，可提前安裝。具體實施方法：導(dǎo)流洞進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)設(shè)計時，適當(dāng)加大閘門井上下游尺寸，在順?biāo)鞣较蛟僭黾右粋€工位，孔口工位用于探摸門組裝及門槽探摸，另一個工位用于閘門安裝，平行施工互不干擾，門槽探摸完成后，啟閉機(jī)聯(lián)接閘門整體平移至下閘位置，可節(jié)省工期約3 個月，設(shè)備布置及啟閉機(jī)設(shè)計時需考慮具備上下游平移條件。

5.2 門槽保護(hù)探討

（1）門槽保護(hù)的必要性

門槽保護(hù)裝置的主要作用：一是保護(hù)框與門槽的主反軌過流面搭接在一起，形成一個較平順的過流面，有利于改善門槽段過流流態(tài)；二是保護(hù)門槽主軌和反軌工作面，避免長期遭受水流沖刷、推移質(zhì)撞擊及泥沙磨蝕；三是防止泥沙、懸移質(zhì)等淤積在門槽內(nèi)，影響門槽探摸和閘門下閘。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，導(dǎo)流門槽損壞主要集中在底坎及底板，而門槽一般不會出現(xiàn)問題，相反，門槽保護(hù)裝置卡阻、破壞的電站比較多[2-5]，主要原因有：①一些早期的水電項目，設(shè)計經(jīng)驗不足，保護(hù)裝置設(shè)計不合理；②導(dǎo)流洞是水電站施工較早的項目，施工、監(jiān)理及業(yè)主單位金結(jié)專業(yè)人員很難配齊到位，而土建專業(yè)管理及技術(shù)人員往往重視程度不夠，防護(hù)不到位，施工時容易導(dǎo)致混凝土砂漿、建筑垃圾等雜物進(jìn)入框內(nèi)造成卡阻；③有些導(dǎo)流洞過流時間長，環(huán)境惡劣，保護(hù)裝置長期受上游漂木、滾石等撞擊，損壞、沖毀。目前第①點原因已基本不存在，第②、③點還較難以防范。而門槽保護(hù)裝置一旦卡阻或損壞，如果不能順利提出，需潛水員水下切割等處理措施，因保護(hù)裝置處于水下，流速較大，施工難度非常大，漫灣水電站和拉西瓦水電站分別歷時6 個月和4 個月才完成處理工作，影響電站按期下閘。

而很多水電站導(dǎo)流洞未設(shè)置門槽保護(hù)框，如龍羊峽、公伯峽、黑河金盆水庫、黃石灘水庫、王圪堵水庫等，經(jīng)水下檢測，門槽兩側(cè)沒有淤積、破壞記錄，下閘順利[5]。隨著水電站設(shè)計、施工水平的不斷提高，建設(shè)周期越來越短，導(dǎo)流洞過流時間也較以前減少，門槽受損機(jī)率相應(yīng)減少。也有相關(guān)專業(yè)人士認(rèn)為導(dǎo)流洞門槽設(shè)置保護(hù)框本身存在很大風(fēng)險，風(fēng)險比不設(shè)保護(hù)框可能更大[2]。是否設(shè)置保護(hù)框，應(yīng)該慎重，筆者建議結(jié)合電站所處河段水文特征、導(dǎo)流洞布置位置、過流時間、水頭、流速和流量等因素，綜合考慮。

表1 水電站導(dǎo)流洞門槽保護(hù)裝置卡阻、損壞情況統(tǒng)計表

（2）底板預(yù)防措施

導(dǎo)流洞門槽在多年過水后，損壞最嚴(yán)重的大多是底板，而底板又無法保護(hù)，建議在底板設(shè)計、施工時采取預(yù)防措施：①底坎設(shè)計時，增加結(jié)構(gòu)強度和鋼板厚度，必要時采用抗沖耐磨性能好的鋼板；②嚴(yán)格控制底坎、底板鋼襯制造安裝質(zhì)量，尤其是加強錨固筋的焊接質(zhì)量；③適當(dāng)增加底坎上下游鋼板襯的保護(hù)范圍，同時應(yīng)防止底坎及鋼襯砌二期混凝土回填時出現(xiàn)脫空，設(shè)計底板灌漿處理措施；④采用抗沖耐磨混凝土，提高底板混凝土施工質(zhì)量。筆者經(jīng)歷的里底、烏弄龍和糯扎渡3 座瀾滄江上的大型水電站，采用了以上預(yù)防措施，取得了很好的效果。

5.3 門槽探摸相關(guān)問題探討

（1）門槽探摸的必要性

導(dǎo)流洞過流速度較大，水質(zhì)較渾濁，即使門槽部位出現(xiàn)不同程度的沖蝕、破壞等情況，僅從水面是無法感觀和了解的，如果貿(mào)然下閘，容易造成下閘困難或失敗，加劇門槽及底板的破壞，嚴(yán)重的可能影響電站蓄水和投產(chǎn)發(fā)電里程碑目標(biāo)的實現(xiàn)。為確保下閘一次成功，減少下閘封堵等施工風(fēng)險，筆者認(rèn)為有必要在下閘前制造探摸門，潛水員水下探摸檢查，發(fā)現(xiàn)問題提前處理，保證下閘的成功率，投入雖少，但作用很大。

（2）門槽探摸時機(jī)選擇

門槽探摸時機(jī)有三種選擇：①汛前探摸。門槽將再經(jīng)歷1 個汛期沖刷，可能發(fā)生變化，探摸作用打折扣；②汛中探摸。流量大、流速和水頭高，存在探摸門難以下到底、探摸風(fēng)險高等問題；③汛末或枯水期探摸。風(fēng)險小，探摸效果好。如果工期允許，建議在汛末或枯水期探摸。

（3）探摸門設(shè)計、制造

目前業(yè)內(nèi)導(dǎo)流洞下閘施工招標(biāo)文件一般要求探摸門由施工單位設(shè)計和制造，而施工單位普遍存在設(shè)計能力偏弱、經(jīng)驗不足、現(xiàn)場制造水平偏低等問題，探摸門下水試探過程其實質(zhì)就是單節(jié)閘門動水下閘，存在門頂和門底同時過流情況，探摸門處于紊亂的脈動水流中，工況復(fù)雜，如果探摸門設(shè)計和制造質(zhì)量不高，難以滿足導(dǎo)流洞大流速、高水頭下探摸要求，建議探摸門由工程設(shè)計單位設(shè)計，與封堵閘門一并招標(biāo)采購。

（4）門槽水下清渣裝置

結(jié)合烏弄龍電站門槽凹槽底部混凝土水下處理，可以考慮在門槽主反軌上預(yù)設(shè)卡板裝置備用，一旦發(fā)現(xiàn)門槽凹槽底部淤積混凝土、建筑垃圾等雜物需要提前水下處理，而受水流流量、流速、水頭和現(xiàn)場安裝條件等限制，探摸門尚不具備條件下水時，制作門槽水下清渣裝置，對門槽凹槽底部堆積物進(jìn)行處理。該裝置的優(yōu)點：體積小，所有部件布置在門槽的凹槽內(nèi)，擋水面積小，水壓力小，通過自重可以順利下落到閘門底坎上。

（5）簡易試探框方案

由于流量大、流速高、水頭高等原因，不具備潛水員下水探摸條件時，可以考慮簡易試探框方案。設(shè)計制造試探框，采用桁架結(jié)構(gòu)，減少擋水面積和水壓力，減少支承和水封摩阻力，易于下落到底，試探框外形尺寸與封堵閘門一致，利用試探框模擬閘門邊梁底部、底水封與底坎的接觸，在邊梁、轉(zhuǎn)角水封處、底水封預(yù)先裝設(shè)與底水封相似的膠皮，在膠皮上每隔20 cm 裝設(shè)壓縮量為5 mm 的探針裝置（用小鐵釘由下往上楔入底部膠皮內(nèi)，外露5 mm），下落到底后將試探框提起，觀察探針在膠皮上的楔入狀態(tài)，若全部完全楔入，則表明試探框已落到底，且底坎未損壞，若探針全部沒有楔入或部分楔入，則分析是試探框未落到底，或是底坎損壞，還是門槽內(nèi)有障礙物，然后采取相應(yīng)對策。

6 結(jié)語

烏弄龍水電站導(dǎo)流洞封堵閘門門槽保護(hù)與探摸、閘門及啟閉機(jī)安裝過程中遇到了一些問題，通過研究分析，采取相應(yīng)的處理措施，取得了很好的效果，確保了下閘成功。本文是對水電站導(dǎo)流洞封堵閘門下閘準(zhǔn)備關(guān)鍵技術(shù)的幾點探討與思考，僅供參考。