崔家营航电枢纽工程超大型弧形闸门快速安装技术与应用

王文忠

（葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091）

1 工程概况

汉江崔家营航电枢纽工程泄水闸采用平底闸型式设计，共布置有 20m×15.0m（宽×高），门叶曲率半径R =18.5m，超大型露顶式弧形闸门20孔，主要安装工程量如下。

（1）弧形闸门安装 4400.58t，侧轨、底槛及支铰座埋件安装334.95t。

（2）上、下游检修闸门门槽埋件安装各20孔，827.40t。

（3）一门一机布置QHLY-2×2500kN-8.0型弧门液压启闭机安装20台套。

合同安装总工程量4879.40t，计划安装总工期为8个月。

2 问题的提出

崔家营航电枢纽泄水闸金属结构安装工程，计划安装工期为8月，20孔超大型弧形闸门安装技术复杂、质量要求高、施工难度大，要在如此短的时间内完成如此多数量的超大型弧形闸门安装，其安装施工强度仅次于三峡工程，给安装施工单位造成了很大的工期压力。如何在这么短的时间内安全、优质、高效的完成泄水闸金属结构安装施工任务，就成为一项重要的技术课题。

3 超大弧形闸门安装工程量、特点及技术措施

3.1 安装工程量及特点

崔家营泄水闸闸门槽及侧轨预埋件安装包括：上游平面检修闸门门槽 20孔，弧形工作闸门侧轨及支铰座埋件20孔，下游浮式检修闸门门槽20孔，及液压启闭机支座中心 20孔等。埋件安装总工程量1162.35t，均为钢板与型钢焊接结构件，设计安装高程▽48.23～71.50m。

该安装工程具有孔口数多，安装精度要求高，单件重量较轻，安装工作量大，高空作业多，与土建交叉施工，占用安装工期时间长的特点。是按期为后续闸门设备安装提供安装工作面的关键环节，也是保证整个泄水闸金属结构设备安装工程按期完工的首要条件和重要前提。

3.2 采用高精测量仪器，进行安装基准点、线的测量、放样

鉴于泄水闸闸室数量较多，各闸室分段施工进度先后不一，土石方开挖与混凝土浇筑与金结安装相互交叉施工，施工战线长，现场施工环境复杂，较易造成金结安装基准测量放样存在较大偏差的问题。

泄水闸各闸室的金结安装基准的测量放样工作均采取由较高水平的专业测量人员，严格按照设计图样要求，选用高精度全站仪、经伟仪和水准仪进行门槽、孔口、底槛、铰链、支座等安装基准中心点、线、里程、高程的测量和放样。各闸室的安装基准测量放样工作均要求一次放样完成，并用红色油漆作好醒目标记，妥善保护至各项安装工作完工验收结束。

高精度的安装基准为后续各项安装调整的测量、定位和检查工作奠定了坚实的基础，减少了安装过程中的累积测量误差，避免了因此造成返工和精度超差现象，为各预埋件安装一次通过检查、验收和复检提供了技术支撑和保障。同时，也较大的缩短了各安装工序之间衔接和验收时间，避免了二次放样带来的误差影响和时间上的浪费。

3.3 充分利用现场土建施工起重手段，减少起重吊装时间

闸门槽及侧轨预埋件安装涵盖整个泄水闸坝段，需使用起重设备进行起重吊装的单件数量达1260余件。土建施工布置有二台 SCMM1500型和K80/115型塔式起重机，基本可覆盖泄水闸坝段大部分区域。

为减少埋件起重吊装作业占用时间，提高吊装效率和安全性，对于现场塔式起重机能够有效覆盖的埋件安装部位和区域，原则上均尽可能的采用塔式起重机进行起重吊装。只有在土建塔式起重机较长时间无法提供埋件起重吊装作业或无法有效覆盖的区域和部位时，才采用临时调配25t汽车式起重机或采用 5t卷扬机与导向滑轮配合方式等临时起重吊装措施，作为辅助补充手段。以避免因起重吊装作业停滞，而造成后续埋件安装工序的停顿。

对于单件重量相对较轻，需连续进行安装的主、反（侧）轨埋件，则采取按埋件出厂编号安装顺序，由下至上，一次依次吊装 2～3节埋件，临时悬挂固定于设计安装部位上方0.3～0.5m处，然后再由下至上，依次进行各节吊装埋件的安装和调整的方法，以尽量减少埋件起重吊装作业对土建门塔机的占用时间，压缩吊装环节和周期。

3.4 采用组合式脚手架代替传统钢管脚手架进行高空埋件安装施工

水电站门槽埋件的功能和作用决定了，其 70%以上的安装施工工作量是在施工高度超过 2m以上的高空作业。传统门槽埋件安装施工方法，多采用搭设临时钢管脚手架进行高空安装施工作业，脚手架搭设、拆除危险性高、工作量大，需专业工种进行施工，材料使用量大、成本高，需占用较多安装人工和时间，且人员上下不便，防护能力差，安全隐患较大。

崔家营门槽、侧轨及铰链埋件安装施工脚手架，采用在民用建筑施工领域已广泛使用的组合式脚手架，具有重量轻、安装拆卸简单，占用安装施工人员和时间少，使用费用低，人员上下方便，便于安装施工人员高空作业等优点。既减少了安装脚手架搭拆时间，提高了安全防护水平，又提高了安装施工速度和工效。

3.5 采用水准仪和经伟仪直接进行埋件安装调整

底槛等水平度和高程要求较高的埋件，采用与正式验收同一等级的水准仪，直接用水准仪进行埋件安装水平度和高程的调整和检测，既减少了安装过程中重复架设仪器可能造成的误差，节约了时间，又提高了安装工效和安装质量。

门槽主、反轨及侧轨等对垂直度要求较高的埋件，采用高精度等级的电子经伟仪，直接用电子经伟仪进行主、反轨及侧轨埋件安装垂直度、平面度的调整和检测读数，避免了采用传统吊线方法检测时，宜受现场环境、风力和操作人员技能水平等因素对检测精度的影响和干扰，减少了安装施工人员需多次反复上下次数，提高了安装检测精度和工效。

3.6 采用模拟支铰座进行固定铰座钢梁埋件安装

弧形闸门固定铰座承重钢梁埋件既是承载弧形闸门运行过程中全部水压力和剪力的传力部件，又是保证弧形闸门铰链装置安装精度和质量的重要基础，安装精度要求很高。

为保证固定铰座承重钢梁埋件安装精度，传统安装施工方法，一般多采取将铰链装置现场进行解体，然后将固定支铰座与承重箱梁埋件连接成一整体后，闸室左右两侧固定铰座与承重钢梁整体同步进行安装和调整。此法具有安装精度高的优点，但铰链装置需进行地面拆解和空中回装，费工费时，且单件起重吊装次数较多，施工难度大，安装调整施工周期较长，工效较低。

崔家营固定铰座承重钢梁埋件安装，采取用模拟固定支铰座替代永久固定支铰座，与承重钢梁埋件连接后，整体进行安装调整方式。具有不需要进行铰链装置拆解和回装，安装调整空间大，检测加固方便、易操作，安装精度高，省时省力，安装调整施工周期短，施工难度小，工作效率高等优点。极大的缩短了固定铰座承重钢梁埋件安装施工周期，同时也为后续铰链装置采取整体安装方案，奠定了基础。且模拟固定支铰座结构简单、重量轻，安装拆除简单灵活，可多次重复使用。

3.7 液压启闭机油缸支座采取一期混凝土直接进行安装

为加快安装施工进度，减少土建二期混凝土施工工作量，保证弧形闸门液压启闭机油缸支座中心安装精度，崔家营弧形闸门液压启闭机油缸支座中心安装，采取预留一期混凝土直接安装施工方式，即提高了支座中心的安装精度和工效，又缩短了安装时间。

3.8 改进二期混凝土施工方案，缩短二期混凝土浇筑施工时间

门槽及侧轨埋件二期混凝土施工，一般在门槽及侧轨埋件全部安装验收完成后进行。常规施工方法，多为按 3m一个分层，分多层依次进行二期混凝土的浇筑施工。当门槽或侧轨高度较高时，往往导致二期混凝土施工时间，短则数日、长则十天半个月，无法向安装单位提交安装部位，既造成土建二期混凝土施工效率低下及资源浪费，又延误了后续闸门安装工期。

泄水闸门槽及侧轨埋件二期混凝土施工，采取适当提高门槽及侧轨埋件安装精度，增加埋件加固支撑刚度和数量，加大混凝土模板围檩刚度和固定拉条数量，杜绝固定拉条及围檩直接与埋件和加固支撑连接等措施，将门槽及侧轨埋件二期混凝土浇筑施工方式，改进为一次立模分次浇筑混凝土施工方式。施工时，严格控制每次二期混凝土喂料速度和浇筑层高，增加现场对门槽埋件及模板变形监测次数，及时调整混凝土喂料和浇筑速度，既保证了门槽二期混凝土浇筑施工质量，又有效提高了门槽二期混凝土的施工进度，减少了金结安装与混凝土施工重复交面次数，缩短了二期混凝土施工时间。

4 弧形闸门快速安装技术

崔家营泄水闸弧形闸门为露顶式斜支臂结构型式，门叶外形尺寸 19.960×17.355m（面板宽度×弧长），面板曲率半径R=18.5m，单孔弧门总重量约220t。门叶分四节制造，最大单件重量约30.33t。支臂为二支臂结构,分二节上下支臂散件到货，现场组装焊接，单侧支臂总重量约30.39t。铰链装置为球形铰结构型式，整体到货，单侧铰链装置总重量20.10t。合同总安装工程量约4400.58t

4.1 支铰链装置安装

弧形闸门支铰链装置安装，一般多采用整体安装和解体安装二种方式。

整体安装方式，适用于现场起重手段和吊装空间较好的场所，具有无需将铰链装置进行现场解体，避免了二次回装工作量，安装工效较高，高空作业量小的优点。但一般需在铰链装置安装位置顶部适当位置，架设或预埋一临时起重吊装钢梁，用于铰链装置活动支铰的角度调整和与支臂进行对接时的起重吊点使用。

解体安装方式，需将铰链装置在现场地面进行解体，然后在混凝土牛腿铰链装置安装部位再依次进行回装，铰轴和抗磨板等部件安装需专门加工专用工装，需搭设较大面积的安装操作平台，高空作业量和安全风险较大，安装工效较低，且需用的辅助材料、设备和工器具较多，一般只在安装现场不具备进行整体起重吊装条件时才采用。

崔家营弧形闸门支铰链装置为整体到货，单台安装重量21.10t。崔家营弧形闸门铰链装置安装，采取先在地面将铰链装置的活动支铰和固定支铰座调整至弧门门叶全关闭状态时的位置和角度，选用型钢将活动支铰与固定支铰座临时进行固定牢固，然后采用 SCMM1500塔式起重机与手拉葫芦配合进行整体起吊安装方式。该方法取消了顶部辅助吊装和调整临时起重钢梁，不仅减少了高空安装作业工作量和活动支铰二次调整工作量，节约了大量的人力、材料和设备机具投入，提高了铰链装置起重安装工作效率，同时也为下一步的支臂安装创造了极为有利的条件。

4.2 支臂装置安装

弧形闸门支臂装置安装分为整体吊装和现场空中散件组装二种方式。散件空中组装方式，一般只在安装现场不具备进行整体起重吊装条件或吊装空间不够时才采用，其安装高空作业较多，安全风险较大，工效相对较低，且所需辅助材料、设备和机具较多。

崔家营弧形闸门支臂装置为分节散件到货，单个支臂安装重量30.39t。为减少支臂装置安装高空作业工作量和占用起重设备时间，提高起重安装工作效率，降低高空作业安全风险。崔家营支臂装置安装，采取先在闸室内地面将支臂进行整体组装焊接验收完成后，再进行整体吊装安装方式。

先将支臂后端板侧与活动支铰法兰面直接进行连接，把紧连接螺栓；然后将支臂另一端前端板侧放置于闸室孔口溢流顶上与弧门门叶主梁对接处位置，采用临时钢支撑进行临时支撑固定。

4.3 弧形门叶安装

崔家营弧形闸门门叶分四节到货，最大单节重量（底节）30.33t，最小单节重量（顶节）21.66t。起重吊装主要手段采用SCMM1500塔式起重机进行，个别塔机无法覆盖的部位采用 200t汽车起重机进行吊装。

传统大型弧形闸门分节门叶安装和弧形面板弧度半径控制定位，多采取每吊装一节门叶就位后，先将单节门叶左右侧间隙调整均匀，然后用20m或30m钢卷尺由支铰中心对门叶弧度半径进行调整和控制，采取临时型钢支撑固定后，再进行下一节门叶的吊装和调整。

此安装方法需占用起重吊装设备时间较长，高空测量和调整作业量较大，所需临时支撑固定材料较多，且临时固定支撑安装拆除和焊疤清除打磨工作量较大，易损伤门叶原有防腐涂层，整体安装工效较低。

崔家营弧形门叶安装弧度半径控制和定位，采取先将弧形门叶位于全关位置时的面板底边和外弧设计半径轮廓线，测量放样在弧门底槛和侧轨埋件表面上，然后按设计门叶分节弧长和位置，分别在底槛和侧轨埋件表面非止水工作面上适当位置，设置一定数量的门叶位置和弧度半径控制定位临时挡铁。各节门叶在依次进行吊装就位时，只需进行简单的左右两侧间隙的调整，底节门叶位置的安装定位和整扇门叶弧度半径的控制均靠预设临时挡铁一次进行定位。

该方法不仅大幅度缩短了门叶安装定位和弧度半径调整控制时间，节省了大量临时支撑固定材料和安装人工投入，提高了门叶定位和弧度半径控制安装精度，而且减少了门叶起重吊装对起重设备的占用时间和门叶安装定位调整工作量，降低了高空作业安全风险和对门叶原有防腐涂层的损伤。采用此方法，崔家营弧门安装施工高峰时，曾创造了单扇超大型弧形闸门分节（四节）门叶一天全部吊装就位的施工记录。

4.4 焊接

全部采用焊接效率高、质量好、成本低、焊接变形小的 CO2气体保护焊工艺进行焊接，极大的提高了闸门的焊接质量和效率。

闸门焊接总体遵循“由下向上，先内后外，先隔板边梁后面板，先门叶后支臂，力求对称、均匀”的原则和顺序，依次进行焊接。具体施焊采用分段退步焊法，左、右同时对称进行焊接。

4.5 水封及侧轮装置安装

采取先在平坦地面将水封橡胶按设计尺寸要求进行粘结好,再与对应水封压板一起进行配钻螺栓孔，然后使用液压启闭机启闭进行门叶启闭与吊蓝相互配合的方法，进行水封及侧轮装置等附件的安装和调整。既提高了水封及侧轮装置等附件的安装质量和工作效率，又有效降低了安装施工人员高空作业工作量和安全作业风险。

5 液压启闭机安装

采取先在水平位置将油缸缸体和活塞杆总体长度按略短于弧形闸门门叶处于全关位置时的设计长度进行临时固定，然后使用土建 SCMM1500型和K80/115型塔式起重机整体进行起重吊装安装方式；油缸上下两端与油缸支座和门叶吊点支座连接，采用手拉葫芦进行调整方式。

液压动力泵站安装采取先将泵站整体安装就位，后进行二期混凝土回填浇筑施工方法。此方法具有操作简单易行、安装成本低、工作效率高的优点。

6 结 语

崔家营航电枢纽泄水闸金属结构安装工程，自2008年4月开始正式安装至2008年10月最后一孔弧形闸门安装完成，前后历时8个月，圆满的按照合同工期要求完成了 20孔超大型弧形闸门的安装施工任务，创造了国内同类型水电工程安装施工的新纪录。

泄水闸金属结构安装工程共完成门槽及侧轨预埋件安装单元工程 60个，单元工程质量评定验收合格率 100%，优良率 100%，二期混凝土施工后复检优良率100%。

完成弧形闸门安装单元工程 60个，单元工程质量评定验收合格率 100%，优良率 100%。全部各类一二类焊缝无损探伤检测一次验收合格率100%，业主委托第三方复检合格率100%。且实现了安装施工全过程安全事故率为“0”的目标。真正实现了安全、优质、高效的工程目标。

崔家营航电枢纽泄水闸金属结构安装工程，特别是20孔超大型弧形闸门的快速安装技术与应用，实现了安全、优质、高效的工程目标，受到工程业主、监理、设计单位和相关专家的高度赞誉，取得良好的社会效果和经济效益，也为今后其它类似安装工程探索了成功经验。