三峡船闸人字门底枢检修低位顶门方案

陶 然，陈 飞，陈明华，龙宇恒

(长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443002)

近年来，三峡过坝运量迅猛增加，三峡船闸已呈现满负荷运行状态，船闸人字门运行频次高，加速了底枢球瓦和蘑菇头磨损、密封件损坏、球瓦油道堵塞等，影响人字门的安全稳定运行，须定期实施门体顶升进行底枢检查与修理。2011—2018年，三峡船闸共进行了6次计划性停航检修，目前人字门检修通常是在计划性停航检修期间，采用高位顶门检修工艺，须同时拆除顶枢启闭机构、顶门、固门等，适合工期较长的人字门计划性大修项目。

历次三峡船闸计划性停航检修工程还未进行过底枢装置整体移出检修。当人字门底枢日常运行中由于磨损引起接触面减少、接触表面磨痕，发生突发故障需要进行底枢修理或更换时，如何快速将底枢拆除、移出及更换回装，尚无成熟的施工工艺可借鉴。为满足快速检修需求[1]，提出人字门低位顶门底枢修理方案，为三峡船闸人字门顶门检修提供备选方案。

1 三峡船闸人字门顶门检修

1.1 人字门顶门检修分类

根据门体顶升高度，人字门顶门检修可分为高位顶门和低位顶门[2]。

1)高位顶门。拆除人字门顶枢，同时解除启闭机活塞杆与门体的连接，安装固门装置，将门体与底枢共同顶升至蘑菇头底面高于底坎不锈钢止水面，底枢沿垂直于闸室中轴线的方向移出，通常顶门高度较大，称之为高位顶门。

2)低位顶门。无须拆除人字门顶枢和解除启闭机活塞杆与门体的连接，取出顶枢A杆与人字门下耳板之间垫片(图1)，利用其产生的间隙，将门体与底枢共同顶升高度为25 mm以内，拆除蘑菇头垫板、顶盖铰制孔螺栓，割除一段止水座板，底枢沿人字门门宽方向移出，称之为低位顶门。A杆与门体下耳板之间安装有垫片和垫圈，分别为垫片δ=2 mm和δ=1 mm各1块，垫圈δ=10 mm和δ=5 mm各2块。

图1 顶枢垫片、垫圈(单位：mm。下同)

1.2 顶门高度选择

对于三峡船闸人字门的检修，高位顶门和低位顶门各有利弊。在检修时，可以从实际需要和工期要求出发进行顶门高度的选择。

1)根据历年三峡船闸计划性停航检修情况，由于未取出底枢顶盖，人字门高位顶门在680 mm，在顶门落门过程中以及顶枢回装期间，门体约束完全解除，仅靠固门装置作为安全保证，增加了门体稳固风险；而低位顶门，顶枢及启闭机构不需要拆除，人字门本身的防倾倒能得到保证。

2)高位顶门在落门回装时，底枢顶盖球瓦与蘑菇头安装位之间会存在一定的偏差，最大可达30 mm，须靠蘑菇头与球瓦之间的接触面对门体下落进行导向，会损坏底枢密封件。

3)低位顶门工作量较小，工期可控；高位顶门工作量大，由于需要拆除顶枢，不确定因素多，工期不可控，而且高位顶门的前期准备工作量大，时间相对紧张。

4)低位顶门存在需要割除一段固定止水座板、处理一部分底枢埋件、破坏一段支垫块环氧垫层等技术难点。

2 低位顶门底枢移出检修方案

2.1 技术难点

人字门在低位顶门情况下，底枢整体移出检修面临诸多技术难点：人字门低位顶门高度确定、蘑菇头垫板拆除、底枢装置整体移出方向、人字门止水座板割除长度等。

2.1.1人字门低位顶门高度的确定

低位顶门情况下，由于顶枢没有拆除，A杆与门体下耳板之间的垫片和垫圈对顶门高度有所限制，必须取出部分垫片和垫圈(图2)，确保人字门存在低位顶门空间，同时由于A杆固定于锚架，顶升过量会造成A杆或门体结构损伤。

图2 取出顶枢垫片、垫圈

垫片为U形，垫圈为O形，考虑到低位顶门底枢检修的需要，可在三峡船闸计划性停航检修中，对O形垫圈改造更换，全部采用U形方式。利用32 t螺旋千斤顶对A杆施加支撑，释放承重将垫片、垫圈取出，预留顶门空间。

为了确保低位顶门安全可靠，顶门高度须小于A杆与门体下耳板之间的间隙，顶门过小也不利于底枢装置的整体移出。根据现场对每扇门的实测数据，以中北四人字门为例，A杆与门体下耳板实测间隙为30 mm，则中北四人字门低位顶门高度确定为25 mm。

2.1.2蘑菇头垫板拆除

垫板位于蘑菇头底部，对蘑菇头起限位作用，垫板半圆挡块伸出蘑菇头圆形底座高度为95 mm，与蘑菇头圆形底座上平面齐平，蘑菇头垫板安装位置见图3，而上述低位顶门高度为25 mm，所以不拆除蘑菇头垫板无法将底枢移出。人字门低位顶门后，拆除蘑菇头垫板与底座12颗M42×135的连接螺栓，拖出垫板，消除底枢移出障碍。

图3 蘑菇头垫板安装位

2.1.3底枢装置整体移出路径

根据人字门顶门现场布置情况，底枢整体从闸墙方面移出空间不够，可从3、4号同步顶之间或人字门背水面即4号顶与门坎之间移出。底枢整体移出路径见图4。

1)底枢从同步顶之间移出。3、4号同步顶(400 t)之间最大间距约为2 666 mm，底枢最大外型尺寸(位于顶盖)为1 950 mm×1 866 mm，移出过程与3、4号同步顶的最小间距约为358 mm，能够满足底枢装置整体移出空间，但移出方向存在止水座板、同步顶、液压油管、传感器、通信电缆等干扰，移出过程装备须行走至少7 800 mm才能将底枢移出门体底部，不确定因素多。

2)底枢从人字门背水面移出。门坎到4号同步顶之间的最大间距约为2 887 mm，底枢移出过程与门坎、4号同步顶的最小间距约为468 mm，能够满足底枢装置整体移出空间，移出过程装备行走约3 800 mm就能将底枢移出门体底部。该移出方向的优点是移出空间大、装备行走距离短。

2.1.4人字门止水座板割除长度

人字门止水座板阻碍底枢装置整体移出，可先割除止水座板干涉段，在底枢检修完毕回装后焊接恢复。底枢从3、4号同步顶之间移出，止水座板须割除长度约为4 900 mm，位于活动座板右边界至3号同步顶附近(图5)，才能保证移出过程底枢不与止水座板发生碰撞。

底枢从人字门背水面移出，即门坎与4号同步顶之间移出，止水座板须割除长度约为2 300 mm，位于活动座板右边界至止水座板第1处圆弧过渡段(图6)，才能保证移出过程底枢不与止水座板发生碰撞。该移出方向的优点是止水座板割除长度短、修后焊接恢复难度较小。

图5 同步顶之间移出止水座板割除段

图6 背水面移出止水座板割除段

2.2 移出方案

1)在三峡船闸计划性停航检修中，对O形垫圈改造更换成U形方式。利用螺旋千斤顶对A杆施加支撑，释放承重，取出垫片、垫圈，预留低位顶门空间。低位顶门高度确定为25 mm，小于A杆与门体下耳板之间的间隙5 mm。

2)低位顶门后，拆除蘑菇头垫板与底座12颗 M42×135的连接螺栓，拖出垫板，消除底枢移出障碍。

3)从人字门背水面移出，底枢装置整体移出空间较大，移出过程装备行走距离相对较短，对比其他移出方向优势明显。

4)从人字门背水面移出，止水座板须割除长度约为2 300 mm，位于活动座板右边界至止水座板第1处圆弧过渡段，止水座板割除长度相对较短[3-6]。

3 底枢移出装备及配套工装应用

3.1 底枢移出小车

研制一种底枢装置整体移出装备，实现在人字门低位顶门状态下底枢装置的快速移出及修后回装。该装备采用轨道式(图7)，主要包括：底枢工作位基础延伸到人字门外侧的导轨，轨道上设有移动小车，车上有高度可调节支架，该支架采用2套液压油缸伸缩调节，上、下支架通过活动连接板连接，支架底部为万向轮，支架顶部布置有钢板，钢板上设圆柱形滚动体，支架伸出段设有底枢移出平台，平台两侧设置有吊耳，吊耳与液压油缸采用刚性或柔性连接，液压油缸布置在支架顶部固定支铰上，同时在移动小车上设置液压泵站和操作平台。移动小车上平面高于底枢工作位基础上平面，高差为支架伸出段厚度。

若低位顶门25 mm，利用轨道式移出装备将底枢装置整体下降160 mm，再向人字门背水面移出底枢，底枢顶盖上平面与门体底端底间隙为35 mm，满足底枢整体移出空间要求。采用轨道式移出，随轨道方向前行，移出过程稳定性强，且不会占用较大空间。

图7 轨道式底枢装置整体移出装备

3.2 底枢移出配套工装

1)顶盖与蘑菇头连接工装。根据历次三峡船闸人字门底枢检修经验，底枢结构顶盖和蘑菇头之间无连接件，人字门顶升过程中不能整体升降。利用底枢蘑菇头法兰，设计专用工装，在人字门顶升时将顶盖和蘑菇头整体连接，以便于底枢整体移出检修。

2)铰制孔螺栓拆除工装。铰制孔螺栓在水下恶劣工况运行10多年，由于长期受剪，个别可能出现变形挤卡，拆除难度大，影响拆除时间。根据铰制孔螺栓结构及安装方式，设计铰制孔螺栓拆除工装(图8)，包括2个材料为40 Cr的半圆柱夹紧工装，装置一端为深35 mm的半六方孔，2个半圆柱夹紧工装通过2组M16×200螺杆、螺母相连，夹紧顶盖与门体连接的铰制孔螺栓六方，在工装4处细牙螺纹孔上安装M16×1.5-260的螺栓，级别为12.9级，材料为40 Cr，螺栓头部为六方，内开内六角槽，通过扳手紧固，施加反作用力将铰制孔螺栓拆除。

3)底枢移出移入顶盖固定工装。底枢顶盖在拆除铰制孔螺栓后，由于重心在设置筋板结构部位，在底枢整体移出移入过程中必须可靠固定，根据顶盖结构采用16 t螺旋千斤顶与花篮螺栓结合的方式，依靠2台螺旋千斤顶与蘑菇头的三点支撑和2套花篮螺栓的牵拉实现稳固。

图8 铰制孔螺栓拆除工装

4 结论

1)三峡船闸人字门底枢日常运行中可能存在突发故障，在不拆除顶枢构件的情况下，进行人字门低位顶门底枢移出检修方案是可行的。

2)低位顶门底枢移出技术难点为：低位顶门高度确定、蘑菇头垫板拆除、底枢装置整体移出路径和人字门止水座板割除长度的确定。

3)本文提出的移出方案，结合底枢移出装备及配套工装，适用于三峡船闸人字门低位顶门底枢移出检修，可为底枢移出检修提供参考。