淺論鋼鐵復(fù)合閘門的安裝控制及應(yīng)用優(yōu)勢

施永光

淺論鋼鐵復(fù)合閘門的安裝控制及應(yīng)用優(yōu)勢

施永光

一、工程概況

江蘇省新沂市新建入沭閘工程是新沂市水利局2015～2016年度病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固工程的重點(diǎn)重建項(xiàng)目。該工程等別為Ⅱ等，主體建筑物級別為2級，次要建筑物為3級，臨時(shí)建筑物為5級。設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇；該工程總凈寬9.0m，分3孔，每孔凈寬3.0m，采用C25鋼筋混凝土箱涵式結(jié)構(gòu)，堤頂高程33.00m，箱涵洞身段長36.0m，洞身凈寬3.0m，凈高3.0m，共2節(jié)，涵底高程22.5m。

入沭閘為具備排澇和分洪雙向過流能力的重要水閘，位于新沂市主城區(qū)。當(dāng)入沭閘達(dá)到設(shè)計(jì)排澇流量19.2m3/s時(shí)，由臧圩河側(cè)向沭河側(cè)行洪，相應(yīng)臧圩河側(cè)水位為26.50m，沭河側(cè)水位為26.40m；當(dāng)分洪流量達(dá)100m3/s時(shí)，由沭河側(cè)向臧圩河側(cè)行洪，相應(yīng)沭河側(cè)水位為29.45m，臧圩河側(cè)水位為26.50m。

二、鋼鐵復(fù)合閘門概述

在以往的水利工程建設(shè)中，擋水建筑物多采用平面鋼閘門、鑄鐵閘門、混凝土預(yù)制閘門等幾種常用形式，平面鋼閘門適用于大中型水工建筑物和高水頭水工建筑物，鑄鐵閘門適用于中小孔徑和低水頭水工建筑物，而混凝土預(yù)制閘門由于結(jié)構(gòu)笨重、施工程序繁雜，近年來較少采用。

鋼鐵復(fù)合閘門是一種在近年來被逐步推廣和重視的新型金屬結(jié)構(gòu)擋水設(shè)備，它的整體構(gòu)造介于鋼閘門和鑄鐵閘門之間，兼具兩種閘門的優(yōu)點(diǎn)，采用了鑄鐵閘門門槽及鋼結(jié)構(gòu)面板的構(gòu)造形式，在工程實(shí)踐中取得了很好的使用效果。

三、入沭閘閘門選型的背景及原因

1.背景

新沂市入沭閘除險(xiǎn)加固工程位于新沂市區(qū)沭河右岸，考慮到為將來實(shí)施沭河右岸沭河之光景觀帶南延工程預(yù)留后續(xù)施工空間，入沭閘采用下埋3孔箱式涵洞的設(shè)計(jì)方案，箱涵為2節(jié)洞身，每節(jié)18m，下埋段共長36m。

2.原因

原因之一：入沭閘孔徑為3m× 3m，屬中小孔徑涵閘，因此從適用范圍角度來看，鋼鐵復(fù)合閘門符合入沭閘中小孔徑的使用要求。

原因之二：入沭閘為雙向過流涵閘，上下游水位高造成閘門擋水水頭高，因此對閘門的止水要求較高，鋼鐵復(fù)合閘門保持了鑄鐵閘門剛性止水的特點(diǎn)，且滿足雙向止水工況，因此能較好地滿足入沭閘特殊的工況要求。

四、鋼鐵復(fù)合閘門的安裝控制

1.結(jié)構(gòu)組成

鋼鐵復(fù)合閘門主要由門框、門體、導(dǎo)軌、楔緊裝置、密封面等部件組成。

門框由鑄鐵整體澆鑄而成，門框兩側(cè)自帶導(dǎo)槽，精加工之后作為門體升降的導(dǎo)軌。門框平面經(jīng)龍門刨及立車精加工，并分別加工出一道槽，鑲?cè)肭嚆~密封面。門框按最大工作水頭設(shè)計(jì)，其拉伸、壓縮和剪切強(qiáng)度的安全系數(shù)不小于5，撓度不大于構(gòu)件長度的1/1500，導(dǎo)軌的拉伸、壓縮和剪切強(qiáng)度的安全系數(shù)不小于5。

門體為根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL74-95）設(shè)計(jì)，門板上有銅密封面，門體精加工與門框側(cè)槽配合。門體上端有吊耳，門體與吊耳的兩接觸面精加工之后用螺栓固定。

導(dǎo)軌用鑄鐵制作，導(dǎo)軌面加工成與門框一樣的槽，并在平面上鑲?cè)肭嚆~，減少門體上下運(yùn)行時(shí)的摩擦力。導(dǎo)軌和門框連接的接觸部位經(jīng)精加工，用螺栓聯(lián)接，并設(shè)有定位銷防止錯(cuò)位。

楔緊裝置：

（1）每座閘門在兩側(cè)裝有可調(diào)節(jié)的楔緊裝置，當(dāng)門板處于關(guān)閉位置時(shí)，提供門板與門框支承面之間的接觸力。楔緊裝置采用鑄鐵制造，并經(jīng)精加工，以賦予最大的接觸與楔緊作用。

（2）楔緊裝置用緊固件及定位螺釘牢固地與門框上導(dǎo)軌和門板連接，并具備足夠的可調(diào)性，經(jīng)最終調(diào)整后予以固定，楔緊裝置的可調(diào)部分設(shè)在門框上。

（3）配對楔塊的傾斜角度按列要求選擇，只需在桿上施加最小的作用力就可在閘門支承面上產(chǎn)生最大的壓緊力，從而達(dá)到最佳的水密性。

密封面采用銅條分別鑲?cè)腴T框和門體上，密封面銅條鑲好之后用龍門刨銑床進(jìn)行銑削，磨削加工，保證了門框和門體之間的密切配合。

2.工作原理

閘門由啟閉機(jī)帶動(dòng)啟閉螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，在梯形螺紋作用下使螺母帶動(dòng)閘門門體上下運(yùn)行，達(dá)到截?cái)嗷蚴柰ㄋ髯饔谩?/p>

3.主要零部件材質(zhì)

主要零部件材質(zhì)見表1。

表1 主要零部件材質(zhì)表

4.安裝前的準(zhǔn)備

查看廠家發(fā)貨清單，清點(diǎn)貨物數(shù)量及緊固件、備件等數(shù)量是否與清單一致，同時(shí)做好貨物的保管工作。

閘門在運(yùn)輸過程中的變形及損傷，要進(jìn)行全面的檢查和修整，注意同規(guī)格閘門的門體、門框不允許互換。閘門未安裝前必須水平放置，防止鑄件變形影響止水效果，同時(shí)絲桿以及聯(lián)接桿不可受力彎曲。

普萊斯定律[8]中核心作者發(fā)文量：m=0.749(m為核心作者最低發(fā)文量，nmax為發(fā)文量最多的作者論文數(shù)），本研究中nmax=17，得出m≈3。由此可知，圖2中的29位作者均是我國體育教學(xué)評價(jià)研究的核心作者，這些作者是推動(dòng)我國體育教學(xué)評價(jià)研究發(fā)展的中流砥柱。

檢查土建尺寸、預(yù)埋件及預(yù)留孔等是否符合要求。入沭閘工程中預(yù)埋件為鋼板，預(yù)埋鋼板應(yīng)平直，位置準(zhǔn)確；當(dāng)預(yù)埋件為預(yù)埋螺栓時(shí)，預(yù)留孔洞應(yīng)位置準(zhǔn)確，預(yù)留孔徑不小于80mm×80mm，預(yù)留孔深度應(yīng)滿足埋螺栓埋入深度為20d。

5.閘門安裝

將閘門起吊至安裝位置，起吊時(shí)利用閘門的地腳螺栓孔起吊，注意要使門體、門框整體起吊，當(dāng)閘門規(guī)格太大或拘于現(xiàn)場位置無法整體起吊時(shí)，可將門體與門框拆解后分別起吊，但需注意保護(hù)好密封面。

通過啟閉機(jī)平臺上的預(yù)留孔，穿入啟閉繩具，將閘門整體吊起至安裝位置處，使閘門就位，通過測量門框兩面的加工面，吊線找正左右方向的位置，左右方向傾斜度小于1.5mm，然后穿入地腳螺栓（或?qū)⒙菟ù┤氚惭b孔與預(yù)埋板焊接）。

將起吊繩具穿過閘門吊耳，拉開門體，調(diào)整閘門密封面的垂直度，通過調(diào)整閘門四個(gè)角部的螺栓，使閘門密封面的垂直度誤差小于1/1000mm，并再次復(fù)核閘門左右方向傾斜度后，把四個(gè)角部的螺栓用墊鐵墊實(shí)，擰緊螺母，使其固定牢固（附壁式安裝的閘門可預(yù)先在四個(gè)角部的螺栓上一個(gè)螺母，通過上、下兩個(gè)螺母調(diào)節(jié)密封面的垂直度誤差）。

放下門體使門體與門框吻合，用塞尺檢查上、下密封面的間隙，使間隙保持在0.1mm以內(nèi)。間隙超標(biāo)時(shí)，可在該處的門框背面墊入斜鐵，同時(shí)將地腳螺栓略為旋松，直至間隙合格為止。

將閘門四周二期混凝土內(nèi)的鋼筋綁扎無誤后，用細(xì)石混凝土二次澆灌、搗固，澆灌后用振動(dòng)泵搗固堅(jiān)實(shí)，采用膨脹混凝土更佳，二次澆灌混凝土完全凝固后，再逐一檢查并緊固螺母。

當(dāng)閘門規(guī)格較大時(shí)，將導(dǎo)軌安裝就位，應(yīng)保持導(dǎo)軌與門框的直線度小于2mm。

6.啟閉機(jī)安裝

在啟閉機(jī)平臺上的預(yù)埋孔放下吊線錘，以閘門吊耳中心線為基準(zhǔn)，在啟閉機(jī)平臺上劃十字線，確定啟閉機(jī)的安裝中心。

在啟閉機(jī)底板上畫出相應(yīng)十字線，將啟閉機(jī)初步就位，搖動(dòng)手柄，旋入絲桿。

將啟閉機(jī)中心與平臺上的十字線相對應(yīng)，用水平儀調(diào)平啟閉機(jī)底板后與預(yù)埋鋼板點(diǎn)焊，將絲桿的下端與閘門吊耳就位，穿入銷軸，復(fù)查絲桿的垂直度誤差小于1/500mm，全長累計(jì)小于5mm，然后將啟機(jī)底板與預(yù)埋板焊固。

將軸導(dǎo)架架體安裝到位，與預(yù)套在絲桿上的套管用螺栓緊固，保持軸導(dǎo)架管與絲桿同心，最下部一個(gè)軸導(dǎo)架到閘門吊耳的距離應(yīng)大于閘門口徑，其余軸導(dǎo)架在閘門的啟閉過程中不得與絲桿連接套相碰。

7.調(diào)試

閘門調(diào)試工作需在二次灌漿完全凝固后方可進(jìn)行。

電動(dòng)啟閉機(jī)在接電運(yùn)行前，必須按所配套電動(dòng)裝置要求將行程限位開關(guān)和過力矩保護(hù)開關(guān)正確接線后方可進(jìn)行，打開電動(dòng)裝置外殼按下述順序操作：

（1）閘門處于全閉位置時(shí)（留有30～50mm余量），將關(guān)到位行程開關(guān)調(diào)整到位。

（2）手動(dòng)打開閘門至全開位置（閘門較大時(shí)可接通電臨時(shí)電源，點(diǎn)動(dòng)至接近全開到位，再手動(dòng)操作到位），將開到位行程開關(guān)調(diào)整到位。

（3）按電氣原理圖要求正確接線。

電動(dòng)操作1～3個(gè)全行程，觀察運(yùn)行情況，在閘門關(guān)到位、開到位時(shí)行程限位裝置應(yīng)準(zhǔn)確操作。

在閘門操作過程中，注意門體應(yīng)運(yùn)行平緩且關(guān)到位時(shí)應(yīng)無左右傾斜、卡阻，當(dāng)出現(xiàn)左右傾斜或單側(cè)卡阻現(xiàn)象時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)閘門框兩側(cè)的斜楔壓緊裝置的位置，直至正常為止。

上述調(diào)整結(jié)束后即可進(jìn)行通水試驗(yàn)。

五、鋼鐵復(fù)合閘門的應(yīng)用優(yōu)勢

1.性能優(yōu)勢

鋼閘門均在門側(cè)及門底采用橡膠止水形式，由于橡膠產(chǎn)品屬有機(jī)材料，容易隨著使用時(shí)間的延長而發(fā)生老化和磨損。當(dāng)啟閉機(jī)操作不當(dāng)且閘門后因水流驟變而產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和氣蝕等因素時(shí)，止水橡膠極容易破損或脫離止水位，從而導(dǎo)致止水失效，這時(shí)就必須更換止水橡膠，鋼閘門的止水橡膠是由螺栓緊固，裝卸緊固螺栓非常緩慢和繁瑣。

因此和鋼鐵復(fù)合閘門的封水面采用不銹鋼、黃銅或耐蝕鑄鐵相比，鋼閘門的使用劣勢非常明顯。鋼鐵復(fù)合閘門為剛性止水，止水件均經(jīng)車床精加工，鋼門體止水件與鑄鐵門框止水件貼合緊密，精度高，封水效果好。而且由于鋼鐵復(fù)合閘門止水件磨損慢，更換周期較長，即使當(dāng)產(chǎn)生較大磨損量時(shí)，亦可調(diào)整其鍥形壓塊予以重新校核，保證閘門良好的止水效果，大大減少了閘門運(yùn)行管理中的檢修工作量，省去經(jīng)常更換止水橡膠的繁瑣。

2.強(qiáng)度優(yōu)勢

鋼鐵復(fù)合閘門兼具鋼閘門和鑄鐵閘門的優(yōu)點(diǎn)，摒棄了相應(yīng)的不足之處，因此使用性能得到很好的提升。鋼鐵復(fù)合閘門的門葉由16Mn或者Q235鋼板加工制作焊接而成，而非強(qiáng)度低、韌性差的灰鐵材料。從材料學(xué)資料可查得Q235鋼較HT200材料的容許應(yīng)力有較大幅度的提升，鋼鐵復(fù)合閘門較之鑄鐵閘門在門體的強(qiáng)度和剛度方面更能滿足水工建筑物水壓大的工況要求。

3.制造優(yōu)勢

鋼鐵復(fù)合閘門的門葉可按照鋼閘門的制作要求在廠房內(nèi)依次進(jìn)行切割、加工、打磨、焊接、防腐等工藝步驟，由于鋼閘門門葉材料的強(qiáng)度較高，因此可減小門葉的結(jié)構(gòu)尺寸，避免了鑄鐵閘門的大尺寸門葉在鑄造、內(nèi)在質(zhì)量保證、加工設(shè)備匹配等方面需要面對的難題，尤其是避免了需運(yùn)用更大型加工專用設(shè)備的難題，減少了鑄鐵閘門車、銑、削等加工的作業(yè)量，只需對門框和止水件進(jìn)行精細(xì)加工即可。

4.安裝優(yōu)勢

鋼鐵復(fù)合閘門的安裝形式與鑄鐵閘門基本相同，在施工過程中的關(guān)鍵步驟是鋼鐵復(fù)合閘門的門框安裝，門框就位要做到平、正、準(zhǔn)、穩(wěn)，通過使用儀器對門框進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)、校、檢，確認(rèn)無誤后即可進(jìn)行二期混凝土澆筑?；炷吝_(dá)到安裝要求后，按照要求吊入閘門，安裝操作即全部完成，整個(gè)安裝過程操作、控制、檢查均按部就班進(jìn)行，操作非常簡單。

5.維護(hù)優(yōu)勢

首先由于鋼鐵復(fù)合閘門的封水面磨損的速度較慢，因此封水面的檢查頻率大大降低，而且不存在老化、失效和斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。其次，鋼鐵復(fù)合閘門的預(yù)埋部件和門框?yàn)殍T鐵材料，免除了對其定期進(jìn)行防腐處理的程序，只需對閘門葉進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)。

6.經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

當(dāng)處于雙向止水工況條件下，鋼鐵復(fù)合閘門較之鑄鐵閘門及平面鋼閘門在經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)勢顯著，由于鑄鐵閘門本身在門槽埋件方面比平面鋼閘門具有較高的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，因此綜合分析，鋼鐵復(fù)合閘門不適用于小型閘門，特別適合在具有雙向止水工況條件的水工建筑物中推廣使用。

六、結(jié)語

通過對鋼鐵復(fù)合閘門的安裝控制和應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析和總結(jié)，認(rèn)為鋼鐵復(fù)合閘門在病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固工程中具有較好的性能和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，其止水效果好，造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安裝維護(hù)簡便，特別適合于在有雙向止水要求工況的水工建筑物中使用，建議在今后的水利工程建設(shè)中予以推廣和應(yīng)用■

（作者單位：新沂市河海建筑工程公司 221400）