員會超 陳敬亮

(水利部海委引灤工程管理局，天津 300380)

大黑汀水利樞紐位于河北省遷西縣城北5km的灤河干流上，是引灤入津供水工程群的大型骨干工程之一。該樞紐配置有一扇規(guī)格為18m×16.7m的浮動式檢修閘門(以下簡稱“浮門”)，是大壩溢流壩段28扇15m×12.1m泄洪閘門的專用檢修閘門。浮門平時停放在專用碼頭，底部支撐在碼頭支墩上，上部通過鋼絲繩軟連接與碼頭錨筋固定。當溢流壩泄洪閘門需要維護時，通過浮門排水系統(tǒng)適量排出調(diào)壓倉存水，待浮門浮起后，用拖船將其托運到溢流壩相應孔位，然后通過充水系統(tǒng)向調(diào)壓倉內(nèi)部充水，將浮門下放到專用支墩上，用其擋水，才能進行溢流壩泄洪閘門迎水面的維護工作。

近年來，在浮門擋水運行時，發(fā)現(xiàn)浮門止水橡皮老化撕裂嚴重、漏水量過大，導致泄洪閘門底坎水流過大，使維護人員很難完成泄洪閘門迎水面的正常維護工作，急需更換浮門止水橡皮。

由于大黑汀水庫蓄水位常年保持在高程128.00～133.00m區(qū)間，水位變化不大。而浮門停放碼頭支墩的高程為118.00m，浮門全高16.7m，也就是說，即便水庫處于低水位期間，浮門外表面也有10m左右浸沒在水中，不會完全露出水面，根本無法完成止水橡皮更換工作。即便根據(jù)浮門檢修規(guī)程要求，將其調(diào)壓倉內(nèi)部存水全部排出，使浮門最大程度浮起來，根據(jù)以往的經(jīng)驗，浮門也會有8m左右浸沒在水中，同樣不能完成止水橡皮更換工作。要想更換止水橡皮，必須讓浮門平浮或者接近于平浮在水面上，待止水橡皮完全露出水面以后才能進行。

如何讓浮門安全受控地平浮，業(yè)內(nèi)沒有成熟經(jīng)驗可供參考。最終，通過多方案分析論證，提出的機艙充水措施被采納實施，圓滿完成了平浮過程，使浮門止水橡皮完全露出了水面，保證了浮門外表面維護工作的順利實施。

1 浮門結(jié)構(gòu)簡介

大黑汀水利樞紐18m×16.7m浮門是一個箱體結(jié)構(gòu)，下重上輕，在水中類似于一個“不倒翁”，主要由混凝土艙、死水艙、調(diào)壓艙和機艙4個艙室構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 浮門結(jié)構(gòu)示意圖

a.混凝土艙屬于浮門配重，內(nèi)部裝滿現(xiàn)澆混凝土，用來降低浮門重心，使其在水中保持一個“不倒翁”狀態(tài)，保證浮門安全運行而不會沉沒。

b.死水艙內(nèi)部存水被封閉在密閉空間內(nèi)，需要時可用壓縮空氣將水吹出艙外。當死水艙內(nèi)部存水全部被吹出以后，根據(jù)浮門設計資料可知，此時浮門會傾斜在水中，傾角約為75°,以滿足浮門內(nèi)部有關部件檢修要求。

c.調(diào)壓艙內(nèi)部水量可以調(diào)節(jié)。浮門運行維護過程中，通過改變調(diào)壓倉內(nèi)部水量，進而改變浮門總重(含內(nèi)部存水)與其所受浮力之間的關系，完成浮門的浮起和下落。

d.機艙內(nèi)安裝有排水深井泵電機和充水閥操作系統(tǒng)，是工作人員進行操作的艙室，正常情況下始終處于無水狀態(tài)。

e.浮門兩個側(cè)面及底面都安裝有止水橡皮，在其擋水運行時起封水作用。

f.調(diào)壓倉無水時，浮門吃水線處于圖中A位置(經(jīng)驗值)，此時浮門處于最高浮起狀態(tài)。

g.當浮門停放在碼頭支墩上、水庫水位為高程133.00m時，浮門吃水線處于圖中B位置。

h.浮門日常運行維護期間，其吃水線處于圖1中吃水線A和吃水線B之間，吃水線B以下門體常年浸沒在水中，從來沒有露出過水面。

2 機艙充水使浮門平浮的內(nèi)容和依據(jù)

2.1 機艙充水使浮門平浮的內(nèi)容

根據(jù)浮門檢修規(guī)程，當排除出調(diào)壓倉和死水艙內(nèi)部存水后，浮門會上浮到最高位置，吃水線在圖1所示A位置，浮門傾角約為75°。所謂的機艙充水，是指在此時，通過外接充水系統(tǒng)向機艙充水，使浮門進一步傾斜，直到浮門平浮在水面上，止水橡皮完全露出水面，滿足更換要求以后，再停止充水。此時，浮門死水艙、調(diào)壓倉內(nèi)部均沒有水，機艙內(nèi)部已經(jīng)充入了一定量的水。

2.2 機艙充水使浮門平浮的依據(jù)

為便于分析，我們假設當浮門死水艙無水、調(diào)壓艙無水、機艙滿水時，浮門會平浮在水面上，且有50%門體浸入水中。

經(jīng)計算，此種狀態(tài)下，浮門總重(含結(jié)構(gòu)件重量、死水艙配重、機艙存水重量等)約為5400kN，所受浮力約為6000kN 。可見，浮門所受浮力大于浮門總重，表明在假設條件下，浮門不但不會沉沒，根據(jù)浮力定律，浮門還應進一步上浮，即會有50%以上門體露出水面。

同樣，以浮門底部為支點，對浮門進行平衡力矩計算的結(jié)果表明，在假設條件下浮門重心靠近機艙一側(cè)。換句話說，當浮門死水艙無水、調(diào)壓艙無水時，在向機艙充水的過程中，浮門即可實現(xiàn)平浮。這種狀況完全滿足止水橡皮更換要求。

3 浮門平浮實施

3.1 前期準備

機艙充水是在確保浮門死水艙和調(diào)壓倉都沒有水的狀態(tài)下實施的，前期準備工作至關重要。準備工作不到位，輕者會導致浮門平浮過程難以實現(xiàn)，重者會導致水流進入調(diào)壓倉。如果在向機艙充水過程中，水流同時進入了調(diào)壓倉，而充水還在繼續(xù)進行，浮門總重(含內(nèi)部存水)就會越來越大，一旦超過浮門所受最大浮力，就會導致浮門整體沉入水中，造成重大生產(chǎn)安全事故。

3.1.1 浮門浮起

用浮門深井泵排出調(diào)壓艙內(nèi)部存水，此時浮門會直立浮起到圖1所示吃水線A位置。

3.1.2 機艙深井泵電機防護

深井泵的用途是在正常運行過程中為浮門調(diào)壓倉排水，待調(diào)壓倉存水排凈以后，關停深井泵。根據(jù)電機尺寸專門定做了一個防護罩，將深井泵電機密封防護，確保向機艙充水過程中電機不會受淹損壞。

3.1.3 機艙充排水系統(tǒng)設置

在浮門機艙頂甲板安裝充水管路、閥門，外接潛水泵，用來向機艙充水；在機艙底板部位安置兩臺排水泵，并牢固固定，排水管路在機艙頂甲板兩側(cè)邊緣分別引出，留待浮門恢復直立時排水用。

3.1.4 機艙排氣系統(tǒng)設置

向浮門機艙充水過程中，機艙處于一個密閉空間狀態(tài)。此時，隨著水流不斷充入，機艙內(nèi)氣壓會越來越大，為減小機艙氣壓，便于水流充分進入機艙，須在浮門甲板安裝一套機艙排氣系統(tǒng)，由球閥控制。

3.1.5 機艙密封

機艙密封是本工程成敗的關鍵。如果密封不嚴，在向機艙充水的過程中，水有可能進入調(diào)壓艙。由于此時調(diào)壓倉處于無水狀態(tài)，水一旦進入調(diào)壓艙，外面的操作人員無法觀察到，如果繼續(xù)充水，輕者會使操作人員無法通過φ500人孔進入艙內(nèi)操作φ100閘閥，重者會導致浮門整體沉入水中。

機艙密封工作完成后，用0.1 MPa壓縮空氣進行機艙密封試驗，確保密封嚴密無漏氣。

3.2 死水艙排水

打開靠近水庫一側(cè)的φ100閘閥，通過壓縮空氣系統(tǒng)向死水艙引入0.02MPa壓縮空氣，使浮門向靠近水庫一側(cè)逐步傾斜。此時壓縮空氣要連續(xù)供應，不要中斷，以免水庫里的水倒灌入浮門死水艙。

當φ100閘閥出水口出現(xiàn)大量氣泡時，表明死水艙內(nèi)部存水已經(jīng)排凈。此時先關閉φ100閘閥，再停氣，以防水庫水倒灌。這時浮門已經(jīng)傾斜在水中，如圖2所示。

圖2 死水艙水排出后浮門傾斜狀態(tài)

3.3 機艙充水

通過預裝的機艙充水系統(tǒng)向浮門機艙充水，同時打開機艙排氣球閥向外排氣。此時浮門進一步傾斜，待浮門單側(cè)止水橡皮完全露出水面時，停止充水，關閉排氣球閥，這時浮門平浮過程完成。

3.4 浮門外表面維護

根據(jù)浮門維護工作內(nèi)容要求，完成浮門止水橡皮更換和外表面防腐蝕保護等項工作，如圖3所示。

圖3 機艙充水后浮門平浮狀態(tài)

3.5 浮門恢復直立

浮門單側(cè)外表面維護工作驗收合格后，用預置排水泵排出機艙存水，此時浮門會恢復到圖2所示的傾斜狀態(tài)。

打開φ100閘閥，向死水艙充水，浮門將恢復到直立狀態(tài)。

3.6 浮門另一側(cè)外表面維護

待浮門恢復直立以后，拖動浮門在原位旋轉(zhuǎn)180°，重復上述過程，完成浮門另一側(cè)止水橡皮更換和外表面防腐蝕保護工作。

4 結(jié) 論

實踐證明，采用機艙充水措施讓浮門平浮在水面上的方法切實可行、安全可靠，能夠使浮門外表面完全露出水面，從而能夠順利完成止水橡皮更換、外表面防腐蝕保護等項維護工作，解決了浮動式檢修閘門運行管理工作中遇到的實際問題，收到了較好效果。這種方法具有較強的適用性和推廣性，為水管單位如何對浮動式檢修閘門進行類似的維護工作提供了有益參考。