大型弧形钢闸门安装施工工法

'大型弧形钢闸门安装施工工法1、前言弧形钢闸门是现代水利水电工程中使用较多的门型之一，它具有闸门门叶较轻、启闭力小且运行速度快、操作灵活、运转安全的特点，同时它所对应的闸墩高度和厚度也较小，是众多的闸门中最为经济的一种门型。虽然弧形钢闸门在水利水电工程中被广泛采用，但其结构上比平面钢闸门复杂，特别是大型弧形钢闸门，受运输条件、安装场地的限制较大，其安装施工也较为困难。在云南昭通XX县XXX水电站建设中，大坝拦水堰设计由5孔大型弧形钢闸门承当蓄水和泄洪的功能，弧门孔口尺寸为14.0m×11.0m,设计水头11.0m,闸门单重78t,总重量390t。闸门设计为斜支臂、圆柱铰球面轴承连接，采用单缸双作用液压启闭机操作运行。本文结合该工程弧形钢闸门的安装施工成功实践，对施工中所采取的各种技术、工艺措施及施工过程进行分析、整理，形成本工法。2、工法特点由于大型弧形钢闸门门体尺寸大，并受运输条件、安装场地的限制，本工法充分利用安装现场的施工场地，在混凝土闸墩上部合理布置起重锚点，采用卷扬机组对弧形钢闸门及附件进行分节、分组安装施工，弧形钢闸门门叶采用在闸室里安装位置分节段竖式安装施工。3、适用范围适用于水利水电工程中的露顶式、潜孔式及其他大型弧形钢闸门的现场安装施工，液压启闭机操作运行。4、工艺原理将预拼合格后的弧形钢闸门分节拆分后从泄洪孔道上、下游反弧段拖运至安装部位，采用卷扬机组通过预埋在闸室侧墙和顶部的预埋件，用卷扬机及滑车组对弧形钢闸门门叶、支铰座、支臂、油缸等进行安装施工。分节段的闸门门叶采用在闸里自下往上的竖式安装施工，并用临时钢支撑焊接加固。见图4.1图4.1弧形钢闸门安装施工示意图 1、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程安装施工准备底坎、侧轨等埋件安装闸门门叶分节拼装支臂与活动铰链安装支铰支座安装支臂开口处端板与上、下主梁安装支臂与门体连接门体门叶按顺序焊接闸门水封安装闸门与启闭机联动试验、移交5.2操作要点5.2.1施工准备工作1、组织施工人员熟悉安装图纸与质量要求,进行施工技术交底、会审图纸，熟悉设备说明书、了解设计意图、消化各种技术资料；配备各种专业技术人员，对工人进行操作训练，制定并优化施工方案等。2、对于分节制作的弧形闸门．要求制造厂家在出厂前进行整体预拼装，对到货设备及其零部件根据台同文件进行认真的清点，检查其出厂台格证、闸门制造验收资料和原材料的质量台格证．3、检查门槽中的模板等杂物是否清理干净，一、二期混凝上结合面是否全部凿毛．一期门槽部位的混凝土断面尺寸是否合格．有无偏移等。4、搭设施工脚手架及安装防护设施,布置起吊运输设备、电缆、电焊机等。5、设置测量控制点，放闸室轴线、统一边线、放底坎高程、里程线；侧轨的半径线(两 侧至少各3条)；找准支铰轴的中心座标点等，并反复核对铰座、底槛和侧轨的中心、高程和里程，清除误差。5.2.2底坎、侧轨的安装1、底坎在安装之前要重新检查和清理，找出原制造时的中心线及轴线。底坎的安装就位看起来比较简单，但必须给以足够的重视，因为它是整个安装工作的基础，轴线、里程线、高程若发生一点变化，都会引起连锁反应，造成不堪设想的后果。所以，就位过程中必须找准各项尺寸，施工时可利用千斤顶及倒顺螺栓调整水平位置，用水准仪多点反复测量控制高程，达到规定标准后，将锚筋和锚板焊牢，再进行二期混凝土的浇筑。2、侧轨的安装以闸墩上定出的支铰轴线为中心点，R(门叶曲率半径)为半径划弧，在闸墩上划出侧导板安装控制线，同时在侧导板上也划出此线。根据侧导板分节情况，利用墩上部的预埋锚钩由下至上进行吊装。调整、固定同底坎安装，焊接接头磨平。严格控制其对孔口中心线尺寸、工作表面平面度、工作表面组合处的错位等不超过规范要求，同时要注意控制二期混凝土浇筑高度，避免过大的侧压力造成侧轨埋件变形。5.2.3支铰支座安装支铰支座的安装关键在于控制好埋件的支铰轴中心位置及其俯角,支铰座吊装之前要先确定铰轴中心点，以便于拉线和调整同心度。具体做法是：自制两块铰轴中心找正板，将板分别固定于两侧墙上预留孔处的插筋上，使板面约三分之二处于支铰轴中心高程线以上，板面中心垂线与铰轴里程处垂线相重合，然后用钢锯沿重合线开槽t其深度到达高程线为止，槽底即是铰轴的中心点。再用细钢丝连结两端中心点便是支铰轴的轴线,也是调整支铰梁的工作基线,根据实际情况，支铰座也可以和活动铰链同时找正，吊装时只要把活动铰链的下缘放到其设计座标点上，倾斜度(俯角)可以通过支铰轴线找正实现。利用墩上部的预埋锚钩进行吊装安装调整、固定,当左右两侧找准同心之后方可进行加固焊接。焊接之前要用千斤顶，导链葫芦或拉紧螺栓等工具做临时固定，以防止焊接变形。加固过程中要不断地测量并随时校正两铰的同心度，直至加固焊接完成。二期混凝土浇筑过程中，仍要注意用仪器监测，防止移位以保证安装质量。5.2.4支臂的组装与安装支臂的组装关键在于根据设计图纸找出各组装件的中心线，选择好合理的吊点位置，配置，如导链葫芦、卷扬机等设备及工器具。由于孔内场地狭窄，故采用左、右支臂分别组装和吊装,为使配合起吊时的位移较为方便，支臂裤衩与支绞组装时须对准两体的中心线，螺拴孔对正后上好螺拴，再将支臂腿用卷扬机通过导向滑轮或导链提起，接头对准支臂裤叉中 心，对正上、下接头后进行焊接，并用100×100×10的角钢对上、下支臂进行临时加固，经检查验收后再进行桁架系的组装和焊接。此后利用左、右侧墩上的预埋锚钩、吊点，用卷扬机、滑轮组提升支臂，导链葫芦拉住支臂进行左右前后调整，至直对正并穿上销轴，然后将支臂与门叶的联接端轻轻放下，进行另一支臂的安装。5.2.5门叶拼装由于受施工现场场地局限，加上闸门自身重量较大，拼装时的吊装、闸门的翻身都有一定的困难，所以，采用的方案为闸门门叶的拼装选择在门槽内分三节段由下至上进行。门叶入槽组装时，先在侧轨上划出弧门面板上游一侧的投影线，根据各门叶分节图的弧长，在距上、下两端约200mm处各焊一块挡块，挡块焊于距离理论弧门面板外缘3-4cm处,用楔子板调整门叶。第一节门叶用卷扬机、滑轮组起吊落入底坎时，要在底坎上焊左、中、右三块挡块，以防滑移，待门叶调整完后，在弧门面板上游一侧用临时钢支撑加固，将下支臂与之连接。再吊入第二节门叶，调整完毕后与第一节门叶的对接缝进行点焊，再将上支臂与之连接、加固。最后吊人上节门叶，调整完毕后与第二节门叶的对接缝进行点焊、加固。支臂安装应在支铰座基础二期混凝土达到设计强度后进行，实测支铰端面至门叶主粱与支臂组合面的长度，根据实际情况调整门叶，先对支臂纵杆的对接角焊缝施焊，然后进行连接板与抗剪板（已顶紧无隙)之间的角焊缝焊接，最后进行门体自下而上、自中向外上的施焊。闸门门叶拼装施工工艺流程见下：启闭试验、竣工移交分节门叶及附件清点、验收门叶上下运动、安装水封焊接单节门叶起吊点及侧缆点闸门门叶按工艺顺序焊接第一节门叶吊装入槽支臂及启闭油缸与门体连接拼装、调整、检验、加固节间缝焊接、检验第二节门叶吊装入槽拼装、调整、检验、加固拼装、调整、检验、加固第三节门叶吊装入槽节间缝焊接、检验 5.2.5门叶焊接现场拼接焊缝全部为定位焊，焊接难度较大，上、下游方向又互不通视，因此，保证闸门安装质量的关键是控制拼装的时定位精度和焊接变形。门体焊缝可分三类：I类焊缝--边梁的腹板及翼缘板的对接焊缝，Ⅱ类焊缝--门叶面板的对接焊缝，其余均属Ⅲ类焊缝。具体焊接要求为：闸门焊接采用直流焊机、E5015(J507)焊条，焊前对焊条按要求烘干，焊时用保温筒存放。点焊长度不小于50mm．间距为l00-400mm,且在坡口内引弧。焊接时按照先焊边粱腹板的对接焊缝，再焊翼缘板的对接焊缝，最后焊面板对接缝的顺序进行。由于面板宽度较长，禁止采用直通焊，应采用不同方向短焊缝的连接方法来减少焊接变形，一般可采用分四段，再采用分中逐步退焊法或交替焊法来完成，禁止从边缘向中间施焊。焊缝反面用炭弧气刨清根后封底（专用炭棒Φ6mm-Φ8mm，电流450-500A，压缩空气0.5MPa，气刨后用砂轮打磨），止水橡皮安装处焊缝进行磨平处理。施焊过程中必须随时监视门叶变形情况，根据实际情况合理调整焊接顺序，控制和防止变形。I、II类焊缝经外观检查合格后，按规定作超声波无损探伤，对不合格的焊缝作返工处理，并经检验合格。5.2.6闸门整体运行试验：闸门装好后在无水状态下，作全行程启闭试验，启闭时在止水橡皮处浇肥皂水润滑。1、检查自动挂脱梁的脱挂钩是否灵活可靠，清除门叶上和门槽内所有杂物。2、检查止水橡皮有无损伤，滚轮及闸门在升降过程有否卡阻，启闭设备两侧是否同步。3、闸门处于工作部位后，用灯光检查止水橡皮的压缩情况，不应有透亮或有间隙。上游止水闸门则应在支承装置与轨道接触后检查。闸门在承受设计水头的压力时通过任意1m长止水橡皮范围骨漏水量不应超过0.1L/S。5．3劳动力组织（见表5.3）表5.3劳动力组织表序号施工工种及分类人数备注1管理及技术人员5持证2无损探伤技术人员2持证3电工2指挥、操作、安监4起重、拼装工10持证5电焊工8持证6杂工6持证 6、施工材料与设备：本工程施工中所采用的主要材料为闸门设计用Q345B、Q235B等常规钢材，无需特别说明，采用的施工主要机具、设备见如下表6.1;序号设备名称规格型号单位数量备注15吨慢速单筒卷扬机起重1012型台2安装门叶等、各带Φ19.5mm钢丝绳150m23吨慢速单筒卷扬机起重1011型台3安装埋件及牵引，各带Φ17.5mm钢丝绳150m3交流焊机BX1-500台4直流焊机AX1-500台5电焊条烘箱台6保温筒5Kg只7超声波探伤仪CTS-22台探测焊缝质量8空压机0.9m3/min台碳刨清根、倒坡口等9手提砂轮机Φ100-Φ150台碳刨清根、倒坡口等10角向磨光机Φ80台11经纬仪TDJ2台施工放线12水准仪DZ2台施工放线13框式水平仪0.02mm/m台14手拉葫芦3T--5T个链条长>3.0米千斤顶5T—32T个机械式碳弧气刨机630A个焊缝清根氧割设备套4含割枪、气瓶、管子等表6.1施工主要机具、设备表7、质量控制7．1工程质量控制标准弧形钢闸门的安装施工应严格按照设计文件和执行DL/T5018-2004《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》；SL36-92《水工金属结构焊接通用技术条件》；SD/T249.2-88《单元工程质量等级评定标准》；GB985-88《焊缝坡口形式和尺寸》； GB17345-89《焊缝超声波探伤》及GB6076《起重机械安全规程》的规定。7.1.1支铰铰座安装技术要求根据规范及设计技术要求，支铰安装的允许公差或极限偏差符合表7.1.1的规定。表7.1.1支铰安装的允许公差或极限偏差项目公差与偏差铰座中心对孔口中心线的距离±1．5mm里程±2．0mm高程±2．0mm铰座轴孔倾斜1/1000两铰座轴线的同轴度1．O铰轴中心至弧门面板外缘半径R的极限偏差露顶式闸门±8.0mm潜孔式闸门±4.0mm7.1.2现场焊接应严格按照焊接工艺评定实施焊接操作，在焊后24小时后对焊缝（熔透焊缝）进行超声波探伤检查，标准见表7.1.2表7.1.2焊缝探伤检查表标准表序号焊缝名称焊缝分类X射线(RT)超声波(UT)1一类边梁的腹板及翼缘板的对接焊缝20%100%2二类门叶面板的对接焊缝10%50%3三类一类、二类以外的焊缝无要求无要求注：所有的一类、二类对接焊缝均需焊透。一类焊缝超声波(UT)探伤I级合格，X射线(RT)探伤II级合格；二类焊缝超声波(UT)探伤II级合格。7．2质量保证措施7.2.1建立严格的质量管理制度，并在施工中加强检查落实，将制度落实到位。7.2.2严格按照施工规范、施工操作程序、施工工艺进行施工，对重点、难点工程制定出切实可行的施工方案和针对性的措施，坚决杜绝违章违规蛮干现象发生。 7.2.3制定出切实可行的施工方案和针对性的措施，在施工过程中自下而上按照“跟踪检查”、“复检”、“抽检”三个检测等级分别实施检测。7.2.4钢拱肋拼装质量的好坏直接影响焊接质量，因此在构件拼装时，要严格控制焊接处的间隙，错边等误差。7.2.5焊接操作严格执行经过焊接工艺评定确定的焊接参数和规程。要加强焊条保管焊条使用前应在烘箱内烘培，然后恒温保存；焊接时从烘箱内取出焊条应放在特制的具有120。C保温的手提式保温桶内携带到焊接部位，随用随取，在4小时内用完，超过4小时则焊条或当天用不完的焊条应重新烘培后用。7.2.6焊接前，将剖口表面、剖口边缘内外侧30-50mm范围内的油污、铁锈等杂物清除干净，露出金属光泽。剖口焊均采用垫板和引弧板，垫板和引弧板均用低碳钢板制作。施焊时宜分层焊接，打底焊应由专人负责进行。焊接过程中逐道焊缝清渣，除飞溅物，发现缺陷及时用角向砂轮打磨，除去缺陷。7.2.7制定闸门的焊接程序,严格焊接顺序：先焊距构件形心轴近的焊缝，以便逐渐增加构件钢度，对构件变形影响最大的焊缝最后焊,当形心轴两侧有焊缝时，先焊焊缝较少侧,对大长度焊缝用断续焊代替连续焊。对于纵梁(隔板)的对接缝，采用由形心轴位置为界向两侧对称施焊再焊接后翼缘板，先闸门边梁后翼缘焊接再其他纵梁翼缘完成打底定位焊，之后进行面板焊缝，采用断续焊焊接打底，最后完成面板及后翼缘的所有焊缝。8、安全措施8．1建立健全安全组织保证体系，落实安全责任考核制，贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针，切实做到防患于未然，确保人身及工程设备安全。根据国家有关规定、条例，结合工地具体的特点，成立安全施工领导小组，设专职安全员，负责安全生产活动，落实安全生产的保证措施，实现安全生产目标。8．2深化安全教育，强化安全意识。施工人员上岗前必须进行安全教育和技术培训，牢记“安全第一”的宗旨，安全员坚持持证上岗。8．3推行安全标准化工地建设，抓好现场管理，搞好文明施工。易燃易爆品妥善保管，工程材料合理堆放，各种交通、施工信号标识完备，水管路、供电线路要畅通、架设正确。施工现场紧张有序，施工工序有条不紊，文明施工，安全生产。8．4认真实施标准化作业，严格按安全操作规程进行施工，严肃劳动纪律，杜绝违章 指挥与违章操作。8．5对全体施工人员要进行防火教育，培训一批义务消防人员，严禁野外用火，用火地区采取一定隔离防护措施，生活区及施工现场配备足够的消防设备，消除一切可能造成火灾、爆炸事故的根源，严格控制易燃物和助燃物的贮放。8．6设立专职安全员并建立24小时跟班制度，纠正和消除施工中出现的不安全苗头。8．7对施工人员定期进行安全教育和安全知识的考核。8．8高空作业要严格按照规范和安全作业规则佩戴安全帽、安全带、设置安全网，大风、大雨等不良气候条件下不得进行高空作业。吊装作业时，墩身附近严禁人员逗留，并设立明显的作业和禁入标志。8．9起重作业时经常性派专人检查起重设备各系统，确保万无一失。所有配电箱保证箱门关闭可靠，电焊机等用电设备均保证可靠接地，并有防雨措施。8．10工地设立明显的安全警示牌和安全注意事项宣传栏。8．11各类机械设备操作人员必须持证上岗，无证人员或非本机人员不得上机操作。8．12冬季施工期间，做好人员、机械设备的防冻工作。8．13槽内闸门拼对，在闸门上、下游均搭设相应高度的钢管脚手架，并保证牢固；坝顶安排专人看护，防止高空坠物及安全提醒。9、环境保护措施9．1成立对应的施工环境保护管理机构，配备一定数量的环保设施和技术人员，认真学习环保知识，共同做好环保工作，采用各种有效措施，对容易引起环境污染的各种渠道严格控制。9．2营造良好施工环境。合理布置施工现场、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，施工场地整洁文明。同时在施工现场和生活区设置足够的临时卫生设施，经常进行卫生清理，在生活区周围种植花草、树木，美化生活环境。9．3对征地范围内的水土及生态环境的采取保护措施。施工界限的植物、树木等尽力维持原状；按照设计施工，规范取、弃土，并将边坡平整稳定，禁止向河流和设计范围外的场地弃土。及早施工防护工程，排水工程和裸露地表的植被覆盖，防止水土流失。9．4对有害物质（如燃料、废料、垃圾等）要通过焚烧或其它措施处理后运至监理工程师指定地点进行掩埋，防止对动、植物造成损害。9．5车辆在运料过程中，对易飞扬的物料用蓬布覆盖严，且装料适中，荷载不超限； 车辆轮胎及车外表用水冲洗干净，不得污染道路。施工场地和运输道路产生的扬尘，进行洒水防护。9．6施工营地和施工现场的生活垃圾，应集中堆放。经当地环保部门同意后，定期运至指定地点。9．7优先选用先进的环保施工机械，对使用的工程机械和运输车辆安装消声器并加强维修保养，降低噪音；修建临时隔音屏障，减少噪音传播；机械车辆途经居住场所时应减速慢行，不鸣喇叭；合理安排施工作业时间，尽量降低夜间车辆出入频率，夜间施工不得安排噪音很大的机械。9．8合理安排施工人员在高噪音区和低噪音区的作业时间，并配备劳保用品。10、效益分析10．1本工法采用卷扬机组通过预埋在闸室侧墙和顶部的预埋件，用卷扬机及滑车组对弧形钢闸门门叶、支铰座、支臂、油缸等进行安装施工，分节段的闸门门叶采用在闸里自下往上的竖式安装施工，能够很好地解决因施工现场场地狭小所带来的安装困难问题。10．2分节段的闸门门叶采用在闸里自下往上的竖式安装施工，对比传统的门叶采用分节段水平拼装再整体安装施工，实践证明可节约大量的拼装平台搭设钢材用料。10．3施工因地制宜，施工中充分利用预埋在闸室侧墙和顶部的预埋件，合理布置和运用卷扬机及滑车组对弧形钢闸门门叶、支铰座、支臂、油缸等进行安装施工，交叉和平行作业相结合，能够加快施工进度，缩短工期，具有较好的经济效益。11、应用实例11．1XXX水电站工程位于云南昭通地区XX县境内的XX江上，厂址距XX县城约20km。电站是以发电为主，兼有防洪和灌溉等效益的综合水利工程，总库容69.3×104m3，装机容量4×20MW。工程的主要建筑物有拦水堰、引水隧洞、发电厂房等以及相应的金属结构设施。主体工程于2003年12月开工，于2006年19月竣工发电。大坝拦水堰设计由5孔大型弧形钢闸门承当蓄水和泄洪的功能，弧门孔口尺寸为14.0m×11.0m,设计水头11.0m,闸门单重78t,总重量390t。闸门设计为斜支臂、圆柱铰球面轴承连接，单缸双作用液压启闭机操作运行。施工中采用了三组卷扬机组通过预埋在闸室侧墙和顶部的预埋件，用5吨、3吨卷扬机及滑车组对各弧形钢闸门门叶、支铰座、支臂、油缸等进行安装施工，分节段的闸门门叶采用在闸里自下往上的竖式安装施工，能够很好地解决因施工现场场地狭小所带来 的安装困难问题。闸门安装主体施工仅用90天，取得了较好的经济效益和社会效益。11．2XXX2级水电站工程位于湖北省XXX县境内，距离坝址XXX河干流古夫河下游的陈包处，下距XXX县老县城XXX镇7公里，上距新县城古夫镇9公里，距离XXX1级电站约17公里。本工程闸门及埋件制造安装项目包括泄洪闸检修门及埋件、泄洪闸弧形工作门及埋件等，总工程量320吨。其中三孔泄洪闸弧形闸门孔口尺寸14m×10m，设计水头14m，露顶式闸门单重66t,总重量198t。工程于2003年1月开工，2004年2月完工发电。工程建设单位：宜昌兴发集团有限责任公司XXX二级电站工程建设项目部。工程监理单位：葛洲坝水电工程学院工程建设监理公司XXX二级电站工程监理部。工程设计单位：中南电力设计院。施工中采用了三组卷扬机组通过预埋在闸室侧墙和顶部的预埋件，用5吨、3吨卷扬机及滑车组对各弧形钢闸门门叶、支铰座、支臂、油缸等进行安装施工，分节段的闸门门叶采用在闸里自下往上的竖式安装施工，很好地解决因施工现场场地狭小所带来的安装困难问题。闸门安装主体施工仅用80天，取得了较好的经济效益和社会效益。11．3XXX水库水改造施工工程位于湖北省XXX市XXX水库，水库距离XXX市区10公里。其中改造施工的六孔泄洪闸弧形闸门孔口尺寸为10.5m×9.4m，设计水头15.12m，潜孔式,闸门单重67t,总重量402t。工程于2007年1月开工，2008年4月完工。工程建设单位：XXX水库管理局,工程监理单位：湖南水利水电设计院工程监理有限公司,工程设计单位：XXX水利委员会XXX勘测规划设计院。施工中采用了六组卷扬机组通过预埋在闸室侧墙和顶部的预埋件，用5吨、3吨卷扬机及滑车组对各弧形钢闸门门叶、支铰座、支臂、油缸等进行安装施工，分节段的闸门门叶采用在闸里自下往上的竖式安装施工，很好地解决因施工现场场地狭小所带来的安装困难问题。闸门安装主体施工仅用102天，取得了较好的经济效益和社会效益。'