淺談西藏直孔水電站泄洪表孔弧型工作閘門安裝工藝優(yōu)化

楊忠滿, 周紅雨

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第十一支隊(duì),四川成都 610036;2.江西省九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江西九江 332000)

淺談西藏直孔水電站泄洪表孔弧型工作閘門安裝工藝優(yōu)化

楊忠滿1, 周紅雨2

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第十一支隊(duì),四川成都 610036;2.江西省九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江西九江 332000)

針對(duì)西藏特殊的地理環(huán)境及直孔水電站泄洪孔工作門安裝工程復(fù)雜的施工環(huán)境,結(jié)合有限的施工手段,優(yōu)化了施工工藝,提高了施工質(zhì)量,安全、順利、快速地完成了安裝工作,解決了直孔水電站泄洪表孔工作門的安裝技術(shù)難點(diǎn),為西藏直孔水電站實(shí)現(xiàn)按期擋水和發(fā)電目標(biāo)奠定了良好的基礎(chǔ)。

西藏直孔水電站;泄洪表孔;弧型工作閘門;安裝工藝優(yōu)化

1 概 述

西藏直孔水電站泄洪壩段表孔工作門的主要任務(wù)是在大壩運(yùn)行期間承擔(dān)泄洪作用。泄洪表孔工作弧門共設(shè)3孔,孔口尺寸為12.0 m× 16.985 m,閘門尺寸為:寬(12m)×高(11.8 m),弧面半徑為15m。底坎中心樁號(hào)0+03.196,高程3 875.615 m,弧形支鉸中心高程3 882.50 m,樁號(hào)0+016.50?；￠T門槽埋件安裝高程從3 875.615m到3 892.60m。泄洪孔工作閘門為主橫梁式斜支臂弧形閘門,雙吊點(diǎn)動(dòng)水啟閉,支鉸為圓柱鉸。閘門門體為焊接結(jié)構(gòu),門葉分為5個(gè)制造運(yùn)輸單元在現(xiàn)場(chǎng)拼裝成整體,節(jié)間采用焊接連接和螺栓連接;支臂分為上、下支臂及豎桿等制造運(yùn)輸單元,與門葉和節(jié)間采用螺栓、焊接形式連接。閘門側(cè)止水為圓頭L型橡塑水封,底止水為刀型水封。單孔門槽埋件的重量為5.8 t,單扇閘門的重量為107.8 t。工作門結(jié)構(gòu)布置見圖1、2。

2 弧門安裝特點(diǎn)

(1)特殊的地理環(huán)境。直孔水電站位于西藏自治區(qū)拉薩河中游,平均海拔3 850m以上,氧氣含量不足內(nèi)地的70%,早晚溫差比較大,施工時(shí)間短,勞動(dòng)強(qiáng)度低,孔口內(nèi)的穿堂風(fēng)比較大,給閘門埋件及閘門的安裝和焊接帶來極大的困難。

(2)埋件布置形式。工作門孔口底板為曲線弧面,底坎為斜面布置,安裝精度要求高。由于左右支鉸的錨栓改變了傳統(tǒng)的錨栓架埋設(shè)形式而采用預(yù)埋鋼板作為一期埋件,將錨栓做成魚尾板螺栓直接焊在預(yù)埋鋼板上,錨栓的安裝精度受一期埋件安裝質(zhì)量要求影響比較大,從而造成安裝施工的難度增大。

圖1 弧形閘門布置平面示意圖

圖2 弧形閘門布置立面示意圖

(3)現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制。泄洪壩段弧型工作閘門共3套,每套閘門門葉分5個(gè)制造單元,支臂分6個(gè)單元,壩面空間狹小,閘門堆放場(chǎng)地小,在壩頂僅布置一臺(tái)MQ540門機(jī)用于閘門安裝。由于MQ540門機(jī)使用年限較久,最大起重量不到20 t,故閘門門葉和支臂在安裝時(shí)必須在孔口內(nèi)拼裝。

(4)安裝質(zhì)量要求高,必須對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化。由于該電站為西藏重點(diǎn)項(xiàng)目,質(zhì)量要求高,閘門的封水情況將直接影響電站的發(fā)電,施工中受內(nèi)部和外部多種客觀因素的制約和影響,必須對(duì)這些因素進(jìn)行充分研究。在保證質(zhì)量安全的前提下優(yōu)化施工方案。

3 埋件安裝工藝優(yōu)化方案

工作門埋件主要由底坎、側(cè)軌和支鉸錨栓等組成,支鉸錨栓架與底坎結(jié)構(gòu)分別布置在屬于上下兩個(gè)壩段的位置上。由于單孔埋件的分節(jié)數(shù)量多,現(xiàn)場(chǎng)組合焊接工作量大,埋件焊接變形較難控制等工藝問題,且支鉸錨栓架為活動(dòng)式,現(xiàn)場(chǎng)拼裝難度較大,從而有必要對(duì)整個(gè)埋件系統(tǒng)安裝工藝進(jìn)行深入、詳細(xì)地研究。

3.1 支鉸錨栓安裝工藝研究

在弧門支鉸下部預(yù)埋埋件,搭設(shè)施工平臺(tái)用于安裝支鉸錨栓架。利用位于弧門支鉸下部的施工工作平臺(tái),在支鉸錨栓架一期預(yù)埋的鋼板上安裝支鉸托架,用于支鉸的安裝和調(diào)整。施工平臺(tái)及托架布置情況見圖3。

圖3 支鉸托架及施工平臺(tái)布置圖

使用閘壩壩頂?shù)腗Q 540施工門機(jī)將支鉸鉸座吊裝到位后,先將鉸座上的4根魚尾板螺栓點(diǎn)焊在預(yù)埋板上,然后按掛好的控制中心線通過鉸座的軸孔對(duì)鉸座位置進(jìn)行精調(diào),檢查驗(yàn)收合格后將其加固牢靠并將全部魚尾板螺栓焊接在預(yù)埋板上。鉸座安裝后,按照表1的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查。驗(yàn)收合格后進(jìn)行鉸座部位混凝土的回填。

表1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)表/mm

3.2 反裝法在側(cè)軌埋件安裝中的應(yīng)用

通常情況下,弧門安裝先安裝側(cè)軌埋件,待側(cè)軌埋件安裝驗(yàn)收合格且二期混凝土回填完成后安裝門葉及水封。為保證閘門封水質(zhì)量,根據(jù)直孔水電站泄洪壩段表孔工作門布置特點(diǎn),采用反裝法即先安裝閘門,后安裝側(cè)軌和水封。首先將側(cè)止水座板吊裝入槽,門槽埋件盡量靠近一期混凝土面,暫不進(jìn)行調(diào)整,只作臨時(shí)固定。側(cè)止水座板應(yīng)保證側(cè)軌與門體間預(yù)留出門體上下游側(cè)的人行通道,待閘門進(jìn)行劃弧試驗(yàn)時(shí)再進(jìn)行側(cè)止水座板的安裝、調(diào)整及加固。

3.3 埋件測(cè)量基準(zhǔn)的控制

在底坎的下游側(cè)安裝預(yù)埋板,作為測(cè)量基準(zhǔn)板,待混凝土凝固后在基準(zhǔn)板上放出孔口中心線、樁號(hào)線(0+004.196)、基準(zhǔn)高程(3 875.297 m)。底坎、支鉸托架等埋件的控制點(diǎn)均以此基準(zhǔn)點(diǎn)作為測(cè)放點(diǎn),每一個(gè)孔口內(nèi)使用一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),從而保證了埋件的安裝質(zhì)量。施工中,要對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)測(cè)量以保證測(cè)量放點(diǎn)的精度。

在支鉸托架安裝時(shí),采用以單個(gè)支鉸托架獨(dú)立安裝,二次測(cè)量放點(diǎn)控制校核的方式進(jìn)行左右支鉸托架的安裝,即先測(cè)放一個(gè)支鉸托架的安裝控制點(diǎn)進(jìn)行托架安裝,待其安裝合格后再安裝支鉸和支臂,并以該托架為測(cè)量基準(zhǔn),測(cè)放另一個(gè)托架的控制點(diǎn),對(duì)另一托架進(jìn)行安裝。實(shí)踐證明,3孔工作門共6套支鉸托架安裝的偏差值和一致性均得到保證。該測(cè)量安裝工藝符合質(zhì)量控制指標(biāo)要求,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),并在特殊的施工條件下取得了成功。

4 弧形工作閘門安裝工藝優(yōu)化方案

4.1 工作門安裝工藝

孔口內(nèi)弧形閘門安裝的施工工藝:吊裝前,在泄洪孔門槽底坎上標(biāo)出門葉就位的理論位置,并在底坎上焊接擋板防止底節(jié)門葉就位后下滑,底節(jié)門葉吊裝就位后,在底節(jié)門葉上游側(cè)采取臨時(shí)加固措施,然后安裝下支臂和支鉸。下支臂吊裝前,將底節(jié)門葉與支臂連接部位的連接板用螺栓連接好。將支臂與鉸座上的鉸鏈用螺栓連接,然后借助事先掛在下游門機(jī)軌道吊環(huán)上的倒鏈進(jìn)行下支臂的調(diào)整,調(diào)整底節(jié)門葉與下支臂的位置,待其到位后進(jìn)行點(diǎn)焊,然后依次安裝其它門葉,這種方法能消除制造工序中的單項(xiàng)誤差累積。

將上支臂和豎桿在壩頂臨時(shí)平臺(tái)上預(yù)拼裝成整體進(jìn)行安裝,目的是為了保證支臂分節(jié)單元一端與門葉、另一端與支臂褲衩聯(lián)接的準(zhǔn)確性。我們提出將制約弧門快速高效安裝的支臂部分進(jìn)行預(yù)組裝,其目的是完成對(duì)結(jié)構(gòu)到貨狀態(tài)的整體拼裝常規(guī)檢測(cè)并可在檢測(cè)合格后將支臂組合件焊接為整體,形成結(jié)構(gòu)尺寸封閉。這種施工方案的難點(diǎn)在于支臂自身裝配的精度與整體門葉之間的裝配精度須得到高度保證。

為使整體焊接工藝達(dá)到規(guī)范要求的綜合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)過仔細(xì)研究結(jié)構(gòu)特點(diǎn),制訂了有效的控制變形及收縮量的焊接拼裝方案,使主要封閉尺寸及形位偏差精度穩(wěn)定在±1.0 mm。此方案的成功應(yīng)用,為3孔大型工作弧門在極為惡劣的條件下全部順利地安裝完成創(chuàng)造了條件。

4.2 工作門水封安裝工藝

閘門門體位于非工作部位時(shí)裝配閘門止水等附件。閘門止水等附件的安裝必須在閘門做完劃弧試驗(yàn)后進(jìn)行,根據(jù)劃弧試驗(yàn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)裝配止水等附件。止水和橡皮墊板長(zhǎng)度預(yù)留有裕度,并在現(xiàn)場(chǎng)切割,止水和橡皮墊板均應(yīng)與止水壓板、座板配合后沖孔,止水和橡皮墊板接頭處采用生膠熱壓法膠合,側(cè)止水橡皮可分為兩節(jié),現(xiàn)場(chǎng)熱膠合。

5 焊接工藝設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制

正確和優(yōu)化的焊接工藝設(shè)計(jì)及完善有效的質(zhì)量控制管理是焊接施工質(zhì)量的有力保證。工作門及埋件安裝焊接的主要工作量在于工作閘門門葉節(jié)間、門體支臂間的連接焊縫以及埋件之間的對(duì)接焊縫。在焊接過程中,重點(diǎn)控制焊接質(zhì)量,確保焊縫質(zhì)量符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

(1)設(shè)計(jì)制定合理的焊接工藝,以滿足各種不同焊縫的質(zhì)量要求。工作門焊接工程量大,時(shí)間和空間跨度大,為此,針對(duì)焊接的具體要求進(jìn)行了嚴(yán)格的分類控制。如根據(jù)各種焊接位置、接頭形式和焊材的特點(diǎn),合理設(shè)計(jì)和試驗(yàn)焊條直徑、焊接電流、焊接層次、焊接道數(shù)和焊接順序等各種工藝參數(shù),以滿足焊接質(zhì)量的需要。

(2)規(guī)范焊條管理,改善施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接環(huán)境,減少焊接過程中各種不利因素的影響。由于工作門的現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)多,特別是現(xiàn)場(chǎng)埋件焊縫的焊接受局部施工環(huán)境干擾大,同時(shí)受氣候的影響較大,為此,建立了有效的保護(hù)措施,改善了焊接環(huán)境。

(3)注重對(duì)工作門焊接變形的控制。對(duì)工作門埋件現(xiàn)場(chǎng)焊縫采用合理的焊接順序,即在澆二期混凝土之前對(duì)埋件焊縫進(jìn)行水密焊,達(dá)到了防止漏漿的目的。待二期混凝土澆筑完畢且混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后,對(duì)約束狀態(tài)的焊縫進(jìn)行填充焊接,采取分層、分段、錘擊消應(yīng)力等工藝措施,有效地控制了埋件的焊接變形。待閘門門體整體和支臂安裝尺寸檢查合格后,按事先制定的焊接工藝進(jìn)行節(jié)間焊接,焊接過程中,隨時(shí)對(duì)焊接變形進(jìn)行檢測(cè)并做好檢查記錄,根據(jù)焊接變形檢測(cè)情況,適當(dāng)調(diào)整焊接順序和焊接參數(shù)。門體焊接完成后,再進(jìn)行上下支臂間豎桿的焊接。

(4)支臂拼裝方案的成功與否,最終將取決于焊接收縮量和變形的控制水平。因?yàn)楹附庸ば蜃鳛樽罱K定位控制工序,其變形直接反映于支臂結(jié)構(gòu)整體形狀位置偏差。支臂拼裝結(jié)構(gòu)要保持焊接質(zhì)量在高水平上的高度穩(wěn)定性,必須做到焊接質(zhì)量管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、制度化,以保證所有拼裝精度的一致性。

直孔水電站泄洪表孔工作弧門及埋件安裝工藝經(jīng)過多次方案研究,綜合了技術(shù)、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度及施工環(huán)境等各種因素并不斷優(yōu)化,確保了方案實(shí)施的最佳優(yōu)化。

6 結(jié) 語(yǔ)

目前該工程項(xiàng)目已全部安裝完畢,工程驗(yàn)收質(zhì)量情況優(yōu)良且已投入運(yùn)行,3孔弧門運(yùn)行情況良好,均無漏、滲水現(xiàn)象,贏得了業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位的一致好評(píng)。通過實(shí)踐檢驗(yàn),證明該安裝工藝完全滿足施工要求且安裝速度快,為西藏地區(qū)的同類工程提供了成功的范例。

(責(zé)任編輯:李燕輝)

TV 547;TV65

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1001-2184(2010)01-0003-03

2009-12-15

作者簡(jiǎn)單:

楊忠滿(1974-),男,江西九江人,參謀長(zhǎng),高級(jí)工程師,學(xué)士,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作;

周紅雨(1977-),女,江西九江人,副教授,工程碩士,從事電氣控制教學(xué)工作.