大型钢闸门支铰翻身技术在曹娥江大闸枢纽工程中的应用

王英禄,张仲放,朱迎春

(1.绍兴市曹娥江大闸建设管理委员会,浙江 绍兴 312000;2.浙江江能建设有限公司,浙江 杭州 310020)

曹娥江大闸枢纽工程位于浙江省绍兴市曹娥江河口,为国内第一河口大闸,是一座具有防洪(潮)、治涝、水资源开发利用以及航运、改善水环境和提高土地使用价值等多种功能的综合利用工程.闸室全长 697 m,共28孔.挡潮泄洪工作闸门宽21.74 m,高5.5 m,吊点间距11.2 m,为双拱空间桁架结构平面钢闸门[3],闸门桁架腹高3.9 m,单重126 t,共28套,平面钢闸门总重3 528 t.为保证双拱空间桁架结构平面钢闸门制作质量,采用工厂化生产,场外加工,工地现场拼装施工方案.为方便运输,闸门水平向分为两块、面板向下运抵现场.为了工作闸门及检修闸门安装、检修,现场配有两台MQ2×800 kN/2×320 kN门式启重机,通过专用平衡梁与闸门吊点配套;副起升机构固定于悬臂处,专为上游检修闸门配套.门机轨道沿闸室全长布置并延伸至门库(拼装场)处.闸门现场拼装及检修场位于闸室左右两岸的检修门门库顶部,检修门门库与大闸左右岸翼墙相连,门库尺寸为长44 m、宽16 m的狭长的箱形结构.除长度方向仅有一侧与进场道路相连接外,下游场地低于门库顶部5 m,上游为施工主干道,可用场地面积非常狭小.

1 问题的提出

曹娥江大闸枢纽工程建设工期紧,加之工作闸门及检修闸门数量巨大,安装任务十分繁重.同时,场外加工与工地现场拼装之间;闸门现场拼装、吊运入槽与大闸主体土建施工之间;场外加工与现场存放场地之间均存在较大矛盾.因此,利用场地现有条件,制定一套与之相适应的现场拼装完成后的大型闸门翻身方案和施工工艺就显得尤为重要.

2 方案制定

闸门在施工现场拼装完成后,需要将闸门从平置状态转换到竖立状态,才能吊入闸门槽安装就位.为保证大型闸门的拼装质量及工程进度,尤其是闸门底止水座板在翻身时不出现挤压变形,按常规采用凌空翻身(即在门式起重机利用闸门顶端临时吊耳起吊闸门竖立的同时,汽车吊配合门式起重机吊起闸门底端,使闸门凌空)工艺.为此,需要在拼装场下游侧填筑起一个20 m×20 m左右的吊机工作平台,并使用200 t以上的汽车吊配合抬吊(工作闸门自重126 t,单侧重量为63 t,而200 t的汽车吊在回转半径9 m,吊臂长度18～26 m时的起吊能力只有65 t).但抬吊时,受到钢闸门临时吊位的限制,吊装钢丝绳将对一侧的桁架管造成挤压,导致桁架梁的局部或整体变形,因此,常规的汽车抬吊凌空翻身方案在曹娥江大闸枢纽大型钢闸门施工中已不再适用.根据曹娥江大闸枢纽工程实际,结合工作闸门的结构型式和现场拼装场地条件,充分利用已配备的门式起重设备,制定出了比抬吊凌空翻身方案更加切实可行的大型钢闸门支铰单边翻身方案.

2.1 翻身支铰的设计[1-2]

经过对闸门结构的研究分析,设计的翻身支铰,见图1.该支铰由铰座、铰轴和定位块等部分组成.

图1 翻身支铰结构图

翻身支铰的铰轴采用板厚16 mm钢板卷制的单侧开口的筒形结构,内置筋板以增强铰轴刚度,以铰轴外筒面与铰座弧面滑动接触,实现铰轴的转动,使用时,在滑动面内涂润滑脂,以减小铰座与铰轴间滑动面的摩擦系数.铰轴开口尺寸与闸门下梁厚度相匹配,另配一组钢质斜契,通过斜契的调整,使闸门底横梁顺利地进、出支铰,以方便支铰的装拆,同时增大受力面积.在闸门底梁与铰轴间设置定位块,其厚度大于闸门底止水宽度,使闸门底止水始终处于不受挤压的凌空状态,同时将闸门翻身所产生的重力通过铰座直接作用到闸门的底梁上.铰座采用偏口结构,受推力侧弧板高度大于铰轴中心位置,增加其稳定性.为进一步平衡闸门翻身过程中的闸门对翻身支铰的推力,避免翻身支铰出现水平移动或倾覆,在使用中增设了防止水平移动和抗倾覆的辅助支撑梁.

1.2 翻身支铰的使用

曹娥江大闸枢纽工程闸门的拼装场分别设置在大闸主体两端,制作了两套(共四只)支铰用于大型钢闸门翻身.从使用效果来看,闸门现场拼装完成后,在门式启重机提升作用下,利用翻身支铰,轻松、快捷地实现了闸门从水平状态向竖立状态的过渡.创造了大型钢闸门从翻身到吊入门槽只需30 min的新纪录.确保了施工过程安全可靠,从而缓解了场外加工与工地现场拼装之间;闸门现场拼装、吊运入槽与大闸主体土建施工之间;场外加工与现场存放场地之间的矛盾.同时,闸门翻身时的受力条件得到进一步改善,闸门底止水座板和桁架管不直接受到外力挤压,彻底消除了闸门底止水座板和桁架梁受外力挤压出现变形可能.

3 经济技术比较

3.1 经济比较

若采用常规的门机起吊、汽车吊配合抬吊凌空翻身作业方案,在不考虑由于填筑起重机平台对相关施工的影响及吊索对闸门结构损伤的情况下,曹娥江大闸枢纽工程28套工作闸门在两个拼装场进行翻身作业费用需80余万元(主要包括供汽车吊使用工作平台的土石方填筑及清除费用、设备租赁费用等);而采用支铰单边翻身作业方案,在两个拼装场进行翻身作业费用仅需3万余元(主要包括支铰制作费用、支撑材料费用等).

仅通过简单的计算分析,翻身支铰方案在经济上比常规的抬吊作业方案可节约直接费用70余万元.

3.2 技术比较

翻身支铰的使用,解决了大型钢闸门翻身过程中使用常规设备台数多、占用施工场地面积大的问题;闸门从翻身到吊入门槽工作只需短短的30 min即可完成,由于加快了工程进度,缓解了场外加工、工地现场拼装之间的矛盾;解决了施工标段与标段之间相互挤占施工场地的问题;大型钢闸门制作完成后现场存放场地设置及费用不再发生.同时,在质量上避免了由于翻身损伤闸门结构的问题;保证了施工的安全可靠.

4 结 语

通过在曹娥江大闸枢纽工作闸门安装过程中的使用和探索,验证了翻身支铰技术在水利工程大型钢闸门现场施工中的实用性及先进性.具备了其结构简单、制作费用低、安装及拆卸操作方便等特点,经过现场实际使用检验,证明闸门从翻身到吊入门槽工作只需短短的30 min就可完成,使闸门翻身作业成为了一个即安全,又快捷的工序,曹娥江大闸枢纽工作闸门的安装工期从计划工期的150 d提前到了96 d,为整个曹娥江大闸枢纽按期建成和提前发挥效益创造了条件.

[1] 杨逢尧.水工金属结构[M].北京：中国水利水电出版社,2005.

[2] 武汉大学,大连理工大学,河海大学.水工钢结构[M].3版.中国水利水电出版社,1980.

[3] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5018-2004水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范[S].北京：中国电力出版社.