鐘 興

(中山市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司，廣東 中山 528403)

1 前言

閘門的選型設(shè)計在滿足工程布置合理的前提下，盡量使設(shè)計的閘門達到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理和運行安全的要求，為優(yōu)化門葉結(jié)構(gòu)，目前基本上仍然采用平面假定體系和容許應(yīng)力法進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。閘門門葉結(jié)構(gòu)的制造，除應(yīng)選擇有相關(guān)資質(zhì)的企業(yè)按圖施工外，還需要做好相關(guān)的檢測、調(diào)試和驗收工作。閘門埋設(shè)件的安裝施工，除應(yīng)嚴格控制安裝的質(zhì)量外，還需要選擇合理的施工工藝。閘門設(shè)備在交付管理單位以后，應(yīng)定期對其進行管養(yǎng)和維護。以上均是決定閘門后期正常運行的直接原因，也是決定閘門使用壽命的關(guān)鍵因素。

水利水電工程中大部分的閘門在正常使用過程中，均有出現(xiàn)閘門銹蝕嚴重、止水不嚴、支承損壞及啟閉困難等問題，通過工程案例分析發(fā)現(xiàn)，均是由于設(shè)計、制造、安裝或后期運行管養(yǎng)不合理造成的。

2 運行中發(fā)現(xiàn)的問題

中山市中順大圍西河水閘，布置10孔15.0 m×7.3 m露頂式閘孔，水閘防潮按100 a一遇最高洪潮位設(shè)計，歷史最高洪潮位校核；采用50 a一遇泄洪標準設(shè)計，200 a一遇泄洪標準校核，校核最大下泄流量1559 m3/s。2009年12月17日，工程通過完工驗收。2014年4月25日，工程通過竣工驗收。水閘工作閘門采用直升式平板閘門，采用自潤滑材料滑塊支承，單扇門重38.44 t，采用液壓啟閉機操作，容量為2×400 kN，布置于工作閘門上部閘墩上，共設(shè)5套液壓控制系統(tǒng)，采用鍍陶瓷活塞桿。于2020年對閘門進行維護，該工程位于咸潮區(qū)，根據(jù)西河水閘運行管理人員反映及現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，啟閉機完好，現(xiàn)狀水閘閘門存在的主要問題為閘門基體表面出現(xiàn)涂層脫落、大面積銹蝕，支撐滑塊銹蝕、磨損嚴重，止水橡皮老化等一系列問題，嚴重影響水閘運行安全。

中山市中珠聯(lián)圍大涌口水閘，水閘共12孔，單孔凈寬14.2 m，總凈寬170.4 m，最大過閘流量為1774 m3/s，屬Ⅰ等大(1)型工程，其主要建筑物級別為1級，次要建筑物為3級。水閘防潮按100 a一遇最高洪潮位設(shè)計，歷史最高洪潮位校核；防洪按50 a一遇洪水設(shè)計，200 a一遇洪水校核，于2006年底正式投入運行。水閘工作閘門采用實腹式主梁，懸臂輪支承，單扇閘門設(shè)置6套懸臂輪，每扇門重38.0 t，閘門運行方式為動水啟閉，啟閉設(shè)備采用QPPYⅡ-2×400-6.2雙吊點液壓啟閉機，布置于工作閘門上部閘墩上，共設(shè)6套液壓控制系統(tǒng)，控制12扇工作閘門的啟閉操作，采用鍍鉻活塞桿。于2020年11月對閘門進行現(xiàn)場檢查，該工程位于咸潮區(qū)，發(fā)現(xiàn)閘門門體、埋件、支承行走結(jié)構(gòu)均存在局部輕微銹蝕，閘門主輪均有傾斜，與軌道不能有效接觸，個別閘門下主輪缺失，閘門頂止水橡皮均有不同程度的老化、損壞、撕斷、缺失，止水壓板及螺栓銹蝕。啟閉機活塞桿采用鍍鉻處理，普遍存在銹蝕現(xiàn)象，銹蝕主要發(fā)生在活塞桿下半部位，活塞桿表面存在點蝕銹斑，局部較多，成片分布，呈麻面狀，表面鍍層破壞，形成點蝕銹坑，液壓油缸普遍存在漏油現(xiàn)象，造成閘門啟閉困難。

通過對中山市其余臨海擋潮閘的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分擋潮閘工作閘門都存在以上類似的問題。

3 原因分析

(1)銹蝕原因分析：由于臨海擋潮閘鋼閘門直接與海水接觸，海水中溶有大量的以氯化鈉為主的鹽類，同時海水中又溶解了大量的氧氣，碳鋼材質(zhì)在海水中發(fā)生去極化腐蝕，造成閘門及埋件整體銹蝕，在開閘泄水和擋潮時風(fēng)浪的影響下，還易發(fā)生空泡腐蝕和沖刷腐蝕。另外海洋微生物、附著生物及它們的代謝產(chǎn)物等都對腐蝕過程產(chǎn)生直接或間接的加速作用。沿海地區(qū)的擋潮閘的鋼閘門受海邊鹽霧大氣的腐蝕[1]，海洋大氣中含有大量的鹽分，氣體中的氯化物含量較高，易造成水上部分金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備發(fā)生點蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕。

(2)閘門漏水原因分析：閘門為擋潮閘同時兼顧蓄水，要求采用雙向止水布置，閘門采用雙P形止水設(shè)計[2]，實際上只能起到單向擋水嚴密的作用，止水橡皮布置在內(nèi)河側(cè)，當內(nèi)河側(cè)水壓力大于外河側(cè)時，門體向外河側(cè)靠緊，止水橡皮與內(nèi)河側(cè)止水埋件座板之間存在間隙，形成流水通道。同時因為擋潮閘閘門頻繁啟閉，側(cè)止水橡皮磨損嚴重，加上橡皮老化和磨損，導(dǎo)致壓縮量不夠[3]。同時閘門止水螺栓、壓板未采用不銹鋼材質(zhì)，表面腐蝕不易拆卸，為止水橡皮的更換帶來一定困難。

(3)閘門支承部件問題分析：由于擋潮閘工作閘門的孔口和跨度一般較大，寬度一般在10m以上，防洪時的總水壓力也比較大，采用定輪布置，結(jié)構(gòu)和材料等問題比較突出，具有一定的局限性[4]，尤其是采用懸臂主輪作為行走支承時，為適應(yīng)閘門變形，通常設(shè)計時會考慮采用球面軸承，故一般會采用密封式主輪結(jié)構(gòu)[5]，由于閘門跨度大，整體塑性變形較大，沿海地區(qū)閉門時仍有較大的風(fēng)浪作用力，導(dǎo)致滾輪軸承易疲勞破損，同時由于運行維護困難，導(dǎo)致滾輪支承整體結(jié)構(gòu)破壞。

(4)閘門啟閉困難分析：采用液壓啟閉機控制工作閘門啟閉，傳統(tǒng)的啟閉機活塞桿采用45號鋼表面鍍鉻材質(zhì)，受海邊鹽霧大氣的腐蝕作用，活塞桿易腐蝕[6]，導(dǎo)致液壓缸漏油，其穩(wěn)定性和同步性難以保證，加上傳統(tǒng)的行程傳感器采用鋼絲繩，容易受腐蝕及外部因素的影響，行程檢測精度不高?，F(xiàn)場運行管理維護人員設(shè)備運行維護認識和重視程度不夠高，養(yǎng)護和維修經(jīng)費不足，設(shè)備老化，元器件更換不及時，設(shè)備運行維護較困難，降低了閘門使用壽命[7]。

4 解決措施與建議

(1)優(yōu)化協(xié)同設(shè)計。在閘門計算方法和計算機高速發(fā)展的水平上，運用有限元等三維分析軟件進行輔助計算和建模分析，在閘門結(jié)構(gòu)局部薄弱的地方通過設(shè)置加強板或加勁肋的方式予以加強，降低閘門應(yīng)力位移和局部振動[8]。傳統(tǒng)CAD設(shè)計在修改圖紙中某一處的時候，需要設(shè)計人員對比該處與其他圖紙說明中相關(guān)的部分進行逐一排查并修改，增加工作量的同時，容易造成人為的遺漏和錯誤。運用BIM技術(shù)的參數(shù)化和協(xié)同化設(shè)計，使模型與實體相互關(guān)聯(lián)，以便查詢和核對項目信息，為項目生命周期的各個階段提供信息溝通和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享[9]。BIM軟件中可對滾輪、主梁、工字鋼梁、槽鋼、止水裝置、鎖定裝置及螺栓連接件等常用的零部件通過建立參數(shù)化族文件，以便在其他項目中調(diào)用，節(jié)省建模時間，避免重復(fù)性勞動，提高設(shè)計工作效率。通過BIM技術(shù)建立基于BIM數(shù)據(jù)庫的協(xié)同平臺，把水利工程項目各階段、各專業(yè)間的數(shù)據(jù)信息納入到該平臺中，實現(xiàn)專業(yè)間數(shù)據(jù)共享、協(xié)同設(shè)計。業(yè)主、設(shè)計、施工及運維等各方還可以隨時從該平臺上任意調(diào)取各自所需的信息，通過協(xié)同平臺對項目進行優(yōu)化設(shè)計、施工模擬、進度把控、成本管控、管養(yǎng)維護等，最大程度地提升項目管理水平和設(shè)計品質(zhì)。在閘門止水設(shè)計中止水橡皮型式選擇時運用BIM設(shè)計，可以直觀地顯示閘門反向止水時閘門與埋件之間的縫隙，避免因設(shè)計考慮不周引起閘門擋水時漏水的問題。

(2)控制制造質(zhì)量、把控安裝精度。按圖施工一切制造的前提基礎(chǔ)，也是最終順利通過驗收的基本準則。選取有資質(zhì)、有能力的閘門設(shè)備制造廠家，并應(yīng)根據(jù)圖紙中標明的材質(zhì)、尺寸、說明及相關(guān)技術(shù)要求嚴格按圖施工，在制造過程中遇到圖紙標識不清、不全或有明顯錯誤的地方要與設(shè)計單位溝通確認，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，制訂并實施正確的施工工藝[10]。閘門安裝時應(yīng)嚴格控制埋件及啟閉機安裝精度，確保閘門入槽后能正常運行。從閘門及啟閉設(shè)備多年后的運行和管養(yǎng)情況來看，在閘門液壓啟閉機活塞桿選擇表面鍍鉻與鍍陶瓷的問題上，表面鍍陶瓷設(shè)備更能運行完好，抗腐蝕能力更強，閘門啟閉控制的精度更高。

(3)加強設(shè)備運行維護。運行管理單位應(yīng)堅持積極保養(yǎng)，定期檢查和不定期檢查相結(jié)合的原則，及時發(fā)現(xiàn)閘門及啟閉設(shè)備在運行中的問題并予以解決，確保設(shè)備運行良好[11]。管理單位應(yīng)完善運行管理制度，遵循崗位責(zé)任制度，逐級落實管理維護工作。在閘門及啟閉設(shè)備運行過程中，對于閘門止水橡皮，尤其是頂止水橡皮，止水螺栓等易損、易壞件應(yīng)進行及時的更換。閘門銹蝕部位應(yīng)予以及時的除銹和油漆防腐，沿海擋潮工作閘門更容易受到海水腐蝕，表面防腐前應(yīng)對閘門表面銹蝕部位進行重新打磨和清潔，在選擇防腐涂料時，應(yīng)根據(jù)原設(shè)計方案選擇合適的表面涂料。針對閘門支承結(jié)構(gòu)破壞或啟閉設(shè)備原因?qū)е聼o法正常啟閉時應(yīng)及時上報上級管理單位，及時采取有效措施予以解決，并做好相關(guān)記錄。同時，運行管理單位應(yīng)根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)，對在役設(shè)備定期組織現(xiàn)場安全檢查、檢測和安全鑒定，確保其安全運行。

5 總結(jié)

通過對中山市沿海擋潮工作閘門的巡視檢查和運行狀況分析，閘門運行中出現(xiàn)的問題是由于設(shè)計、制造、安裝和后期維護管養(yǎng)等多方面原因?qū)е碌?。在設(shè)計時應(yīng)綜合比選以選用合適的布置方案，通過多元化的設(shè)計軟件輔助設(shè)計，構(gòu)筑建筑信息模型，加強各專業(yè)之間的溝通、協(xié)作，保證設(shè)計質(zhì)量成果輸出。在閘門及啟閉設(shè)備制造時應(yīng)選擇圖紙中明確的加工材料和適宜的施工工藝，按圖施工，并嚴格控制安裝精度，確保閘門安全運行。在設(shè)備后期的運行和維護中，應(yīng)加強巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時上報并做好相關(guān)記錄，確保設(shè)備的安全、高效運行。