天生桥二级电站调压井闸门改造设计与施工

林志友，刘 操

（贵州天生桥水力发电总厂，贵州兴义，562400）

1 工程概况

天生桥二级电站位于珠江流域西江水系红水河上游黔、桂交界的南盘江上，是以发电为主的大型引水式电站。建设规模为3洞3井6机，总装机容量1 320 MW。引水系统由进口明管、引水隧洞、调压井及压力钢管组成。整个引水系统为“一洞一井两管两机”布置形式，调压井为阻抗式，内径21 m，高80 m，在调压井内2台机压力钢管前各设置一道事故检修门，该闸门为平面滑动钢闸门，以备压力钢管及蝶阀检修用，原设计要求可以动水闭门、静水启门。调压井由大井、上室、闸门槽、通气孔及井下分岔段组成。闸门槽设在大井内的下游侧，宽6.1 m，深约1.875 m，高88 m。调压井原设计为差阻式调压井（后改为阻抗式），两闸墩间上游胸墙与下游胸墙形成升管，升管与闸门井兼用。升管的布置形式是利用闸墩向上游延伸，由1.2 m厚的钢筋混凝土挡板相隔形成2个小升管，升管堰顶高程667.0 m，堰顶溢流宽度2×4.5 m，闸门槽后中墩内设有两个直径为1 m的通气孔（后改为外装钢管的形式），在最高水位以上转弯通入大井内。

2 闸门存在的缺陷情况

（1）6扇事故检修门建成后，闸门入槽十分困难。下游胸墙一期混凝土浇筑时误差较大，井壁混凝土向外鼓出，6台启闭机动滑轮罩与下游胸墙一期混凝土均有局部相碰，启闭过程中启闭机钢丝绳也与混凝土有局部摩擦，闸门启闭不畅，易脱出导轨卡阻，常发生下落时脱轨、卡槽等事故，需要派人到闸门上，依靠外力才能将闸门门叶导入门槽。

（2）闸门检修平台高程680.5 m，仅3号调压井的5号、6号闸门侧轨埋设到该高程，1号调压井的1号、2号闸门侧轨只埋设到635.0 m高程，2号调压井的3号、4号闸门侧轨只埋设到647.0 m高程。3个调压井的6个闸门槽主、反轨高程仅埋设到607.0 m高程。6扇闸门均不能提升至原设计的680.5 m检修平台上，不便对闸门进行检修维护。

（3）原设计调压井事故检修闸门的主要用途是为压力钢管及蝴蝶阀检修提供条件，在机组及蝶阀出现事故时，调压井事故门应以尽量短的时间动水闭门，以减小事故造成的损失。但是调压井事故检修闸门和机组的蝶阀从未做过动水关闭试验。

鉴于现调压井6扇事故闸门的运行均不能满足设计工况的要求，故安排对三个调压井6扇事故检修闸门及启闭系统进行改造。

3 调压井闸门改造的方法

（1）将闸门槽轴线向上游平移约10 cm，避开与下游胸墙一期混凝土的摩擦。

（2）拆除门槽607 m高程以下的主、反轨二期混凝土，在此基础上更换主、反轨及底坎、门楣，主、反轨埋件埋设到检修平台680.5 m高程。新浇门槽二期混凝土，浇筑前需要凿毛、钻孔、植筋。

（3）将平面滑动闸门改造为平面定轮闸门，采用槽外式侧轮作侧向支承，采用弹性反向滑块作反向支承。用加重块加重闸门的重量，以克服各项摩擦阻力。

（4）更换启闭机、减速器、电动机及电气控制系统等，加大启闭机的启闭速度，以满足快速闭门的要求，实现对调压井闸门的远程控制功能。

（5）减小钢丝绳及动滑轮的直径，避免动滑轮罩与胸墙发生摩擦。

（6）进行闸门门槽结构、启闭机排架结构、门槽底坎结构复核，满足改造后的运行要求。

4 改造施工的重难点分析

4.1 调压井类似改造工程在国内属首次，没有可借鉴的成功经验

在空间狭小、特高作业、光线不足等情况下，施工人员上下需要构建工作平台、需要出渣吊运、埋件需要吊入安装、混凝土需要吊入浇筑振捣。最开始施工方案审查时，参会者认为“采用满堂脚手架的方法是合适的”，但满堂脚手架无法解决材料吊运的问题，且脚手架搭设本身就是一项较高风险作业，施工人员上下88 m的高度需要耗费较长的时间及较大的体力，于是“满堂脚手架”方案被否决。施工前再次组织“施工三措”审查时，参会者建议“门楣以下采用脚手架施工，门楣以上采用升降平台施工”，最初考虑使用原闸门配合原启闭机作为“升降平台”，但考虑到安全风险，闸门作为升降平台的方案被否决。经组织人员分赴当地的建筑设备租赁商、建筑工地、搜索相关的升降平台等资料进行前期调研后，最终确定购买全新的电动吊篮配合自锁式安全绳作为升降平台的方案，有效解决了在狭小空间内人员上下、照明、构建施工平台、材料吊运等问题。对比“满堂脚手架”方案，采用电动吊篮节省了搭拆脚手架的工期及费用，同时避免了脚手架搭拆施工的风险，为机组早日运行发电创造了有利条件。

4.2 施工风险高，管理难度大

调压井项目改造中，对施工人员的主要风险有高空坠落、物体打击、触电、噪音等。其中高空坠落、物体打击等风险经评估为中级及以上风险，倍受各参建方关注。在调压井闸门改造项目中，为优化风险管控措施及质量管控制措施，编制了《每日作业风险监督控制表》、《WHS质量控制方案》，明确从施工单位、监理单位到业主项目组等各方的职责及要求，针对当日工作的完成情况及第2日的工作计划，每日召开协调会向参建各方进行跟踪及有效传达，为调压井闸门改造项目的顺利实施打下了坚实的基础。

4.3 工期紧，任务重

天生桥二级电站在南方电网中扮演着重要的调峰调频作用，改造期间有2台机共计44万kW不能发电。由于南盘江流域大部分降水集中在夏季，六、七、八三个月降水量占全年55%～60%，而冬季雨量较小，不超过全年降水量的10%。为把发电损失降到最小，每年在枯水期安排1个调压井2扇闸门进行改造。从天生桥二级电站运行负荷统计看，每年枯水期均有机组检修不能发电，故选择在12月～次年4月枯水期进行闸门改造施工，将发电损失降到最底。

同时要求施工单位最大限度地调动一切资源，精心组织，科学施工。如为保证启闭机室及闸门槽内有两个施工面，对启闭机室内钢丝绳孔口用钢板配合工字钢进行密封并保证安全的情况下，上下同时施工，增加了施工面，节约了工期。只有在进行大件吊装时，闸门槽内的工作面才暂停。

5 施工方法的选择

5.1 原门槽二期混凝土拆除、新门槽植筋

原门槽二期混凝土拆除、新门槽植筋工作为关键工序，也是本工程项目施工的难点。原门槽二期混凝土拆除如采用传统的爆破，存在可能对结构造成破坏、施工精度低、施工速度慢、安全隐患大等许多弊端。在施工方案审查时，参与者认为“无震动直线切割再辅以其他措施的方法是合适的”。但在施工过程中，由于切割对施工平台的要求较高，最终只有门楣的拆除采用“无震动直线切割”的方法，其余部位采用风炮对原门槽二期混凝土进行凿除，该施工方法是一种成熟的施工方法，对结构无损，可以满足本项目施工需要。根据设计图纸放样、划线，用电锤定位钻孔，采用专用植筋胶进行门槽植筋工作，以提高施工效率，保证施工进度和施工质量。

5.2 原启闭机拆除及新启闭机安装

调压井类似改造工程在国内属首次，在已经建好的启闭机室，需完成启闭机拆除、安装工作，启闭机最重件约为30 t，启闭机室顶部梁上的检修吊点均不能满足吊运的重量要求。组织“施工三措”审查时，参会者提出“拆除及安装启闭机采用施工平台方式，同时对施工平台进行稳定分析计算”，即采用“钢平台”从启闭机室侧面拉出拉入的方案：原启闭机拆除前，拆除一面侧墙，利用原启闭机室顶的天锚起吊拆开的卷筒装置等较重部件，采用自制钢平台配合卷扬机将原启闭机架部分移出启闭机室，用汽车吊将机架吊下，将卷筒装置等部件下放至钢平台，用卷扬机移至平台前端，汽车吊将其吊下。原设计单位对结构的受力情况进行复核后，结论显示“存在对结构破坏的风险，所以建议启闭机拆、装不采用‘钢平台方式’”。经过参建各方对启闭机拆除安装方案进行多次讨论，最终确定采用拆开屋顶、采用大吨位流动式起重机进行起吊的方法，拆开屋顶前需采用满堂脚手架对拆除屋顶影响的其他结构进行支撑，防止失稳。汽车吊完成旧启闭机出室和新启闭机入室工作，此方案直接明了，增加了起吊施工的安全性。

5.3 新门槽埋件安装

采用卷扬机配合滑轮将门槽埋件分节吊至安装位置固定，用花篮螺栓、手拉葫芦等工具微调后与新植插筋连接，门槽依次按照底坎、下节主反轨、中节主反轨、门楣、上节主反轨顺序安装。安装过程采用水平仪、垂吊钢丝线进行检验。

5.4 新门槽二期混凝土浇筑

本项目要求新的主、反轨安装到680.5 m高程，二期混凝土的浇筑高度达88 m。

由于闸门槽空间狭窄、深度较深，门槽混凝土采用分层逐层浇筑，根据安装好的主反轨尺寸立模，每层模板均须进行严格校正后方可进行混凝土浇筑。模板安装采用ϕ12 mm的钢筋拉杆焊接在门槽插筋上，外部采用木方、架子管加固，以保证模板的稳定性。二期混凝土浇筑时，每隔3.0 m从模板侧面开设进料口入仓浇筑，采用此施工方法可以延长每仓浇筑混凝土高度，有利于加快施工进度。混凝土入仓后，为防止骨料的分离、堆积和初凝，及时采用ϕ40 mm软轴插入式振捣棒振捣密实，以保证上下层混凝土的结合及混凝土的密实。

新门槽混凝土浇筑采用溜管运输，上部采用自制料斗接ϕ150 mm钢导管，中部安装钢管弯头及控制阀门，下部采用ϕ150 mm橡胶导管接ϕ150 mm钢管接入仓内。该浇筑方法的应用提高了混凝土浇筑的施工安全水平，因为在垂直作业面上进行浇筑空间狭小，无法进行大量吊运，若采用吊运则下方不能有人员停留，采用溜管输送混凝土可以避免因混凝土掉落而导致的安全事故。钢管加弯头、底部接橡胶软管的方法用于高落差的混凝土浇筑，此种方法在保证混凝土不发生离析、不初凝的情况下，大大提高了施工效率，有效缩短了工期。

6 改造施工的工序

本项目主体工程包括闸门门槽改造、原闸门和启闭机拆除、新闸门和新启闭机安装等，主要施工工序如下：

第一个工作面：施工准备→使用汽车吊配合原启闭机将原闸门提出孔口进行拆除→安装电动吊篮→安装井底施工的脚手架→拆除原门槽二期混凝土及埋件→结合面凿毛→钻孔植筋→新门槽埋件安装→门槽二期混凝土浇筑→底坎、门楣灌浆处理→新闸门安装→闸门无水全行程试验→闸门静水全行程试验→闸门动水试验。

第二个工作面：原闸门拆除后→施工准备→对启闭机室钢丝绳孔口进行密封→对启闭机室屋顶结构进行支撑（重点支撑拆除后影响的其他结构）→启闭机室顶局部拆除→原启闭机拆除吊运→新启闭机吊装→启闭机室顶恢复→新启闭机无载调试试验→新闸门安装。

7 结论及建议

天生桥二级电站调压井闸门改造分3年实施，每年枯水期完成1个井的施工。至2015年5月已顺利完成3号调压井、2号调压井的改造施工，经验收满足设计要求，为国内国际上同类型改造施工提供了详实、可借鉴的实践经验，取得了良好的社会效益。

根据历次方案审查时提出的宝贵意见，并对施工过程中遇到问题的解决方法进行归纳，得到以下经验为同类工程提供参考：

（1）为尽量避免在植插筋过程中损坏一期混凝土内的配筋，设计上可适当减小插筋直径，插筋的锚固长度及锚固力需要满足规范要求。

（2）由于门槽部位空间狭窄，设计上可以适当减小埋件的尺寸，以减小混凝土拆除的范围，方便施工安装及混凝土浇筑振捣。

（3）在闸门和启闭机联动试验中，当闸门闭门速度从6 m/min变速到3 m/min时，出现过压、工作制动器制动瓦过热和较大振动现象。随后修改运行方式，闸门从610.00 m高程位置开始以4 m/min匀速运行，直到闸门落到592.00 m高程底坎，试验过程中闸门和启闭机运行平稳，各机构工作正常。建议闸门快速闭门的速度设计成匀速。

（4）3号调压井新闸门配重安装采用满铺形式，进行闸门漏水检查时发现漏水量超标，需要重新更换水封，由于未预留水封更换操作空间，需要将配重块全部卸下，更换水封后再重新进行配重块安装及静平衡试验，增加了项目工程量及工期。为便于水封安装，2号调压井新闸门在闸门门叶增设配重块隔板，预留水封更换操作空间，避免了拆装配重块及静平衡试验的工程量，能快速使用专用工具进行水封维修及更换。建议闸门设计时应为闸门水封更换预留操作空间。

（5）严格控制新门槽二期混凝土每仓的浇筑高度，并充分振捣。由于二期混凝土模板空间狭小，为便于混凝土振捣及密实，建议采用一级配自密实混凝土。

（6）根据GB 10597-2011《卷扬式启闭机》中第7.3条规定，应进行1.25倍的静荷载试验及1.1倍的动载试验。由于实施条件限制，现场进行该试验难度较大。

施工过程中还存在以下问题，需要进一步研究，在此一并提出，供同行们探讨：

（1）根据DL/T 5019-94《水利水电工程启闭机制造及安装验收规范》第5.2.2.5条规定：启闭机的安装应根据起吊中心线找正，其纵、横向中心线偏差不应超过±3 mm。本项目在实施过程中，发现启闭机将闸门吊出孔口自由悬置，闸门从孔口入槽时存在扭曲错位，说明门槽中心线与启闭机上下游中心线存在很小的夹角。实际实施过程中很难保证门槽中心线与启闭机上下游中心线完全平行或重合，规范中没有说明这种情况下允许的夹角偏差范围。

（2）如何准确查找深孔闸门的渗漏点需要探讨。本项目闸门安装后，试验过程中发现漏水量超标，由于是深孔闸门，人员无法到门后观看漏水情况，无法准确找到渗漏点，为渗漏点位置分析及后期处理带来不便。

[1]杨清华,李超洋.天生桥二级水电站调压井事故检修闸门改造可行性研究报告[R].贵阳:中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院,2008.

[2]GB 10597－2011,卷扬式启闭机[S].

[3]DL/T 5019-1994,水利水电工程启闭机制造及安装验收规范[S].