样轴定位工艺在大型弧形钢闸门制作中的运用

江丰收

样轴定位工艺在大型弧形钢闸门制作中的运用

江丰收

弧形钢闸门制作中的装配工艺多年来一直使用混凝土桩墩或钢结构固定支铰装置配装门叶方法，单扇闸门制作成本费用高、工期长。样轴定位工艺就是通过一根加工的样轴定位控制闸门装配。安徽疏浚股份有限公司在安徽省梅山水库除险加固工程新建泄洪隧洞大型弧形钢闸门制作中采用了这项新工艺，制作质量完全满足规范要求，取得了明显技术经济效益。它的运用目前在安徽省内水利水电行业中尚无先例，2010年获安徽省水利厅优秀QC小组奖。

一、梅山水库新建泄洪洞弧形钢闸门基本概况

安徽省梅山水库位于淮河支流史河上游的金寨县境内，是20世纪50年代修建的一座以防洪、灌溉为主，结合发电、航运及水产养殖等综合利用的大（1）型水利枢纽工程。新建泄洪隧洞闸门为潜孔式大型弧形钢闸门，重173 t。门叶尺寸为12m×10.5m×1.4m，支臂长14.6m。

二、样轴定位工艺在闸门制作中的运用

1.施工方案的选择

由于大型弧形钢闸门支铰较重，体积较大，制作拼装不便于控制设计尺寸。如果选择通常固定铰座方法拼装门叶，对单一的闸门制作来说，可能会延误工期、造成不必要的人工和材料浪费。总结以往施工经验，梅山水库新建泄洪洞弧形闸门考虑采用样轴拼装工艺。

2.样轴制作

样轴是由无缝钢管、钢板拼焊经精加工而成，其制作方法是用一根长8m、φ351×14无缝钢管作主轴，外圈可用δ25钢板卷制，中间通过δ20环形钢板与主轴、外圈焊接成一整体，经卧式车床切削加工而成。在设计样轴时，要考虑样轴外圈外径比铰链孔径小0.10～0.20mm，样轴外圈长度及位置尺寸要与铰链尺寸相对应，如图1所示。车床车制样轴时，要保证精加工后的外圈同轴度和尺寸公差满足设计要求。

3.闸门拼装

（1）放样

在清扫干净平整的地面上，划互相垂直十字线，纵向线为门叶定位基准线，横向线为支臂中心线。纵向按门叶厚度尺寸作平形线，两条平形线即为门叶直立地面的位置线，横向按两支臂间距作平形线，两条平形线即为两支臂位置线。连接两支臂支铰端中心点并延长至门叶边线相交。

（2）样轴定位拼装支臂

闸门的门叶、支臂、铰链等单构件及样轴准备完成后转入拼装。拼装时分别将两支臂和铰链用螺栓装配成一体置于两支臂位置线上，考虑支臂与门叶装配有一定的夹角，将两支臂的门叶端分别旋转至要求的夹角高度。用水准仪校正两铰链轴孔水平，用钢直尺在轴孔端部内侧上下左右测量两铰链中心距。将车制的样轴装入两铰链轴孔内，在样轴无缝钢管内孔穿入0.5mm钢丝，两端用固定桩、调线架固定调整，钢丝线即是支铰中心线。支臂控制尺寸调整到位后，临时加焊钢支撑固定，如图2。

（3）门叶起吊与定位

在门叶面板上清晰标识纵向中心线，该线为门叶装配校正的纵向垂直基线。门叶起吊和定位，是用起重设备缓慢将门叶起吊移置于样线上，用经纬仪校正纵向垂直基线，待各位置线校准后，用型钢在门叶上主梁中部作两个斜向支撑，支撑底部浇注混凝土固定，支撑上端与主梁临时固定焊接。为防止拼装支臂时造成门叶滑动，在门叶着地边焊接限位块，同时在面板侧作同样支撑固定。

（4）支臂连接板焊接

门叶与支臂试装固定，复查装配的相关数据合格后，进行支臂连接板焊接。焊接方法采用CO2气保焊，先在臂柱四周点焊，固定后作间断焊，然后安装筋板。施焊尽量采用对称焊法，先立焊后平焊，先焊筋板，后整体焊接连接板。焊接参数可参照以下数据：焊丝直径 φ1.2mm、焊接电流200～210A、焊接电压27～28V、送丝速度90～110dm/min。

（5）质量检测

弧形闸门出厂前，应进行立体组装检查，其公差或极限偏差应符合规范要求。检查方法为测量曲率半径及两侧相对差时，可从支铰中心线即钢丝线用测尺直观量至门叶面板外缘。两铰链轴孔的同轴度公差及单个铰链轴孔的倾斜度用仪器测出。臂柱两端与门叶、铰链连接板组合接触面用塞尺检查。支臂与主梁组合处的中心至支臂与铰链组合处的中心对角线相对差，支臂中心至门叶中心距离可用测尺量出。

安徽省梅山水库除险加固工程新建泄洪隧洞弧形钢闸门出厂组装经专家组验收合格，每项技术参数均满足《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》（GB/T14173-2008）要求。后经现场安装调试，闸门升降灵活、运行平稳，通过四年多实际运行，闸门封水效果良好。

三、技术经济效益评价

1.工艺技术运用提高了企业经济效益

（1）节省材料

传统采用混凝土桩墩或钢结构固定支铰装置拼装弧形闸门方法，即在宽旷且地面较平的场地，使用挖机按照闸门拼装承受荷载及拼装尺寸要求开挖混凝土桩墩基础，在上面浇筑钢筋混凝土桩墩并预埋支铰座板、连接螺栓或在基坑内焊接配载物固定支铰装置。梅山水库新建泄洪洞弧形闸门如采用传统拼装工艺，需要约2万元的混凝土、钢筋和预埋件及辅助材料。采用样轴拼装新工艺，材料费用约3千元，可节省约1万7千元。

（2）节省人工、机械使用费

图1 样轴制作图

图2 样轴定位拼装支臂图

传统拼装工艺需要挖机、吊装设备、焊接设备、混凝土浇筑振捣机械等，而样轴拼装工艺需要吊装设备、加工设备、焊接设备等，对于一般闸门制造业来说，挖机需要市场租赁。采用样轴定位工艺技术，为企业节省人工60个工日。

（3）缩短工期

梅山水库新建泄洪洞弧形钢闸门拼装计划工期20天，由于采用样轴定位新工艺技术，节省了土方开挖、钢筋混凝土浇筑及养护时间，拼装共用了5天，提前工期15天。

2.工艺技术安全可靠

（1）新工艺运行安全可靠

采用样轴定位法拼装大型弧形钢闸门，其安全问题主要是防止支臂滑移和门叶吊装。而防止滑移有效措施是现场牢固固定支臂，固定方法是在定位尺寸校正后，支臂底部用钢板垫实，在两侧用型钢打桩并浇注混凝土作支撑固定。因两支臂在装配时已通过焊接钢桁架连成整体结构，这样就保证了支臂的稳定。

门叶吊装设备一般采用大型门式桁车或起重机。施工前编制专项施工安全方案，并由技术部门组织施工、安全、质量等部门的专业技术人员进行审核，经审核合格由技术负责人签字后实施。施工时配备信号司索工、起重工等特殊工种，且人员均持证上岗，统一指挥，杜绝违章操作。

（2）新工艺运用提高了闸门装配质量

样轴定位新工艺是把闸门拼装与船舶工程常用的装配工艺技术结合在一起，摒弃了传统的固定支铰实配门叶方法，组装后的公差或极限偏差更能满足规范要求，特别是两铰链同轴度及支臂与主梁组合处的中心至支臂与铰链组合处的中心对角线相对差精度远远高于传统方法，从而提高了闸门拼装整体质量

（作者单位：安徽疏浚股份有限公司233000）

（专栏编辑：张 婷）