黃飛翔

（江西省水利水電建設(shè)集團(tuán)有限公司，南昌 330000 ）

0 引 言

水工閘門是水利水電工程的重要組成部分，其施工過程受土建工程施工情況的影響較大，為突破其受混凝土施工、土建閘墩錨索張拉等工序的制約，應(yīng)改變常規(guī)安裝工序。文章依托具體工程，結(jié)合工程實(shí)際，提出先安裝閘門、后錨索張拉的非常規(guī)安裝方案，使閘門安裝和混凝土施工、土建閘墩錨索張拉等工序并行，保證了弧形閘門安裝任務(wù)的順利完成，也為類似工程施工提供了成功經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

某水電站攔河閘弧形閘門閘孔凈寬13.0m，按照防洪度汛要求，該攔河閘壩必須于2021 年6 月底前具備過流能力，所以，弧形工作閘門安裝工期十分緊張，且受混凝土施工、土建閘墩錨索張拉等工序影響大。經(jīng)過多方論證，決定改用先安裝閘門、后錨索張拉的非常規(guī)安裝方案。

2 弧形閘門安裝方案設(shè)計(jì)思路

按照原設(shè)計(jì)要求展開相應(yīng)部件安裝時(shí)，必須先進(jìn)行牛腿處錨索的張拉施工，結(jié)合所對(duì)應(yīng)的實(shí)際變形量決定閘門鉸座的安裝數(shù)量和安裝位置，測(cè)試合格后回填，待強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定后安裝支臂和門葉。此外，還應(yīng)當(dāng)展開鉸座在無閘墩張拉作用的自由狀態(tài)下安裝處理的可行性論證；并對(duì)鉸座安裝施工平臺(tái)以及配套性支撐方案、結(jié)構(gòu)調(diào)整及固定方案、固定措施的強(qiáng)度及穩(wěn)固性等均展開驗(yàn)算。在可行性分析及相關(guān)驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，展開錨索張拉期間變形問題觀測(cè)，相應(yīng)提出變形過大的處治方案；同時(shí)全面論證錨索在張拉過程中發(fā)生變形后鉸座所對(duì)應(yīng)的安裝高程、左右鉸軸結(jié)構(gòu)軸度值一致性等問題。

考慮到該水電站攔河閘土建施工任務(wù)重，致使弧形閘門于2021 年4 月底時(shí)仍不具備安裝條件，采用常規(guī)安裝方式顯然無法滿足防洪度汛節(jié)點(diǎn)工期要求。經(jīng)過多方研究和論證后，確定出先進(jìn)行閘門安裝，再?gòu)埨^索的施工方案，也就是將張拉過程對(duì)錨固塊可能的影響以及所引起的變形量等均提前考慮，等結(jié)束弧形閘門支鉸座部分安裝任務(wù)并完成尺寸及精度調(diào)整后再?gòu)埨两ㄅＭ儒^索；完成張拉施工任務(wù)后對(duì)支鉸座實(shí)際安裝高程、里程、鉸軸同軸度等參數(shù)值展開二次復(fù)測(cè)；結(jié)合復(fù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行支鉸座控制參數(shù)微調(diào)[1]。

3 施工變形模擬分析

3.1 模型建立

應(yīng)用ANSYS 有限元軟件模擬分析錨索預(yù)應(yīng)力施加后弧形閘門閘墩和錨固塊等結(jié)構(gòu)處的可能變形程度，并根據(jù)仿真結(jié)果，判斷結(jié)構(gòu)受力是否符合設(shè)計(jì)，并為工程應(yīng)用提供參考依據(jù)[2]，所構(gòu)建的有限元模型。閘墩結(jié)構(gòu)和錨固塊分別采用C30 和C40混凝土，混凝土彈性模量分別為3.00×104N/mm2和3.25×104N/mm2，重度均為25.0kN/m3，泊松比為0.167。

該水電站弧形閘門的安裝更多考察的是結(jié)構(gòu)變形，在具體計(jì)算的過程中必須沿用線彈性處理原理，同時(shí)更加關(guān)注錨固塊等結(jié)構(gòu)受力，由此確定出錨固區(qū)所可能對(duì)應(yīng)的局域性坐標(biāo)取值，進(jìn)而展開更加細(xì)化的網(wǎng)格劃分。按照集中力確定單根錨索作用力。

在閘墩和錨固塊特征部位分別設(shè)置5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，展開變形值模擬，結(jié)果見表1。表中垂直閘墩向變形，向內(nèi)為正，向外為負(fù)；平行主錨索張拉向變形，下游為正，上游為負(fù)。

表1 閘墩及錨固塊變形位移預(yù)測(cè)值

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)以上模擬，在進(jìn)行了錨索結(jié)構(gòu)的張拉施工后，錨固塊結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出整體傾向于閘室內(nèi)部并同時(shí)向上游方向發(fā)生持續(xù)性偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)特征，這就造成其與錨索張拉固結(jié)施工過程中閘墩和錨固塊所共同承受的偏心受壓變形同方向同取值變動(dòng)。針對(duì)局域性特征更為明顯的坐標(biāo)體系，在對(duì)錨索施以設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力，所相應(yīng)造成的錨固塊部件和主錨索進(jìn)行張拉的方向則表現(xiàn)出2.94mm 的變形，且主要變形方向偏向上游。

通過深入研究支鉸各點(diǎn)實(shí)際發(fā)生以及可能發(fā)生的變形程度，錨固塊等關(guān)鍵性部件則主要發(fā)生更加傾向于閘室結(jié)構(gòu)內(nèi)部向的具體取值為3.00mm 的整體性的偏移。設(shè)計(jì)人員務(wù)必要在支鉸座螺栓等臨時(shí)性部件安裝操作期間充分考慮到這種偏移，并為之預(yù)留出充足的空間；此外，還應(yīng)當(dāng)看到，支鉸各點(diǎn)在與錨索平行的張拉向也存在一定程度的誤差，結(jié)合相關(guān)要求進(jìn)行調(diào)整后，支鉸各點(diǎn)基本圍繞內(nèi)側(cè)邊線向上游整體偏轉(zhuǎn)19.5°。在主錨索和次錨索的綜合作用下，一定程度的張拉應(yīng)力作用與錨固塊后，使錨固塊結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出19.5°的偏斜，結(jié)構(gòu)整體發(fā)生0.89mm 的向下變形。

根據(jù)以上結(jié)果，因閘墩及錨固塊形狀改變引發(fā)的結(jié)構(gòu)位移較小，而支鉸座固定螺孔和螺栓之間的間隙較大，這充分說明，在工程施工期間，固定鉸座螺栓以及背帽調(diào)整等處治措施，均能起到較好的調(diào)整前后里程及支鉸座扭轉(zhuǎn)位移的目的；同時(shí)，通過調(diào)整固定鉸螺栓孔及螺栓間隙，起到調(diào)節(jié)相對(duì)孔中心相對(duì)位置的目的[3]。總之，先安裝后錨索張拉的弧形閘門安裝方案對(duì)于該水電站工程完全適用。

4 安裝施工過程

4.1 埋件安裝

閘門及液壓油缸支鉸、側(cè)軌、底檻等位置直接影響弧形閘門安裝精度，故必須加強(qiáng)閘門埋件測(cè)量放線。具體而言，先測(cè)放出孔口中心線，并固定標(biāo)記；在堰頂孔口基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)全站儀，并通過正倒鏡觀測(cè)，測(cè)放出左右側(cè)支鉸中心點(diǎn)，兩點(diǎn)連線即為支鉸中心線；據(jù)此設(shè)置左右側(cè)支鉸座埋件中心線。通過鋼卷尺這種工具圍繞著支鉸這個(gè)中心并沿閘室側(cè)墻以一定的設(shè)計(jì)間距布設(shè)技術(shù)控制點(diǎn)，據(jù)此明確鎖定門槽部位側(cè)軌的適宜裝設(shè)位置。

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案將閘墩處混凝土材料澆筑施工至要求高程，此后在預(yù)先標(biāo)出的點(diǎn)位埋置槽鋼，并以這些點(diǎn)位處所布設(shè)的槽鋼結(jié)構(gòu)充當(dāng)埋件支鉸座部件的臨時(shí)性施工平臺(tái)?？紤]到支鉸座埋件安裝區(qū)域臨空、臨邊，施工空間狹小，調(diào)整及測(cè)量難度大，為保證支鉸座埋件快速安裝，在支鉸座安裝部位下端用12#槽鋼設(shè)置“板凳”形平臺(tái)，并以此支撐埋件下部。通過全站儀檢測(cè)埋件中心及上下高程，滿足要求后加固。

位于水電站弧形閘門門槽旁側(cè)的軌道要一次安裝到頂，在按照相應(yīng)尺寸調(diào)節(jié)完成底節(jié)側(cè)軌的基礎(chǔ)上相應(yīng)加固，并逐節(jié)安裝。此后，通過50m 卷尺及全站儀等測(cè)量?jī)x器，在閘室底板左側(cè)和右側(cè)線形架體上依次測(cè)量并標(biāo)示出控制點(diǎn)，該點(diǎn)位主要用于側(cè)軌安裝情況的對(duì)照和控制，并設(shè)置控制線，以此為基準(zhǔn)在閘室頂部掛設(shè)線錘。通過該線錘控制側(cè)軌位置及安裝的垂直度。將測(cè)試結(jié)果與全站儀檢測(cè)結(jié)果比較，保證門槽側(cè)軌安裝精度。

4.2 支鉸座定位安裝

按照設(shè)計(jì)要求，定位焊接支鉸座牛腿墩及抗剪板上的預(yù)埋基礎(chǔ)板，吊裝支鉸座并使其就位的過程中，必須充分借助導(dǎo)鏈和鋼絲繩，以起到將支鉸座重量快速有效傳遞至鉸座上方承重箱型梁的作用。結(jié)合工程施工規(guī)范，必須在充分調(diào)整支鉸軸中心孔位、高程及里程等關(guān)鍵性施工參數(shù)的基礎(chǔ)上，將孔口中心處閘墩側(cè)偏移絕對(duì)量控制在2.00mm 以內(nèi)，同時(shí)嚴(yán)格控制傾斜度；待將楔子等物體充分填塞進(jìn)固定鉸下部和抗剪板之間的空隙后，暫時(shí)點(diǎn)焊楔子和抗剪板，以基本固定支鉸。

4.3 支臂及門葉安裝

待將下支臂吊裝就位后，還應(yīng)借助高強(qiáng)度螺栓依次展開結(jié)構(gòu)支臂上部與支鉸座等的連接，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)將相應(yīng)數(shù)量的吊耳板牢固焊接于支臂衩相應(yīng)結(jié)構(gòu)的上部。

安裝門葉時(shí)，最開始應(yīng)通過相應(yīng)的吊裝機(jī)械使底節(jié)門葉穩(wěn)固吊置于底檻結(jié)構(gòu)處，此后經(jīng)過尺寸、數(shù)據(jù)等的略微調(diào)整，以確保門葉結(jié)構(gòu)、孔口、主橫梁、支臂等部件的中心部位全處于重合狀態(tài)；同時(shí)還應(yīng)使面板旁側(cè)所設(shè)置的水封螺栓結(jié)構(gòu)的中部完全與側(cè)軌距離一致。待以上流程全部結(jié)束，則應(yīng)借助型鋼等基礎(chǔ)性零件綁扎固定底節(jié)段的門葉與下方的支臂等結(jié)構(gòu)，保證相應(yīng)結(jié)構(gòu)和部件穩(wěn)定性與剛度完全滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4 預(yù)應(yīng)力錨索的張拉

該水電站弧形閘門不同閘墩處所布設(shè)的主次結(jié)構(gòu)的錨索均分成5 級(jí)張拉，出于有效控制到超張拉的工程施工效果，必須嚴(yán)格按照5300kN及1600kN 的值控制主錨索和副錨索整體張拉噸位，就具體施工期間的張拉荷載，應(yīng)采取1250kN→2500kN →3750kN →5000kN →5300kN 以及375kN →750kN →1125kN →1500kN →1600kN 的控制級(jí)次。

為保證受力，采用全站儀和百分表雙控技術(shù)展開預(yù)應(yīng)力錨索張拉過程監(jiān)測(cè)[4]。位于該水電站南側(cè)攔河閘壩上下游的圍堰處必須按要求布設(shè)相應(yīng)數(shù)量的全站儀，主要展開支鉸座等部件具體里程、高程等相關(guān)施工參數(shù)取值情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)在水電站弧形閘門閘墩以及錨固塊等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)處按設(shè)計(jì)要求設(shè)置百分表，監(jiān)測(cè)具體部位的變形程度。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果及處理

為將實(shí)際施工結(jié)果與模擬結(jié)果展開比較，預(yù)應(yīng)力錨索張拉期間，在各錨固塊相應(yīng)位置處布設(shè)5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，錨固塊位移值監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。將表中實(shí)測(cè)結(jié)果和表1 預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較看出，預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后錨固塊實(shí)際變形和預(yù)測(cè)值基本吻合，也表明該水電站弧形閘門所采用的安裝技術(shù)切實(shí)可行。預(yù)應(yīng)力錨索張拉前后支鉸座里程、安裝高程、左右鉸軸度值等參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3，通過對(duì)表中數(shù)據(jù)的分析看出，在預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工的過程中，支鉸座結(jié)構(gòu)始終表現(xiàn)為一種不受控制和約束的自由狀態(tài)，且無拉伸變形。

表2 錨固塊位移實(shí)測(cè)值

表3 預(yù)應(yīng)力錨索張拉前后參數(shù)值取值情況的變化

待徹底完成預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工任務(wù)后，結(jié)合實(shí)際取得的閘墩運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，該水電站弧形閘門閘墩錨固塊等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)垂直向所表現(xiàn)出的變形量最大僅為2.78mm，相應(yīng)的，和主要的錨索處于平行狀態(tài)的結(jié)構(gòu)實(shí)際發(fā)生的變形量最大僅為2.41mm。以上所表現(xiàn)出的各種形式的變形，完全可以借助設(shè)計(jì)寬度為2mm 的支鉸座螺栓孔間隙以及相同設(shè)計(jì)寬度的隔環(huán)結(jié)構(gòu)和密封圈之間所存在的間隙得到自動(dòng)消除。將支鉸軸左側(cè)向下游向偏移0.5mm，并將支鉸軸右側(cè)向上游向偏移0.5mm，以調(diào)整支鉸座和錨固塊連接平面內(nèi)的相對(duì)扭轉(zhuǎn)。按照以上操作，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，結(jié)束支鉸座調(diào)整。

6 結(jié) 論

綜上所述，該水電站攔河閘弧形閘門采用先安裝、后錨索張拉的工藝后，實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果與有限元成果基本吻合；通過承載梁及輔助設(shè)施的設(shè)置，向類似水電站工程弧形閘門安裝過程的順利展開以及錨索施工質(zhì)量的控制提供了具備獨(dú)立受力特征的控制系統(tǒng)；張拉施工次序的合理安排以及弧形閘門閘墩位移變形的實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)，確保了支鉸座等相應(yīng)部件位置的準(zhǔn)確調(diào)整?？傊?，水電站攔河閘弧形閘門先安裝、后錨索張拉施工技術(shù)的成功應(yīng)用，突破了土建工程施工進(jìn)度的約束，使弧形閘門安裝與土建牛腿錨索張拉同時(shí)施工成為可能，施工進(jìn)度、施工質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益均有保證。