水电站拦河闸坝弧形闸门安装施工控制探讨

黄飞翔

（江西省水利水电建设集团有限公司，南昌 330000 ）

0 引 言

水工闸门是水利水电工程的重要组成部分，其施工过程受土建工程施工情况的影响较大，为突破其受混凝土施工、土建闸墩锚索张拉等工序的制约，应改变常规安装工序。文章依托具体工程，结合工程实际，提出先安装闸门、后锚索张拉的非常规安装方案，使闸门安装和混凝土施工、土建闸墩锚索张拉等工序并行，保证了弧形闸门安装任务的顺利完成，也为类似工程施工提供了成功经验。

1 工程概况

某水电站拦河闸弧形闸门闸孔净宽13.0m，按照防洪度汛要求，该拦河闸坝必须于2021 年6 月底前具备过流能力，所以，弧形工作闸门安装工期十分紧张，且受混凝土施工、土建闸墩锚索张拉等工序影响大。经过多方论证，决定改用先安装闸门、后锚索张拉的非常规安装方案。

2 弧形闸门安装方案设计思路

按照原设计要求展开相应部件安装时，必须先进行牛腿处锚索的张拉施工，结合所对应的实际变形量决定闸门铰座的安装数量和安装位置，测试合格后回填，待强度达到稳定后安装支臂和门叶。此外，还应当展开铰座在无闸墩张拉作用的自由状态下安装处理的可行性论证；并对铰座安装施工平台以及配套性支撑方案、结构调整及固定方案、固定措施的强度及稳固性等均展开验算。在可行性分析及相关验算的基础上，展开锚索张拉期间变形问题观测，相应提出变形过大的处治方案；同时全面论证锚索在张拉过程中发生变形后铰座所对应的安装高程、左右铰轴结构轴度值一致性等问题。

考虑到该水电站拦河闸土建施工任务重，致使弧形闸门于2021 年4 月底时仍不具备安装条件，采用常规安装方式显然无法满足防洪度汛节点工期要求。经过多方研究和论证后，确定出先进行闸门安装，再张拉锚索的施工方案，也就是将张拉过程对锚固块可能的影响以及所引起的变形量等均提前考虑，等结束弧形闸门支铰座部分安装任务并完成尺寸及精度调整后再张拉土建牛腿锚索；完成张拉施工任务后对支铰座实际安装高程、里程、铰轴同轴度等参数值展开二次复测；结合复测结果，进行支铰座控制参数微调[1]。

3 施工变形模拟分析

3.1 模型建立

应用ANSYS 有限元软件模拟分析锚索预应力施加后弧形闸门闸墩和锚固块等结构处的可能变形程度，并根据仿真结果，判断结构受力是否符合设计，并为工程应用提供参考依据[2]，所构建的有限元模型。闸墩结构和锚固块分别采用C30 和C40混凝土，混凝土弹性模量分别为3.00×104N/mm2和3.25×104N/mm2，重度均为25.0kN/m³，泊松比为0.167。

该水电站弧形闸门的安装更多考察的是结构变形，在具体计算的过程中必须沿用线弹性处理原理，同时更加关注锚固块等结构受力，由此确定出锚固区所可能对应的局域性坐标取值，进而展开更加细化的网格划分。按照集中力确定单根锚索作用力。

在闸墩和锚固块特征部位分别设置5 个测点，展开变形值模拟，结果见表1。表中垂直闸墩向变形，向内为正，向外为负；平行主锚索张拉向变形，下游为正，上游为负。

表1 闸墩及锚固块变形位移预测值

3.2 结果分析

根据以上模拟，在进行了锚索结构的张拉施工后，锚固块结构便表现出整体倾向于闸室内部并同时向上游方向发生持续性偏转的趋势特征，这就造成其与锚索张拉固结施工过程中闸墩和锚固块所共同承受的偏心受压变形同方向同取值变动。针对局域性特征更为明显的坐标体系，在对锚索施以设计张拉应力，所相应造成的锚固块部件和主锚索进行张拉的方向则表现出2.94mm 的变形，且主要变形方向偏向上游。

通过深入研究支铰各点实际发生以及可能发生的变形程度，锚固块等关键性部件则主要发生更加倾向于闸室结构内部向的具体取值为3.00mm 的整体性的偏移。设计人员务必要在支铰座螺栓等临时性部件安装操作期间充分考虑到这种偏移，并为之预留出充足的空间；此外，还应当看到，支铰各点在与锚索平行的张拉向也存在一定程度的误差，结合相关要求进行调整后，支铰各点基本围绕内侧边线向上游整体偏转19.5°。在主锚索和次锚索的综合作用下，一定程度的张拉应力作用与锚固块后，使锚固块结构表现出19.5°的偏斜，结构整体发生0.89mm 的向下变形。

根据以上结果，因闸墩及锚固块形状改变引发的结构位移较小，而支铰座固定螺孔和螺栓之间的间隙较大，这充分说明，在工程施工期间，固定铰座螺栓以及背帽调整等处治措施，均能起到较好的调整前后里程及支铰座扭转位移的目的；同时，通过调整固定铰螺栓孔及螺栓间隙，起到调节相对孔中心相对位置的目的[3]。总之，先安装后锚索张拉的弧形闸门安装方案对于该水电站工程完全适用。

4 安装施工过程

4.1 埋件安装

闸门及液压油缸支铰、侧轨、底槛等位置直接影响弧形闸门安装精度，故必须加强闸门埋件测量放线。具体而言，先测放出孔口中心线，并固定标记；在堰顶孔口基准点上架设全站仪，并通过正倒镜观测，测放出左右侧支铰中心点，两点连线即为支铰中心线；据此设置左右侧支铰座埋件中心线。通过钢卷尺这种工具围绕着支铰这个中心并沿闸室侧墙以一定的设计间距布设技术控制点，据此明确锁定门槽部位侧轨的适宜装设位置。

严格按照设计方案将闸墩处混凝土材料浇筑施工至要求高程，此后在预先标出的点位埋置槽钢，并以这些点位处所布设的槽钢结构充当埋件支铰座部件的临时性施工平台。考虑到支铰座埋件安装区域临空、临边，施工空间狭小，调整及测量难度大，为保证支铰座埋件快速安装，在支铰座安装部位下端用12#槽钢设置“板凳”形平台，并以此支撑埋件下部。通过全站仪检测埋件中心及上下高程，满足要求后加固。

位于水电站弧形闸门门槽旁侧的轨道要一次安装到顶，在按照相应尺寸调节完成底节侧轨的基础上相应加固，并逐节安装。此后，通过50m 卷尺及全站仪等测量仪器，在闸室底板左侧和右侧线形架体上依次测量并标示出控制点，该点位主要用于侧轨安装情况的对照和控制，并设置控制线，以此为基准在闸室顶部挂设线锤。通过该线锤控制侧轨位置及安装的垂直度。将测试结果与全站仪检测结果比较，保证门槽侧轨安装精度。

4.2 支铰座定位安装

按照设计要求，定位焊接支铰座牛腿墩及抗剪板上的预埋基础板，吊装支铰座并使其就位的过程中，必须充分借助导链和钢丝绳，以起到将支铰座重量快速有效传递至铰座上方承重箱型梁的作用。结合工程施工规范，必须在充分调整支铰轴中心孔位、高程及里程等关键性施工参数的基础上，将孔口中心处闸墩侧偏移绝对量控制在2.00mm 以内，同时严格控制倾斜度；待将楔子等物体充分填塞进固定铰下部和抗剪板之间的空隙后，暂时点焊楔子和抗剪板，以基本固定支铰。

4.3 支臂及门叶安装

待将下支臂吊装就位后，还应借助高强度螺栓依次展开结构支臂上部与支铰座等的连接，同时还应当将相应数量的吊耳板牢固焊接于支臂衩相应结构的上部。

安装门叶时，最开始应通过相应的吊装机械使底节门叶稳固吊置于底槛结构处，此后经过尺寸、数据等的略微调整，以确保门叶结构、孔口、主横梁、支臂等部件的中心部位全处于重合状态；同时还应使面板旁侧所设置的水封螺栓结构的中部完全与侧轨距离一致。待以上流程全部结束，则应借助型钢等基础性零件绑扎固定底节段的门叶与下方的支臂等结构，保证相应结构和部件稳定性与刚度完全满足设计要求。

4.4 预应力锚索的张拉

该水电站弧形闸门不同闸墩处所布设的主次结构的锚索均分成5 级张拉，出于有效控制到超张拉的工程施工效果，必须严格按照5300kN及1600kN 的值控制主锚索和副锚索整体张拉吨位，就具体施工期间的张拉荷载，应采取1250kN→2500kN →3750kN →5000kN →5300kN 以及375kN →750kN →1125kN →1500kN →1600kN 的控制级次。

为保证受力，采用全站仪和百分表双控技术展开预应力锚索张拉过程监测[4]。位于该水电站南侧拦河闸坝上下游的围堰处必须按要求布设相应数量的全站仪，主要展开支铰座等部件具体里程、高程等相关施工参数取值情况的实时监测；与此同时还应当在水电站弧形闸门闸墩以及锚固块等关键结构处按设计要求设置百分表，监测具体部位的变形程度。

5 监测结果及处理

为将实际施工结果与模拟结果展开比较，预应力锚索张拉期间，在各锚固块相应位置处布设5 个测点，锚固块位移值监测结果见表2。将表中实测结果和表1 预测值进行比较看出，预应力张拉结束后锚固块实际变形和预测值基本吻合，也表明该水电站弧形闸门所采用的安装技术切实可行。预应力锚索张拉前后支铰座里程、安装高程、左右铰轴度值等参数监测结果见表3，通过对表中数据的分析看出，在预应力锚索张拉施工的过程中，支铰座结构始终表现为一种不受控制和约束的自由状态，且无拉伸变形。

表2 锚固块位移实测值

表3 预应力锚索张拉前后参数值取值情况的变化

待彻底完成预应力锚索张拉施工任务后，结合实际取得的闸墩运行情况的监测数据结果，该水电站弧形闸门闸墩锚固块等关键结构垂直向所表现出的变形量最大仅为2.78mm，相应的，和主要的锚索处于平行状态的结构实际发生的变形量最大仅为2.41mm。以上所表现出的各种形式的变形，完全可以借助设计宽度为2mm 的支铰座螺栓孔间隙以及相同设计宽度的隔环结构和密封圈之间所存在的间隙得到自动消除。将支铰轴左侧向下游向偏移0.5mm，并将支铰轴右侧向上游向偏移0.5mm，以调整支铰座和锚固块连接平面内的相对扭转。按照以上操作，直至达到设计要求后，结束支铰座调整。

6 结 论

综上所述，该水电站拦河闸弧形闸门采用先安装、后锚索张拉的工艺后，实际监测结果与有限元成果基本吻合；通过承载梁及辅助设施的设置，向类似水电站工程弧形闸门安装过程的顺利展开以及锚索施工质量的控制提供了具备独立受力特征的控制系统；张拉施工次序的合理安排以及弧形闸门闸墩位移变形的实时监控量测，确保了支铰座等相应部件位置的准确调整。总之，水电站拦河闸弧形闸门先安装、后锚索张拉施工技术的成功应用，突破了土建工程施工进度的约束，使弧形闸门安装与土建牛腿锚索张拉同时施工成为可能，施工进度、施工质量及经济效益均有保证。