王高原， 張 嬌

(1.新沂市塔山閘管理所， 江蘇 徐州 221400； 2.新沂市水務(wù)局， 江蘇 徐州 221400)

塔山新閘位于江蘇省徐州市新沂市唐店街道境內(nèi)，1996年5月建成，共6孔，總寬度為52.4 m、單孔凈寬7.6 m，閘室長(zhǎng)16.0 m、閘底板高程為22.0 m(廢黃河高程系，下同)，消力池長(zhǎng)21.0 m、深1.5 m。塔山新閘設(shè)計(jì)流量為600 m3/s，設(shè)計(jì)工況上、下游水位分別為28.0 m、22.0 m。該工程屬于沭河流域中型水閘，主要功能是防洪、灌溉、發(fā)電，合理調(diào)節(jié)沭河上游來(lái)水。工程采用2×16 t卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。

近年來(lái)，塔山新閘在運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡頓、啟閉緩慢、高水位無(wú)法徹底關(guān)閉等現(xiàn)象，這對(duì)塔山新閘安全、可靠運(yùn)行和工程效益發(fā)揮造成了不利影響。鑒于此，需要對(duì)塔山新閘閘門進(jìn)行全方位檢修，以保證良好工況。

1 閘門維修方案擬定

1.1 閘門異常工況分析

針對(duì)塔山新閘目前出現(xiàn)的各類問(wèn)題，管理單位組織技術(shù)力量，對(duì)塔山新閘閘門現(xiàn)狀進(jìn)行了全面檢查、摸排，發(fā)現(xiàn)目前存在的主要問(wèn)題集中在3個(gè)方面[1]：部分滾輪表面開裂，滾輪軸銹蝕嚴(yán)重；運(yùn)行過(guò)程中，啟閉機(jī)制動(dòng)不靈敏；鋼絲繩部分銹蝕， 少量斷絲。

依據(jù)排查結(jié)果，結(jié)合塔山新閘閘門出現(xiàn)的異常運(yùn)行工況，作出以下分析。

(1)閘門滾輪表面開裂會(huì)導(dǎo)致滾輪運(yùn)行中荷載分布不平衡，造成滾輪局部荷載集中，壓強(qiáng)增大，進(jìn)而增大滾動(dòng)時(shí)的摩擦力，造成閘門運(yùn)行卡頓、緩慢，同時(shí)相對(duì)集中的荷載會(huì)進(jìn)一步擠壓、損壞滾輪破損面，形成惡性循環(huán)，加劇滾輪損耗；嚴(yán)重銹蝕的滾輪軸會(huì)改變與滾輪接觸面的摩擦系數(shù)，增大滾輪運(yùn)行時(shí)滾動(dòng)摩擦力，影響平順性，繼而造成閘門啟閉緩慢，同時(shí)在動(dòng)水中啟閉時(shí)，增大的摩擦力與動(dòng)水壓力共同作用，會(huì)擴(kuò)大頂托效應(yīng)，致使閘門不易徹底關(guān)閉。

(2)啟閉機(jī)制動(dòng)不靈敏會(huì)導(dǎo)致啟閉機(jī)制動(dòng)力輸出不平順，制動(dòng)力時(shí)大時(shí)小，造成閘門運(yùn)行卡頓，同時(shí)也會(huì)增加鋼絲繩瞬時(shí)負(fù)荷，加劇滾輪損耗。

(3)鋼絲繩部分銹蝕，降低了材料強(qiáng)度，在鋼絲繩截面上造成受力局部集中，加劇鋼絲繩損耗；鋼絲繩少量斷絲除了會(huì)造成受力集中外，還會(huì)導(dǎo)致閘門荷載分布不均衡，增大某一側(cè)的側(cè)向壓力，繼而增大運(yùn)行時(shí)的滾動(dòng)摩擦力，造成運(yùn)行卡頓、緩慢，也會(huì)增強(qiáng)在動(dòng)水啟閉時(shí)的頂托效應(yīng)，使得閘門不易徹底關(guān)閉。

因此，滾輪開裂、滾軸銹蝕，啟閉機(jī)制動(dòng)不靈敏，鋼絲繩銹蝕、斷絲等不利因素疊加作用，共同造成了閘門運(yùn)行時(shí)的受力不平衡，摩擦力增大，進(jìn)而導(dǎo)致了閘門運(yùn)行卡頓、啟閉緩慢、關(guān)閉不徹底等異常工況[2]。

1.2 閘門維修方案優(yōu)化

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查、摸排發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，擬定維修方案：閘門滾輪損壞，滾輪軸銹蝕較為嚴(yán)重，已達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，擬更換塔山新閘6孔閘門滾輪、滾輪軸及配套檔圈、銅套、螺母；啟閉機(jī)制動(dòng)不靈，鋼絲繩銹蝕斷絲，擬更換塔山新閘6孔閘門制動(dòng)器、鋼絲繩。

管理單位擬定的施工方案均為常規(guī)處置措施，且對(duì)于目前存在的異常工況有針對(duì)性，但在施工準(zhǔn)備階段卻發(fā)現(xiàn)4個(gè)之前未曾考慮到的施工難點(diǎn)。

(1)塔山新閘自建成投運(yùn)以來(lái)，檢修門從未用過(guò)，止水橡皮年久老化，止水效果很差；同時(shí)，在檢修門試放過(guò)程中，當(dāng)前水位組合下，檢修門始終無(wú)法下落。

(2)在當(dāng)前水位組合下，塔山新閘閘門也無(wú)法徹底關(guān)閉。

(3)活動(dòng)門檔被焊死致使主滾輪無(wú)法移動(dòng)到門槽外拆卸，若強(qiáng)行拆除焊接螺帽極有可能損壞門體。

(4)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)間距不足(門體側(cè)止水與滾輪邊緣間距為980 mm，現(xiàn)場(chǎng)工作橋與墻體間距為820 mm)，導(dǎo)致主滾輪、滾輪軸拆卸空間不足，現(xiàn)場(chǎng)工作橋欄桿和行車梁也嚴(yán)重限制了作業(yè)空間。門體提升到上限位后，無(wú)閘門鎖定裝置固定閘門用于作業(yè)，冒然橫向移動(dòng)閘門安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

針對(duì)施工準(zhǔn)備階段發(fā)現(xiàn)的未預(yù)料到情況，需要優(yōu)化、完善目前制定的施工方案。對(duì)于檢修門和閘門無(wú)法徹底關(guān)閉的問(wèn)題，可制作一定量的配重塊，用于關(guān)閉檢修門和閘門；對(duì)于檢修門老化的問(wèn)題，可先行更換止水橡皮，后續(xù)可按照原有尺寸和止水型式，重制新檢修門；對(duì)于活動(dòng)門檔焊死，作業(yè)空間不足的問(wèn)題，可在墻體合適位置開設(shè)維修孔，用以更換主滾輪和主滾輪軸，也能方便后續(xù)日常檢修、保養(yǎng)。

2 閘門維修方案細(xì)化

目前擬定的閘門維修方案為：更換閘門主滾輪、主滾輪軸及配套檔圈、銅套、螺母，更換啟閉機(jī)制動(dòng)器、鋼絲繩，更換檢修門止水，制作新檢修門、配重塊，在墻體開設(shè)維修孔。更換后的閘門主滾輪、主滾輪軸及配套檔圈、銅套、螺母尺寸形式詳見(jiàn)圖1。為確保維修順利實(shí)施，同時(shí)合理控制經(jīng)費(fèi)支出，進(jìn)行細(xì)化和必要的驗(yàn)算，更換滾輪、輪軸后閘門在現(xiàn)有條件下能自由啟閉，新制作檢修門和配重塊的合理重量，維修孔尺寸和布設(shè)位置。

圖1 主滾輪裝配示意圖(單位：mm)

2.1 閘門啟閉驗(yàn)算

塔山新閘目前使用閘門為平面鋼閘門，焊接式多主梁結(jié)構(gòu)。閘門高為6.50 m、寬7.60 m，設(shè)計(jì)面板厚度為10.0 mm，主梁腹板厚為10 mm，高為800 mm，下翼緣厚20 mm、寬300 mm；門槽底高程為22.0 m，頂高程為28.50 m。目前采用的啟閉機(jī)為QPQ2×160繩鼓式。

塔山新閘復(fù)核計(jì)算水位組合詳見(jiàn)表1，閘門水壓力分布圖詳見(jiàn)圖2。

表1 閘門復(fù)核計(jì)算水位組合

圖2 閘門水壓力分布圖(單位：m)

平面閘門在動(dòng)水中的啟門力(FQ)計(jì)算式為

(1)

(2)

Tzs=f3Pzs

(3)

帶入塔山新閘閘門參數(shù)，計(jì)算得出開啟閘門所需的啟門力為236.81 kN，小于現(xiàn)有條件下啟閉機(jī)所能提供的最大啟門力320 kN。

平面鋼閘門在動(dòng)水中的閉門力(Fw)計(jì)算式為

Fw=nT(Tzd+Tzs)-nGG+Pt

(4)

式中：nG為計(jì)算啟門力用的閘門自重修正系數(shù)，Pt為上托力。

其余參數(shù)與計(jì)算啟門力一致，用式(2)、式(3)可計(jì)算出閘門關(guān)閉時(shí)的閉門力小于0，即在現(xiàn)有條件下的校核水位能依靠自重關(guān)閉閘門[3]。

綜合上述驗(yàn)算，現(xiàn)有QPQ2×160 kN卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)能夠滿足閘門正常啟閉，啟閉機(jī)的制動(dòng)器、鋼絲繩只需按照原有尺寸、型號(hào)更換即可，同時(shí)也說(shuō)明了目前存在的閘門無(wú)法靠自重徹底關(guān)閉的現(xiàn)象是由滾輪、輪軸問(wèn)題造成的。

2.2 檢修門及配重塊質(zhì)量確定

檢修門無(wú)法在動(dòng)水中下落，可能是由于自重偏輕和止水老化共同造成的?？紤]到檢修門通常需要在動(dòng)水條件下快速下落、關(guān)閉，檢修門的質(zhì)量確定可參考鋼閘門閉門力計(jì)算結(jié)果，初步確定檢修門質(zhì)量不小于現(xiàn)有鋼閘門質(zhì)量，約為15 t。同時(shí)，塔山新閘閘孔尺寸與緊鄰的塔山閘一致，新制檢修門應(yīng)均可用于兩閘日常檢修，參考塔山閘閘門質(zhì)量，并留有一定余量應(yīng)對(duì)不利水位組合，最終確定新制檢修門質(zhì)量為18 t。

此外，為應(yīng)對(duì)極端情況下的不利水位組合，新制作的檢修門型式選為浮箱結(jié)構(gòu)，箱內(nèi)可放置配重塊，并且控制單件配重塊質(zhì)量在電動(dòng)葫蘆起吊能力范圍內(nèi)即可。

對(duì)于配重塊總質(zhì)量確定，在本次檢修中，通過(guò)臨時(shí)加配重下壓檢修門試驗(yàn)，初步確定配重塊總質(zhì)量為4 t，這個(gè)質(zhì)量應(yīng)該可以較好地應(yīng)付維修后的閘門在極端水位組合下出現(xiàn)的無(wú)法關(guān)閉情況。

2.3 維修孔尺寸及布設(shè)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和查閱設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合本次維修和日常巡視、保養(yǎng)需求，確定在排架活動(dòng)門檔墻體開尺寸為850 mm×1 300 mm的維修孔，位置緊靠排架下游側(cè)邊緣。當(dāng)閘門起吊一定高度時(shí)，可更換上側(cè)主滾輪、主滾輪軸，更換完畢后繼續(xù)提升，可更換下側(cè)主滾輪、主滾輪軸，此時(shí)閘門提升高度未超過(guò)上限位。通過(guò)開設(shè)維修孔，使維修、保養(yǎng)工作便捷高效，所有工作均在1個(gè)維修孔內(nèi)完成[4]。維修孔尺寸及布設(shè)位置詳見(jiàn)圖3。

圖3 維修孔尺寸及布設(shè)位置(單位：mm)

3 閘門維修實(shí)施方案

根據(jù)細(xì)化、確定的閘門維修方案，可以確定施工方案?？紤]到施工工期、作業(yè)安排，可以將塔山新閘維修拆分為維修孔施工和主滾輪施工。

3.1 維修孔施工

維修孔施工可按照以下步驟實(shí)施：

(1)在1#孔門體上平面搭建活動(dòng)施工平臺(tái)；

(2)施工人員進(jìn)入施工平臺(tái)，佩戴安全帽、安全繩，按照設(shè)計(jì)要求，以850 mm×1 300 mm施工線為基準(zhǔn)鉆孔，并依次沿線四周鉆孔；

(3)清除鉆孔垃圾，修整維修孔；

(4)將施工平臺(tái)移動(dòng)到下一個(gè)孔施工，依次完成6孔施工；

(5)在1#孔東側(cè)、6#孔西側(cè)塊石護(hù)坡處各開挖1孔，并在開挖部位砌道護(hù)墻，形成檢修進(jìn)出口。

3.2 主滾輪施工

主滾輪施工可按照以下步驟實(shí)施：

(1)所有零部件在廠內(nèi)完成制作、加工；

(2)所有原材料和輔助設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收；

(3)完成檢修門止水更換，置于檢修門槽，確保檢修門徹底關(guān)閉；

(4)啟動(dòng)鋼閘門，將閘門上主滾輪下邊緣和施工孔的下邊緣對(duì)齊；

(5)搭建施工平臺(tái)，確定吊點(diǎn)位置；

(6)拆除主滾輪軸尾部M64螺母，用千斤頂從尾部向外頂滾輪軸，直到滾輪軸松動(dòng)，用另外一臺(tái)電動(dòng)葫蘆從門槽反面拉住滾輪，并向外拉動(dòng)滾輪，從門槽反面將舊滾輪拉出；

(7)將新主滾輪和滾輪軸安裝到位，移動(dòng)到行車下吊至舊滾輪拆除位置，用吊帶鎖緊滾輪和滾輪軸的中間位置，用電動(dòng)葫蘆拉到和施工孔平行位置，將滾輪軸尾部用吊帶鎖緊，用電動(dòng)葫蘆平行將滾輪軸拉到門體安裝滾輪軸孔里；

(8)調(diào)整位置，將滾輪軸安裝到位，安裝尾部M64螺母并鎖緊；

(9)按照以上方案，拆裝另一側(cè)滾輪，拆裝完畢后關(guān)閉閘門，將檢修門移動(dòng)到下一孔，依次完成 6孔拆裝；

(10)施工完畢，打掃施工現(xiàn)場(chǎng)。

通過(guò)上述施工，較好地處理了塔山新閘閘門存在的問(wèn)題，在施工工期內(nèi)安全、高效地完成全部施工內(nèi)容，施工質(zhì)量良好[5]。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)塔山新閘閘門維修，使閘門恢復(fù)良好運(yùn)行工況，同時(shí)借由此次維修開通了維修通道，既降低了施工作業(yè)難度和成本，又方便了日后巡查、保養(yǎng)，還新增了浮箱式檢修門和配重塊，用以應(yīng)對(duì)今后可能出現(xiàn)的極端水位組合。此次閘門維修，實(shí)施方案因地制宜，施工措施詳細(xì)實(shí)用，可為類似水閘工程維修提供借鑒。