水利工程論文-三峽永久船閘金結(jié)安裝研究摘要：三峽雙線五級(jí)船閘水頭113m單級(jí)最高工作水頭45.2m，閘室有效尺寸280m34m5m。共設(shè)人字門(mén)24扇，總重20000t，預(yù)計(jì)整體調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1年之久，安裝時(shí)間將不足兩年。影響工期的制約因素是門(mén)體吊裝和運(yùn)輸，而決定安裝質(zhì)量的是門(mén)體焊接變形控制。第二閘首人字門(mén)安裝是關(guān)鍵，有就地頂升法和浮式移位法。后者可使底坎混凝土澆筑時(shí)間縮短20天，移位操作時(shí)間縮短12天，停航時(shí)間縮短62天。關(guān)鍵詞：三峽永久船閘金結(jié)安裝人字門(mén)方案優(yōu)化1雙線五級(jí)船閘的運(yùn)行條件三峽雙線五級(jí)船閘，是世界上目前最大的多級(jí)船閘。水頭113m，單級(jí)船閘最高工作水頭45.2m，閘室有效尺寸280m34m5m。第一閘首長(zhǎng)70m，高程185m，閘室長(zhǎng)265m。第二閘首長(zhǎng)43.5m，高程185m，閘室長(zhǎng)263.5m。第三閘室長(zhǎng)43.5m，高程160.0m，閘室長(zhǎng)265.5m。第四閘室長(zhǎng)度41.5m，高程139m，閘室長(zhǎng)265.5m。第五閘室長(zhǎng)度52.8m，高程116.67m，閘室長(zhǎng)254.2m，第六閘室長(zhǎng)度56.0m，高程98.75m。該船閘是三峽水利樞紐三大建筑物之一，是三峽工程建完后長(zhǎng)江航運(yùn)的主要通道，貨運(yùn)能力為5000萬(wàn)t/年，船隊(duì)過(guò)閘總歷時(shí)約為2.35h。由于升船機(jī)推遲建設(shè)，運(yùn)行初期，船閘將成為樞紐唯一的航運(yùn)通道，因此必須保證船閘按期通航。由于該船閘金屆結(jié)構(gòu)及設(shè)備數(shù)量眾多，對(duì)整體設(shè)備質(zhì)量及安裝調(diào)試的要求將更高。其中船閘的人字門(mén)運(yùn)行中啟閉最為頻繁，它與輸水系統(tǒng)閥門(mén)協(xié)調(diào)工作，以調(diào)整閘室水位。當(dāng)其中任何一扇閘門(mén)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)具備將閘門(mén)迅速移位進(jìn)行檢修處理的手段，操作人字門(mén)和輸水系統(tǒng)工作閥門(mén)的啟閉系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)行可靠。2人字門(mén)安裝方案的優(yōu)化三峽雙線五級(jí)船閘，每線6個(gè)閘首，每個(gè)閘首安裝兩扇人字門(mén)，共計(jì)24扇高度不同的人字門(mén)，其寬度和厚度分別為20.2m與3.0m。最高的第二閘首人字門(mén)高為38.5m，重828t。人字門(mén)總重約為20000t，預(yù)計(jì)整體調(diào)試時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)一年之久，這樣，留給人字門(mén)安裝的工期就不足二年。在雙線五級(jí)船閘中，人字門(mén)是關(guān)鍵設(shè)備，其安裝質(zhì)量的優(yōu)劣與能否達(dá)到預(yù)定安裝控制工期將直接影響液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、充泄水閥門(mén)的安裝和系統(tǒng)整體調(diào)試。因此要求保證2003年汛前通航，必須保證所有人字門(mén)安裝、調(diào)試都按控制進(jìn)度完成。國(guó)內(nèi)外大型船閘的施工經(jīng)驗(yàn)表明，影響直線工期的制約因素是門(mén)體的吊裝和運(yùn)輸，而影響閘門(mén)質(zhì)量的關(guān)鍵因素是門(mén)體焊接變形控制。人字門(mén)門(mén)體分節(jié)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備而定。與閘室混凝土澆筑共用的起重機(jī)是在第一級(jí)、第三級(jí)和第五級(jí)閘室底板上架設(shè)的80t高架門(mén)機(jī)。起重機(jī)軌道應(yīng)布置在閘室底板的承重梁上，并要避開(kāi)底字門(mén)的分節(jié)段數(shù)可控制在12節(jié)。第一級(jí)閘室底板上安裝的高架門(mén)機(jī)可控制第一、第二閘首共4扇人字門(mén)安裝，還可協(xié)助第一閘首前的檢修閘門(mén)和疊梁安裝。第三級(jí)閘室底板的高架門(mén)機(jī)可控制第三、第四閘首4扇人字門(mén)及其他啟閉機(jī)的安裝。第五級(jí)閘室底板的高架門(mén)機(jī)可控制第五第六閘首4扇人字閘門(mén)及啟閉機(jī)安裝，以此類(lèi)推。人字門(mén)的門(mén)體由金屬結(jié)構(gòu)拼裝基地利用大型平板車(chē)運(yùn)至永久船閘環(huán)形公路，用80t高架門(mén)機(jī)直接卸車(chē)。輸水廊道的反弧形閘門(mén)尺寸為9.20m6.45m7.23m(長(zhǎng)寬高)，重達(dá)86.6t，已超出閘室中高架門(mén)機(jī)的起吊能力，可經(jīng)環(huán)形公路運(yùn)至安裝孔口，由300t履帶起重機(jī)卸車(chē)吊裝。由于人字門(mén)安裝工序復(fù)雜，一扇人字門(mén)從預(yù)埋枕墊和底樞安裝，到門(mén)體調(diào)整完畢最少要200天，因此24扇人字門(mén)要開(kāi)設(shè)12個(gè)工作面才能滿足年安裝10000t的要求。由于人字門(mén)受水壓后利用三鉸拱的力學(xué)原理將巨大的水推力傳遞到閘墻上，同時(shí)又使閘門(mén)的止水密封壓合，因此除控制門(mén)體的主要尺寸(門(mén)體長(zhǎng)、寬、高)外，還要求焊接成形后，門(mén)體正面與側(cè)面直線度偏差不能大于4mm。對(duì)如此巨大的門(mén)體焊接變形值的控制，在葛洲壩1、2號(hào)船閘人字門(mén)體焊接時(shí)已歸納總結(jié)一套成熟的經(jīng)驗(yàn)：嚴(yán)格控制門(mén)體橫斷面重心軸距面板的距離。三峽船閘所有人字門(mén)重心軸都偏向上游面，重心軸距面板為1.05m(約為整個(gè)門(mén)體厚度的1/3)。焊接從二側(cè)邊柱開(kāi)始，然后翼板、縱隔板，最后焊接面板。焊接中如有超差，可用改變縱隔板與主梁腹板角焊縫校正。3第二閘首移位優(yōu)化方案船閘在水庫(kù)水位蓄至135m開(kāi)始通航，工程建完后蓄水位為175m。按常規(guī)，第一和第二閘首人字門(mén)的高度將大于47.5m，將超過(guò)我國(guó)目前的制造能力。由于第一閘首在運(yùn)行初期152.0156.0m水位時(shí)，可用事故檢修門(mén)臨時(shí)擋水作為第一閘首工作門(mén)使用，故第一閘首人字門(mén)可按后期運(yùn)行水位145.0175.0m水位設(shè)計(jì)人字門(mén)的高度(37.5m)。由于可利用檢修門(mén)擋水，第一閘首人字門(mén)可在2009年工程完建后，將底坎澆至140.0m高程再安裝人字門(mén)一次到位。運(yùn)行初期第二閘首人字門(mén)安裝是在130m高程的底摳上進(jìn)行的。當(dāng)水位蓄至165.0m時(shí)，第二閘首人字門(mén)已不能滿足運(yùn)行要求，需將底樞拾高進(jìn)行第二次安裝(圖1)。二閘首人字閘門(mén)重為828t，加上淤積在門(mén)體上泥沙的重量，總重將達(dá)1040t。如此巨大的門(mén)體要舉升10m高度并非易事。經(jīng)研究，認(rèn)為下述二種方法都是行之有效的。圖1二閘首人字門(mén)頂升安裝示意圖3.1人字門(mén)就地頂升法人字門(mén)就地頂升，在葛洲壩2號(hào)船閘底樞檢修時(shí)已實(shí)踐過(guò)。當(dāng)時(shí)的頂升高度僅1m左右，頂升方法比較簡(jiǎn)單，不需設(shè)置過(guò)渡頂升架，將門(mén)體一次頂升到位。三峽船閘二閘首人字門(mén)需頂升10m，為了保證安全，要將被頂升的閘門(mén)?？吭谂c閘墻邊線成12。夾角的接近全開(kāi)位置。在閘室頂部設(shè)置三套100t滑車(chē)組，并在閘墻上埋設(shè)固定導(dǎo)向軸。隨閘門(mén)頂升，沿固定軸滑動(dòng)的導(dǎo)向架焊在門(mén)體面板上。閘門(mén)頂升利用底部埋設(shè)于閘首基礎(chǔ)上的4個(gè)支承架，使用500t液壓千斤頂作為主要頂升工具，每次頂升行程0.5m，頂升時(shí)人字門(mén)的重量由四個(gè)支承架承擔(dān)。每頂0.5m后在縮回液壓千斤頂前，墊人一節(jié)頂升架防止門(mén)體下降。每節(jié)頂升架高度略小于0.5m，由輔助滑輪將前節(jié)頂升吊起后由底部墊入后一節(jié)頂升架，再用螺栓將兩節(jié)頂升架連接成整體。閘門(mén)每升5次即頂高2500mm，然后用鋼圈梁增加整體剛度。當(dāng)閘門(mén)頂升到位后，頂升架將作為永久支承澆筑到混凝土中?；炷吝_(dá)到70%強(qiáng)度后，利用液壓千斤頂將閘門(mén)緩緩下降落到提高后的底樞上，然后套人頂樞A、B拉桿，調(diào)正門(mén)體的垂直度，直到門(mén)體安裝符合規(guī)范要求為止。人字門(mén)就地頂升的優(yōu)點(diǎn)是施工機(jī)具簡(jiǎn)單，靠施工單位的力量即可解決；缺點(diǎn)是頂升的速度較慢，最短的施工停航時(shí)間為90天，(含混凝土澆筑70天)，對(duì)通航有一定影響。1雙線五級(jí)船閘的運(yùn)行條件三峽雙線五級(jí)船閘，是世界上目前最大的多級(jí)船閘。水頭113m，單級(jí)船閘最高工作水頭45.2m，閘室有效尺寸280m34m5m。第一閘首長(zhǎng)70m，高程185m，閘室長(zhǎng)265m。第二閘首長(zhǎng)43.5m，高程185m，閘室長(zhǎng)263.5m。第三閘室長(zhǎng)43.5m，高程160.0m，閘室長(zhǎng)265.5m。第四閘室長(zhǎng)度41.5m，高程139m，閘室長(zhǎng)265.5m。第五閘室長(zhǎng)度52.8m，高程116.67m，閘室長(zhǎng)254.2m，第六閘室長(zhǎng)度56.0m，高程98.75m。該船閘是三峽水利樞紐三大建筑物之一，是三峽工程建完后長(zhǎng)江航運(yùn)的主要通道，貨運(yùn)能力為5000萬(wàn)t/年，船隊(duì)過(guò)閘總歷時(shí)約為2.35h。由于升船機(jī)推遲建設(shè)，運(yùn)行初期，船閘將成為樞紐唯一的航運(yùn)通道，因此必須保證船閘按期通航。由于該船閘金屆結(jié)構(gòu)及設(shè)備數(shù)量眾多，對(duì)整體設(shè)備質(zhì)量及安裝調(diào)試的要求將更高。其中船閘的人字門(mén)運(yùn)行中啟閉最為頻繁，它與輸水系統(tǒng)閥門(mén)協(xié)調(diào)工作，以調(diào)整閘室水位。當(dāng)其中任何一扇閘門(mén)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)具備將閘門(mén)迅速移位進(jìn)行檢修處理的手段，操作人字門(mén)和輸水系統(tǒng)工作閥門(mén)的啟閉系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)行可靠。2人字門(mén)安裝方案的優(yōu)化三峽雙線五級(jí)船閘，每線6個(gè)閘首，每個(gè)閘首安裝兩扇人字門(mén)，共計(jì)24扇高度不同的人字門(mén)，其寬度和厚度分別為20.2m與3.0m。最高的第二閘首人字門(mén)高為38.5m，重828t。人字門(mén)總重約為20000t，預(yù)計(jì)整體調(diào)試時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)一年之久，這樣，留給人字門(mén)安裝的工期就不足二年。在雙線五級(jí)船閘中，人字門(mén)是關(guān)鍵設(shè)備，其安裝質(zhì)量的優(yōu)劣與能否達(dá)到預(yù)定安裝控制工期將直接影響液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、充泄水閥門(mén)的安裝和系統(tǒng)整體調(diào)試。因此要求保證2003年汛前通航，必須保證所有人字門(mén)安裝、調(diào)試都按控制進(jìn)度完成。國(guó)內(nèi)外大型船閘的施工經(jīng)驗(yàn)表明，影響直線工期的制約因素是門(mén)體的吊裝和運(yùn)輸，而影響閘門(mén)質(zhì)量的關(guān)鍵因素是門(mén)體焊接變形控制。人字門(mén)門(mén)體分節(jié)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備而定。與閘室混凝土澆筑共用的起重機(jī)是在第一級(jí)、第三級(jí)和第五級(jí)閘室底板上架設(shè)的80t高架門(mén)機(jī)。起重機(jī)軌道應(yīng)布置在閘室底板的承重梁上，并要避開(kāi)底字門(mén)的分節(jié)段數(shù)可控制在12節(jié)。第一級(jí)閘室底板上安裝的高架門(mén)機(jī)可控制第一、第二閘首共4扇人字門(mén)安裝，還可協(xié)助第一閘首前的檢修閘門(mén)和疊梁安裝。第三級(jí)閘室底板的高架門(mén)機(jī)可控制第三、第四閘首4扇人字門(mén)及其他啟閉機(jī)的安裝。第五級(jí)閘室底板的高架門(mén)機(jī)可控制第五第六閘首4扇人字閘門(mén)及啟閉機(jī)安裝，以此類(lèi)推。人字門(mén)的門(mén)體由金屬結(jié)構(gòu)拼裝基地利用大型平板車(chē)運(yùn)至永久船閘環(huán)形公路，用80t高架門(mén)機(jī)直接卸車(chē)。輸水廊道的反弧形閘門(mén)尺寸為9.20m6.45m7.23m(長(zhǎng)寬高)，重達(dá)86.6t，已超出閘室中高架門(mén)機(jī)的起吊能力，可經(jīng)環(huán)形公路運(yùn)至安裝孔口，由300t履帶起重機(jī)卸車(chē)吊裝。由于人字門(mén)安裝工序復(fù)雜，一扇人字門(mén)從預(yù)埋枕墊和底樞安裝，到門(mén)體調(diào)整完畢最少要200天，因此24扇人字門(mén)要開(kāi)設(shè)12個(gè)工作面才能滿足年安裝10000t的要求。由于人字門(mén)受水壓后利用三鉸拱的力學(xué)原理將巨大的水推力傳遞到閘墻上，同時(shí)又使閘門(mén)的止水密封壓合，因此除控制門(mén)體的主要尺寸(門(mén)體長(zhǎng)、寬、高)外，還要求焊接成形后，門(mén)體正面與側(cè)面直線度偏差不能大于4mm。對(duì)如此巨大的門(mén)體焊接變形值的控制，在葛洲壩1、2號(hào)船閘人字門(mén)體焊接時(shí)已歸納總結(jié)一套成熟的經(jīng)驗(yàn)：嚴(yán)格控制門(mén)體橫斷面重心軸距面板的距離。三峽船閘所有人字門(mén)重心軸都偏向上游面，重心軸距面板為1.05m(約為整個(gè)門(mén)體厚度的1/3)。焊接從二側(cè)邊柱開(kāi)始，然后翼板、縱隔板，最后焊接面板。焊接中如有超差，可用改變縱隔板與主梁腹板角焊縫校正。3第二閘首移位優(yōu)化方案船閘在水庫(kù)水位蓄至135m開(kāi)始通航，工程建完后蓄水位為175m。按常規(guī)，第一和第二閘首人字門(mén)的高度將大于47.5m，將超過(guò)我國(guó)目前的制造能力。由于第一閘首在運(yùn)行初期152.0156.0m水位時(shí)，可用事故檢修門(mén)臨時(shí)擋水作為第一閘首工作門(mén)使用，故第一閘首人字門(mén)可按后期運(yùn)行水位145.0175.0m水位設(shè)計(jì)人字門(mén)的高度(37.5m)。由于可利用檢修門(mén)擋水，第一閘首人字門(mén)可在2009年工程完建后，將底坎澆至140.0m高程再安裝人字門(mén)一次到位。運(yùn)行初期第二閘首人字門(mén)安裝是在130m高程的底摳上進(jìn)行的。當(dāng)水位蓄至165.0m時(shí)，第二閘首人字門(mén)已不能滿足運(yùn)行要求，需將底樞拾高進(jìn)行第二次安裝(圖1)。二閘首人字閘門(mén)重為828t，加上淤積在門(mén)體上泥沙的重量，總重將達(dá)1040t。如此巨大的門(mén)體要舉升10m高度并非易事。經(jīng)研究，認(rèn)為下述二種方法都是行之有效的。圖1二閘首人字門(mén)頂升安裝示意圖3.1人字門(mén)就地頂升法人字門(mén)就地頂升，在葛洲壩2號(hào)船閘底樞檢修時(shí)已實(shí)踐過(guò)。當(dāng)時(shí)的頂升高度僅1m左右，頂升方法比較簡(jiǎn)單，不需設(shè)置過(guò)渡頂升架，將門(mén)體一次頂升到位。三峽船閘二閘首人字門(mén)需頂升10m，為了保證安全，要將被頂升的閘門(mén)停靠在與閘墻邊線成12。夾角的接近全開(kāi)位置。在閘室頂部設(shè)置三套100t滑車(chē)組，并在閘墻上埋設(shè)固定導(dǎo)向軸。隨閘門(mén)頂升，沿固定軸滑動(dòng)的導(dǎo)向架焊在門(mén)體面板上。閘門(mén)頂升利用底部埋設(shè)于閘首基礎(chǔ)上的4個(gè)支承架，使用500t液壓千斤頂作為主要頂升工具，每次頂升行程0.5m，頂升時(shí)人字門(mén)的重量由四個(gè)支承架承擔(dān)。每頂0.5m后在縮回液壓千斤頂前，墊人一節(jié)頂升架防止門(mén)體下降。每節(jié)頂升架高度略小于0.5m，由輔助滑輪將前節(jié)頂升吊起后由底部墊入后一節(jié)頂升架，再用螺栓將兩節(jié)頂升架連接成整體。閘門(mén)每升5次即頂高2500mm，然后用鋼圈梁增加整體剛度。當(dāng)閘門(mén)頂升到位后，頂升架將作為永久支承澆筑到混凝土中?；炷吝_(dá)到70%強(qiáng)度后，利用液壓千斤頂將閘門(mén)緩緩下降落到提高后的底樞上，然后套人頂樞A、B拉桿，調(diào)正門(mén)體的垂直度，直到門(mén)體安裝符合規(guī)范要求為止。人字門(mén)就地頂升的優(yōu)點(diǎn)是施工機(jī)具簡(jiǎn)單，靠施工單位的力量即可解決；缺點(diǎn)是頂升的速度較慢，最短的施工停航時(shí)間為90天，(含混凝土澆筑70天)，對(duì)通航有一定影響。3.2人字門(mén)浮式移位法這是另一種可舉升人字門(mén)的施工方案，原理是利用水的浮力移動(dòng)人字門(mén)。首先將人字門(mén)下部設(shè)計(jì)成封閉型，使之形成一個(gè)密封倉(cāng)。根據(jù)阿基米德浮力原理，人字門(mén)下部的高度為12.2m，但第二閘首人字門(mén)重心高度離底梁為15.5m。為保證人字閘門(mén)的重心低，封閉倉(cāng)高度可定為16m。移位時(shí)間室充水用300t以上的浮式起重機(jī)將其從安裝位置吊起，用拖輪平拖到閘室的某一位置就位(圖2)。圖2人字閘門(mén)浮升移位后在閘室內(nèi)?？糠椒ǜ∈揭莆环軐⑷俗珠T(mén)門(mén)體移出閘首使底坎混凝土加高澆筑較為方便。聞名世界的巴拿馬運(yùn)河長(zhǎng)約1.931km，是連接大西洋和太平洋的通道，系雙線三級(jí)船閘。運(yùn)行初期經(jīng)常發(fā)生人字門(mén)損壞，或枕墊塊磨損漏水。由于當(dāng)時(shí)尚沒(méi)有找到簡(jiǎn)單的移位方法，只能采用頂升和滾動(dòng)相結(jié)合的辦法將人字門(mén)移開(kāi)進(jìn)行檢修。因效率低，檢修期長(zhǎng)，使巴拿馬運(yùn)河