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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)鉸座在無(wú)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(kāi)驗(yàn)算。在可行性分析及相關(guān)驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，展開(kāi)錨索張拉期間變形問(wèn)題觀測(cè)，相應(yīng)提出變形過(guò)大的處治方案；同時(shí)全面論證錨索在張拉過(guò)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(wèn)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(wú)法滿足防洪度汛節(jié)點(diǎn)工期要求。經(jīng)過(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)變形值模擬，結(jié)果見(jiàn)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(guò)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(guò)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(shuō)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(guò)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]?？傊?，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)始應(yīng)通過(guò)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(guò)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(kāi)預(yù)應(yīng)力錨索張拉過(guò)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)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(jiàn)表3，通過(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)程的順利展開(kāi)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。總之，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。