浅析葠窝水库金属结构改造工程弧门埋件安装中测量问题

张 彪

(辽宁水利土木工程咨询有限公司，沈阳 110000)

1 工程概况

葠窝水库位于辽宁省辽阳市东约40km处的太子河干流上，工程于1970年11月开工建设，1972年金属结构投入运行，1974年全面竣工。水库控制流域面积6175km2，总库容7.91亿m3，兴利库容5.08亿m3，可保证下游10.67万hm2农田灌溉，年农业供水量10亿m3，工业供水量1.12亿m3，对保护下游鞍山、海城、营口、盘锦等城市及长大、沈大高速公路发挥着重要作用，是一座以防洪、灌溉、工业供水为主，并结合供水进行发电的大(2)型水利枢纽工程[1-3]。

葠窝水库枢纽主体工程由重力式混凝土挡水坝、溢流坝、电站坝段和底孔四部分组成。坝顶高103.5m，最大坝高50.3m，坝顶长532m。拦河坝共分31个坝段，其中1-4#、22-31#坝段为挡水坝段，长217.3m；19-21#坝段为电站坝段，长40.5m，坝后式电站，4-18#坝段为溢流坝段，长274.2m，位于主河床，共14个溢流表孔，堰顶高程84.77m，设14扇12m×12m潜孔式弧形钢闸门，固定卷扬式启闭机控制。在闸墩中间布置6个泄流底孔，底孔底槛高程为60.0m，孔口尺寸为3.5m×8.0m，设6扇平板钢闸门。在2003年刚刚完成的除险加固中，新增设了弧门检修门，解决工作闸门检修时间不够的问题；更新了备用电源系统，解决了备用电源容量小的问题；更换了门机，保证了底孔工作门和检修门的启闭力；增加了启闭长廊，改善了弧门启闭机的工作环境；在弧门梁格上打孔，解决积水锈蚀问题；增加了溢流坝6孔闸门集中控制和远程电视监控(2.5km)系统等。底孔启闭机型式由原来的固定卷扬式更新为移动门机[4-6]。

葠窝水库位按300a一遇洪水设计，10000a一遇洪水校核。相应水位为100.8m及102.0m。水库最大泄流量23150m3/s。

2 门槽原始测量数据的保留

2.1 对原始数据的检测

由于历史的原因，在葠窝水库弧形工作闸门的上游未设置检修闸门及门槽，又加上年久失修，工作闸门出现漏水等问题，给闸门的运行和检修带来诸多不便，为了解决工作弧形闸门检修及更换水封等问题，此次改造工程中设计人员勘查现场实际情况后增设了14孔检修闸门门槽和1孔检修工作闸门以及对原有的弧形工作闸门门槽埋件进行拆除和重新制造和安装。根据设计给出的桩号0+0.6m的位置测设出门槽中心线以及根据原有工作弧形闸门的实际位置测设孔口中心线，工作闸门孔口中心线与门槽中心线应保持一致，根据孔口中心线测设出门槽两侧在侧墙上的相对位置，对原有的弧形工作闸门门槽二期混凝土进行凿除至设计尺寸，以便实现门槽埋件的安装及安装后重新进行混凝土的浇筑，从而实现工作闸门与重新安装后的埋件几何尺寸相吻合的需要，进而保证闸门的封水和运行的稳定性。因此在弧形工作闸门门槽二期混凝土拆除前,对闸门钢丝绳松紧度进行调整、校核，将两侧钢丝绳受力点保持同步后，再对闸门进行测量。

闸门的测量，包括测出每个闸门铰支座相对坐标，对每个弧形闸门两端弧形面板进行测量，找出孔中心线，测量出底坎的水平度、弧门支铰高程、里程，并做好记录，然后将水封拆除，把牵引钢丝绳松开，使闸门处于自由状态，用仪器检测两侧边导轨与闸门的距离，计算出理论与实际的误差。将所测的数据分析最终确定孔口中心线、高程、里程[7]。

闸门轨迹及支铰位置和孔口中心线位置测量：根据坝顶部的测量点，采用全站仪或经纬仪将坐标点引到每孔溢洪道下游的溢流面上，在溢洪道中心增加观测点，每孔设一个，然后将全站仪架于此观测点，进行观测闸门面板两端坐标，每500mm测一点，如遇障碍物时，可调整距离。同时利用该溢流孔处的坐标点进行测量闸墩门槽及钢支铰的相对坐标，测量人员站在弧形门上，安全绳挂于闸门上，将测量点绘于图纸上。此测量数据即为闸门的实际轨迹。

在拆除前要对原底坎进行平面度的测量，通过测量可以得到原门槽中心线(底坎)、孔口中心线及底坎高程返至合适位置保留并作有标记。

2.2 门槽中心线的测设

在底坎两端与边导板连接处用弯尺分中，用画针留出中心点标记，用钢板尺在中心点的垂直方向上在边墙上画垂线，然后用经纬仪在门槽即底坎的中心架设经纬仪，观察底坎两端与中心点的是否重合，这是检验底坎是否保持直线度，并记录在案。同时要观察底坎中心是否与门叶底缘中心是否保持平行，若出现底坎中心与门叶底缘中心不平行度甚至较大的倾斜，要在重新放线过程中要得以纠正，把重新调整后的底坎测设中心点用油漆笔返到侧墙上，并要保留检验点，每侧可着重留两点标记(两点必须在边导板的凿除范围之外)，以便在安装过程中得以控制。新门槽埋件安装时的基准即门槽中心线(底坎)、底坎高程要以测设后预留门槽中心线与高程点作安装基准。

2.3 孔口中心线的测设

该工程的金属结构改造是保留原有弧门，拆除原有边导板及底坎，因为原溢流坝弧形闸门与埋件的安装偏差较大，因此新埋件的安装以弧门的运行轨迹为基础，以弧门中心线为基准，采用实测数据对边导板安装进行指导。用钢盘尺以底坎两端的中心点测量出底坎实际的长度(图纸设计尺寸为12m)，此时测量的中心点为原孔口中心点，在底坎一端立经纬仪，测量出经过孔口中心点的底坎的垂线，作为原孔口中心线，做好标记以方便与门叶中心线进行比照。

2.4 底坎高程的测设

采用高程传递法，即在坝面上和底坎上同时架设水准仪或经纬仪，向下返大尺，在保证大尺充分垂直和牵引力的情况下两台仪器同时读数，通过测量的数据计算出底坎的实际高程(即原底坎与设计的差值)。在原底坎平面度较好的情况下(高程差在±5mm以内)，由底坎两端翼缘及中心向上返等距离线(500mm以下)，标记在边墙上，如果标记点在混凝土凿除范围内，用水准仪将标记点平移到凿除范围外边墙上。如果原底坎平面度偏差较大，超过规范允许范围，则从水库高程基准点重新测量，底坎中心高程为：84.77m。

3 新安装门槽基准的确定

3.1 门叶的分中

用钢盘尺在闸门底部门叶面板上分中，画中门叶中心线，注意分中时尽量选择面板边缘比较完整的部分。

3.2 底坎中心与门叶中心实测偏差

将闸门启升，底缘距底坎高度为110mm、1200mm、2000mm时测量闸门顶部、底部面板边缘与边导板距离，以下是参窝水库工程溢流坝6#弧门升降时的数据见表1。

表1 6#弧门升降时的数据见表

通过门叶的升降得出结论：门叶中心与底坎中心偏差接近13mm。

3.3 闸门底缘检测

在门叶底缘距底坎2m范围内，南侧低，北侧高，相对高差6.5mm。

3.4 门叶运行情况

在溢流面上架设经纬仪，在闸门底缘中心做标记，闸门启闭过程中跟踪观测标记点，基本没有发生偏移，说明闸门运行平稳。

3.5 两个中心的复合

反复启闭闸门观察门叶中心线与原孔口中心线的偏离情况，并做记录，如果数据偏差较稳定且不大15mm时，按此时门叶中心线确定孔口中心线，当测得数据偏差不稳定，且数值超过15mm时，需将数据进行分析决定新的孔口中心线。

3.6 安装边导板线架

测设出门槽孔口中心线以后，在门槽中心点或者在底坎距离侧墙500mm的位置上立经纬仪，在侧墙上用电锤钻眼，然后用准备好的膨胀螺栓把线架固定好，要检查线架的牢固性。同时用水准仪监测四个线架是否在同一高程上，挂好线架以后拉大尺同时用经纬仪测量出从孔口中心至边墙两端预留出的距离(也是两端安装时的挂线基准点)用锯条割好切口，以便为安装时留有标记[8]。

4 底坎及边导板的安装

4.1 工作门底坎安装

根据上面测得的数据，新安装底坎中心向北侧偏移6mm进行安装，保证门叶完全落下时，门叶中心与底坎中心一致。

底坎安装前，把预埋筋焊成整体支架，架面高程低于底坎底面10-20mm留出调整空间，底坎的安装中心线是利用已有的门槽中心线和孔口中心线来控制的，底坎中心线对门槽中心线和孔口中心线偏差均不得超过±2mm，底坎吊装就位时，利用调整螺栓调整底坎至规定高程，利用门槽两侧的控制点，拉三条相互平行的钢线(其中一条为中心线、另二条在中心线的两侧，控制底坎两侧高程)，每隔0.5m测量一点，以保证底坎高程，高程误差控制在±1mm以内，工作面组合处错位控制在1mm以内，工作面的扭曲根据工作面宽而定，最大不超过2mm。用线架的方式调整完底坎以后不要加固，一定要用水准仪重新测量一遍，因为底坎越长，线架所产生的塌拉度也就越大，用线架的找正方法仅适用于粗基准的调整，不适用于精基准的要求，尤其是在底坎中间的位置上要比两端至少低2mm。这也是多年来安装埋件得出的经验数值[9]。

4.2 弧门埋件的安装

首先进行预留槽处理，拆除原边导板后，在一期混凝土上按图纸要求植加固筋，保证外露锚筋有足够搭接长度。通过测量给出闸门中心线，根据施工图纸确定几个安装控制点，分别在边导板下端的两侧，由控制点构成的控制面距边导板工作面50-100mm，由此可控制埋件的垂直和扭曲度。另外控制边导板止水座板中心与支铰中心的半径也是安装的关键，必须给出控制点，在侧墙上放出一条垂直的基准线，用三角函数计算出边导板止水座板中心到基准线的理论距离，根据此数据用钢卷尺用力拉紧直接找出此控制点。在安装前根据编号做出组装记号，根据编号自下而上安装，先调整好下节并加以固定，再吊上一节，侧止水座板在工作范围内，对孔口中心线安装偏差不超过±2mm，在工作范围外时，对孔口中心线安装偏差不超过(-2mm，+4mm)，轨面扭曲值根据工作范围内表面宽度决定，一般不超过2mm。

5 新门槽埋件安装后的测量

底坎安装后测量数据，以参窝水库工程溢流坝6#弧形门测量的数据为例见图1。

5.1 底坎绝对高程

底坎安装验收时，测量过程及结果如下：由北岸坝顶基准点A(高程：103.71894)，向9#灯柱观测点B返点，高差116.94mm，得此点高程：103.602，仪器高为1223.5mm，

在孔口上方返与仪器视线同高点C，用盘尺拉出与D点距离，为18730mm，D点为底坎高程留在边墙上的标记点，与底坎高程差为1326.5mm，因此得出底坎绝对高程：

B-(Lcd-Lcb)-Lde=103.602-(18.730-1.2235)-1.3265=84.769比理论高程84.770低1mm。

图1 底坎绝对高程测量示意图

5.2 底坎中心的确定

底坎安装加固以后，落闸门，由于闸门底缘存在倾斜，通过对启闭机卷筒的调整将倾斜从6.5mm，调整至2mm，此时门叶底缘从南至北13m基本水平，剩余的1m左右面板底缘存在一定变形，因此不再进行调整。启闭机调整后，门叶与边导板的相对位置没有发生改变,根据底坎中心对底坎进行盘头。

5.3 边导板安装后的验收

边导板安装以后要进行整体验收，根据《水电卷5018-2004规范》要求边导板的直线度不允许超过2mm，接头错位不允许超过1mm。安装后的边导板从整体上防止出现棱形和平行四边形，这是安装的大忌，既要保证一侧边导板的直线度，又要保证边导板的垂直度，要从两侧的基础挂线检测和整体综合检测来确定边导板的安装是否达到设计要求以及安装精度如何。同时预埋件与锚筋的焊接要合理、可靠，防止在浇筑中出现位移。只有在检测达到合格以后才能进行启闭落闸试验：将门叶用启闭机缓缓落到安装后的底坎上，将闸门完全落在底坎上(注意底坎防腐漆的保护)，观察闸门中心与底坎中心的复合情况。人工对门叶两侧止水螺孔与边导板的水平间距进行测量，可以每间隔4-5个螺孔测量一组，测量数据做好记录。安装后的边导板与门叶螺孔的距离是安装水封以及对水封螺孔位置的确定起到关键的作用，它又是安装新水封的重要有利依据和保证，安装达到合格以后才能进行下道工序。

6 橡胶水封及侧轮的安装

橡胶水封安装时要先与水封压板配钻螺栓孔，因为是改造工程，螺栓孔的位置要充分考虑闸门门叶的实际情况，利用上面已测得数据，即门叶螺栓孔与边导板的距离，在橡胶水封钻孔时适量调整螺栓与水封球头外缘的距离，以保证封水质量和合适的压缩量，水封压缩量的大小直接关系到水封的寿命。闸门埋件及水封安装后门体起升自如，封水效果较好。

7 结 语

闸门埋件及水封安装后门体起升自如，运行状况良好，未出现因尺寸不稳定造成的功能缺陷；未出现任何卡阻及倾斜的现象的发生，封水效果较好。此方案在金属结构门槽改造工程中得到了有效的应用和推广，具有可操作性和实用性。