石头河水库泄洪洞弧形工作闸门(深孔)的更新改造

2024年3月7日发(作者：交通运输设备)

石头河水库泄洪洞弧形工作闸门(深孔)的更新改造

罗宝财

【摘 要】介绍了石头河水库泄洪洞弧形工作闸门存在的锈蚀、焊接质量差、启闭设备动力不足等问题,论述了除险加固中,金属结构及机电设备更新改造工艺及方法.%An introduction was made on the problems of the radial rvice gate

at the flood relief tunnel of Shitouhe Rervoir such as rust erosion, poor

welding quality and insufficient power for hoisting equipment, bad on

which the author prented the technique and method adopted for

renovation and transformation of metal works, mechanical and electrical

equipment.

【期刊名称】《广西水利水电》

【年(卷),期】2015(000)002

【总页数】5页(P71-75)

【关键词】泄洪洞;弧形闸门;改造;工艺方法;石头河水库

【作 者】罗宝财

【作者单位】陕西省石头河水库灌溉管理局,陕西 眉县,722300

【正文语种】中 文

【中图分类】TV698.2

1 工程概况

石头河水库泄洪洞位于水库左岸，为深孔塔式进水口无压隧洞，进口高程735.000 m，出口高程705.326 m，全长697.45 m，1981年7月建成。主要任务是泄洪和放空水库，设计泄洪流量850 m3/s；进水塔塔顶高程809.100 m，塔内设有一扇5.5×6—70 m平面事故检修闸门和一扇5.5×5—70 m弧形工作闸门，工作门启闭设备为双吊点QPQ2×1 000 kN固定卷扬启闭机。

枢纽工程是边设计边施工而建成的，受当时设计、加工制造能力、原材料质量等客观因素的限制。金属结构设备加工、安装质量总体水平不高，虽能维持水库的基本运行，但运行中故障较多，安全性、可靠性存在隐患。经水利部水工金属结构质量检测中心对金属结构及机电设备进行安全检测，发现闸门及其埋件焊接质量差，锈蚀严重，启闭设备启门力不足等问题，被水利部大坝安全管理中心鉴定为“三类坝”，列入全国最后一批大型水库除险加固名单，其内容是更换或改造“两洞一道”（泄洪洞、输水洞、泄洪道）金属结构设备及机电设备，本文重点介绍泄洪洞弧形工作闸门更新改造工艺及方法。

泄洪洞弧形工作闸门改造后与原结构形式，外形尺寸相同，为双主梁，直支臂，球铰支撑焊接弧形钢闸门，采用弧面整体加工。弧面半径由10 m变为9.8 m，铰座厚度较原来厚度小20 mm，作为调整垫层，门楣水封改为转铰水封，侧轨及底槛等均进行改造，改造后的闸门（包括支臂、铰座、铰链）重78.9 t，（门楣转铰水封钢架，侧轨、底槛）重8.5 t；闸门启闭设备由原双吊点QPQ2×1 000 kN固定卷杨启闭机改为一台单吊点摇摆式液压启闭机QSHY2500/1 200 kN一8.3 m，该启闭系统由液压油缸（自重19.69 t，机架4.9 t），液压管及通信管道、液压泵站、电控制柜等组成。液压启闭机布置在泄洪洞塔内759.000 m平台，液压泵站及电控柜设置在泄洪洞闸房内（817.000 m），液压及通信管道从液压泵站泄洪塔内壁接至启闭机。

本工程金属结构设备结构复杂，体积大、吨位重，且在原水工设施（含预埋螺栓、

埋件等不变的基础上实施，因其安装场地狭窄，空间小，大型起吊设备无法操作，加大了施工难度，只能采用小型机械土法施工。

2 安装改造工艺流程

2.1 液压启闭机安装

液压启闭机安装工艺流程：洞内运输-塔内垂直运输-机架安装就位-启闭机吊装就位-油压泵站、电控柜安装-油压及通信管道安装-调整试验。

2.1.1 洞内运输

液压启闭机油罐长（11.8 m），重量大（19.69 t），无法直接从泄洪塔顶（809.10 m）垂直吊运到安装位置（759.00 m平台），只能从泄洪洞出口运到工作门闸孔处，再垂直吊运至759.00 m平台。运前我们先改装了一辆载重20 t的平板车，用70 t汽车吊将启闭机油缸吊装于平板车上，并与平板车固定，再用50型装载机推平板车至反弧段坡角处（反弧段坡度21.3°），然后通过塔顶配置的1台5 t变频卷扬机2个10 t导向轮及2个3倍率滑轮组前方牵引（见图1中虚线牵引线路），50型安装机后推运至工作门闸孔处。

图1 启闭机，工作闸门安装示意图

2.1.2 塔内垂直吊运及安装

（1）启闭机油缸垂吊前，依据“启闭机安装设计图、机架设计图”，分别用铅垂仪、钢卷尺等器具测量放出启闭机中心线，机架安装控制线。

（2）利用原闸门启闭机将主机架吊装就位，将副机架吊至待安装位置下游侧，待油缸吊至安装位置后与主机架组装焊接。

（3）在原闸门启闭机双吊点的2个连杆上系Φ 20钢丝绳，悬挂3倍率滑轮组，两连杆采用12＃槽钢双向对撑，另一3倍率滑轮组挂在液压启闭机油缸吊耳上，通过配置在泄洪洞塔顶的5 t变速卷扬机。3个10 t导向轮，2组3倍率滑轮组缓慢提升至759.60 m处。

（4）采用人工、滚杠将副机架运至安装位置，与主机架组装，依据机架控制线调整就位，主副机架焊接，然后将液压启闭机油缸下落至机架，并将启闭机支座与机架座螺栓连接，用扳手紧固。

2.1.3 油压泵站、电控制柜安装

因泄洪塔闸房暂未更新改造，只能将液压泵站、电控制柜安装在工作桥排架顶部，作为临时泵站，以便汛期启闭闸门泄洪，安装时采用8 t汽车吊装至5 t汽车，通过工作桥运至安装现场，再用8 t汽车吊起安装。

2.1.4 油压管道安装

液压管道从759.00 m平台至塔顶沿塔内壁每2 m设一支架，用膨胀螺栓固定在塔壁上，专用管卡固定管道于支架上，管道连接采用专用丝头连接，丝接时先安装专用密封圈；塔顶至临时泵站油压管路安装将管道支架分别固定在塔顶部、底部和工作桥柱上，间距2 m，油压管道两端分别用高强软管与液压泵站、启闭机油缸连接。

2.1.5 油压管道压力试验

（1）压力试验前，先将35%浓盐酸与水配制成10%的酸洗溶液，将酸洗溶液自上而下灌入管道1，浸泡1 h后将酸液排出，用清水冲洗，pH试纸达到7.0为止，然后用滤油车与液压油循环冲洗3 h即可。

（2）压力试验依据《水利水电工程启闭机制造安装及验收规范》SL381-2007，按额定工作压力的1.25倍（22.63 MPa）进行试验，试验压力达到22.63 MPa后，保持30 min，检查管道，接头和阀件未发现渗漏油，永久变形和破坏现象。

2.2 弧形工作闸门安装

弧形闸门安装改造工艺流程：上、下节门叶及支臂、铰链、铰座等总结设备洞内运输-底槛安装-侧水封座板改造-支臂、铰链、铰座吊装就位-下节门叶吊装就位-门楣精铰水封上位-上节门叶吊装就位-上、下节门叶拼焊及焊链探伤试验-门楣精铰

水封调整就位-焊接吊耳与启闭机活塞杆连接-调整试验-安装止水橡皮。

上、下节门叶及支臂、铰链、铰座等金结设备洞内运输同2.1.1。

2.2.1 底槛安装

（1）安装前用全站仪、钢卷尺放出底槛安装中心线及二期砼拆除轮廓线。

（2）二期砼凿除后，据其中心线放出内爆螺栓（埋件）孔位，横向布置两排，孔径26 mm，孔深400 mm，纵向间距500 mm，横向间距300 mm，梅花形布置，电钻钻孔，成孔后用空压机风管吹净孔内粉末，然后安装M20×600内爆螺栓。

（3）沿两排内爆螺栓每隔一个焊接法兰螺栓，法兰螺栓上部与安装初就位的底槛型钢焊接，总兰法螺栓初调整底槛位置及平面度，水准仪校测无误后，用Φ20钢筋上、下分别与底槛型钢、内爆螺栓焊接固定，水准仪再次校测，法兰螺栓精调后底槛平面度，精调后平面实际最大误差1 mm，小于规范值，符合设计要求。

2.2.2 侧新封座板改造

（1）本次改造是在原座板基础上进行改造，即先用碳弧刨刨除原侧水封不锈钢座板，保留原座板埋件（母板型钢等）；用全站仪、钢角尺测量母板垂直度及平整度，同时在母板上测量放出不锈钢座板内、外弧面控制线。

（2）不锈钢座板加工是在不锈钢座板侧水封和滑块轨迹中间沿纵向每隔200 mm设一Φ30钻孔，以增加该板与母板焊接点；然后根据测量母板垂直度、平整度数据，将左、右侧水封不锈钢座板分别分为11块、10块加工制造，每块座板长度不等，最长1 500 mm，最短500 mm；由于母板纵向不垂直，横向不平整，因此加工成的不锈钢座板纵、横向应均为楔形，加工难度较大，为解决车床无法固定加工，我们加工制造一工装（模具），在工装上钻2排（排距200 mm）12个Φ10孔，（孔距200 mm），用Φ12丝锥过丝后，将不锈钢座板镶在工装上，车床加工时可通过工装顶丝分别调整纵向或横向座板高度后，达到加工纵向、横向楔

形之目的，且加工成品的最薄边厚度为5 mm。

（3）纵、横向楔形不锈钢座板加工完成后，现场安装贴焊，左、右侧水封不锈钢座板均从闸门底槛处自下而上按编号逐块安装贴焊，贴焊时，为确保座板与母板紧贴，采用2根（上、下位置各一根，单根长5 450 mm，12#槽钢对其水平支撑，楔铁调整，用全站仪校测座板垂直度小于1 mm、平整度小于2 mm时，再点焊固定。点焊时，先板孔，后内、外弧面，待一侧不锈钢座板全部点焊固定后，用全站仪再次校测座板整体垂直度和水平度，误差分别≤1 mm、2 mm时，进行满焊，满焊时仍先板孔，后内、外弧面，为避免或减小座板与母板焊接时产生变形，满焊时内、外弧形采用分段错位焊接，每段焊接长度不超过300 mm（见图2）。满焊完成后，用手提角磨机将板孔、座板接茬等焊缝磨平抛光，采用同样工艺和方法安装贴焊另一侧不绣钢座板。

（4）两侧不锈钢座板安装贴焊、磨平后、用全站仪、钢角尺再次校测，其结果为：左侧最大误差0.5 mm，最大平面误差1.3 mm，右侧最大垂直误差0.8 mm，最大平面误差1 mm；符合设计要求。

2.2.3 支臂、铰链、铰座安装

图2 不锈钢座板错位焊接示意图

（1）本次更新改造是在原铰座预理螺栓不更换的基础上实施，新制造铰座孔与原预理螺栓对位相对困难，为便于螺孔对位安装，先将支臂、铰链、铰座组装成整体（22.04 t）在铰座顶部焊接1#上标临时吊耳，在支臂与铰链连接面距支臂1 500

mm处同一断面焊接2#、3#临时吊耳，将1#手动葫芦悬挂在原预埋的1#吊耳上，其吊钩挂在铰座1#临时吊耳上，2#、3#手动葫芦均悬挂在原预埋的2#吊耳上，其吊钩分别挂在支臂2#、3#临时吊耳上，（见图1），支臂另一端于原固卷启闭机链杆钢丝绳连接。

（2）起吊设备采用3个10 t手动葫芦及原闸门固卷启闭机。吊装时，先吊装右

侧支臂、铰链、铰座用人力同时拉3个10 t手动葫芦，将铰座、铰链一端吊起，然后通过原固卷启闭机将支臂另一端吊起悬空，再次重复上述操作，待铰座孔与原预埋螺栓同高时，拉动1#手动葫芦使其与螺栓微接触，通过2#、3#手动葫芦及原启闭机提升或下降，调整角度并与螺栓对位无误后，拉动1#手动葫芦，使铰座穿入螺栓；再次通过2#、3#手动葫芦及原启闭机提升调整角度与螺栓倾角基本相同时，拉动1#手动葫芦，使预埋螺栓穿出铰座孔，及时旋戴螺帽，依次重复上述操作，直至铰座与预埋螺栓座板紧贴，力矩扳手紧固螺帽。用同方法吊装左支臂、铰链、铰座。

2.2.4 门叶安装

（1）安装前，先通过配置在泄洪塔顶的5t变速卷扬机、3个10 t导向轮、2组3倍率滑轮组将上节门叶（中间焊一临时吊耳）起吊至748.00 m高程，用2个2 t手动葫芦水平拉动旋转90°后，再下落至底板上，然后将上节门叶两端临时吊耳通过钢丝绳与原固卷启闭机连杆连接，启闭机将上节门叶再次提起距地板300 mm处，用2个2 t手动葫芦（葫芦及吊钩分别挂在门楣埋件、门叶临时吊耳上），将门叶水平移至门楣下方，为下节门叶安装创造条件。

（2）下节门叶旋转90°及与启闭机连杆连接方法均同上节门叶，启闭机将下节门叶提起距底板500 mm处，用2个5 t手动葫芦分别挂在底槛下游侧地锚及下节门叶背面钢梁上，拉动手动葫芦，使门叶底部向底槛处移动，同时启闭机下落门叶直至门叶底与底槛中线重合且门叶连接板孔与支臂连接板孔对位后，穿上高强螺栓，力矩扳手紧固螺帽。

（3）用上节门叶移位的方法将其移至门楣下游侧，用吊装下节门叶方法吊装上节门叶，并使其上、下节门叶连接板孔对位后，穿上高强螺栓，力矩扳手紧固螺帽。

（4）待液压启闭机油缸活塞杆与闸门连接后，将门叶提起进行拼接缝焊接，面板采用对称分段分层焊接，焊后用角磨机打磨平整，经超声波探伤试验合格。

2.2.5 门楣转铰水封安装

上节门叶起吊安装前，先将门楣转铰水封通过配置在泄洪塔顶部5 t卷扬机、2个10 t导向轮起吊至安装位置，锚筋临时固定。待上节门叶安装好，拼接焊缝完成且与液压启闭机活塞杆连接后，再进行转铰水封定位安装，最后通过分别焊接在预埋锚筋、转铰水封钢架上的法兰螺栓精确调整，使门楣转铰钢架顶水封座板、二道防射水封与门叶顶水封、门叶板的压缩量均为4 mm，达到设计要求。

2.2.6 止水橡皮安装

止水橡皮安装前，用钢角尺、塞尺等测量左、右侧水封不锈钢座板距门体侧面的距离，确定止水橡皮实际压缩量，安装时，根据实测数据，左侧水封压缩量为5

mm，右侧水封压缩量为4.6 mm，分别较设计值大1 mm、0.6 mm。

3 液压启闭机与弧形工作闸门联合试验

3.1 无水试验

3.1.1 验证液压启闭机系统各主要参数

（1）起升闸门，观测启门工作压力为16.3 MPa，≤18.1 MPa（设计值），符合设计要求。

（2）关闭闸门，观测闭门工作压力为4.8 MPa，≤5.2 MPa（设计值），符合设计要求。

（3）对超压，失压保护（系统压力值大于21 MPa，小于2 MPa均报警）及高、低油量报警（高温大于50°，低温小于-20°）和漏油器堵塞报警分别做模拟试验，其报警均及时有效，符合设计要求。

（4）设定闸门上极限位置为4 500 mm（闸门开度），下极限位置1 mm（全关闭工况），经闸门启、闭试验均能及时断电停机，符合设计要求。

3.1.2 检验检查闸门运行系统

（1）提升及关闭闸门，闸门运行平稳自如，无卡阻现象，支铰转动灵活，止水橡

皮无损伤。

（2）闸门全关时，门楣二道防射水封、侧水封无透光或间隙。

3.2 动水试验

（1）动水试验前，我们先将闸门关闭，全开事故检修闸门，使工作门前充满水，然后检查发现门楣顶水封两端与侧水封不绣钢座板接茬处均有漏水，经分析，认为顶水封橡胶垫板较薄，（仅20 mm），受水压后容易变形漏水。随后取掉该橡胶垫板，更换为40 mm厚的P型橡胶垫板后，止水效果很好，不再漏水。

（2）动水试验主要是检验液压启闭机在带负荷工况下启、闭能力及闸门运行状况：即先将闸门开启至1 000 mm，再开启至1 500 mm，然后再关闭至500 mm，最后将闸门全关。液压启闭机在带负荷工况下闸门运行平稳，无卡阻现象，闸门全关时无渗漏水现象。

4 结论

石头河水库泄洪洞弧形工作闸门更新改造经动水试验后，液压启闭机启、闭门力充足，闸门运行平稳自如，支铰转动灵活，无卡阻和渗漏水现象。解决了原固卷启闭机启门力不足、闸门提升至检修位置后不能顺利进入闸室、闸门漏水严重等问题。确保了水库安全运行，年减少渗漏水损失630万m3。