4.东西关人字门安装

东西关船闸下闸首人字闸门安装

一.引言

东西关船闸工程位于四川省南充市列面镇，属嘉陵江渠化规划的第0级，设计为内河一级船闸，闸室净宽16m，最大水位差22.5m，可通过2×500T 船队，是目前西南地区已建成的最大单级船闸工程。其设计特点为具有两套超大型人字闸门和左右两套反向弧形水阀门，所有人字门及反向弧门共用一套由一个集控台、两个泵站、八个液压泵组成的液压操作系统。其中，下闸首人字闸门尺寸为10m ×29.76m×1.5m(宽×高×厚)，单扇重量200T，总重(含埋件)为497T，2000年3月下闸首人字闸门开始进入安装阶段，要求6月底联机调试完成。众所周知，人字闸门安装精度要求高工艺复杂，若按常规同等规模的人字闸门安装工期需要六个月以上，而在安装施工交通条件有限、可利用设备少、与土建施工交叉作业多的情况下，仅用了不到四个月就完成了东西关下闸首人字闸门全过程安装，十分重要原因就是因为在安装中采用了多项实用新颖的人字闸门安装工艺，例如，在建立了系统的人字闸门测量控制网的基础上，对顶枢埋件先期安装回填；人字闸门采用了关门位置的拼装，解决了右侧门体运输吊装困难；人字闸门采用了上下游平衡对称焊接的方法，突破了常规的预留反变形安装焊接的方法的限制，等等，这些方法，既保证了船闸的安装质量，又十分有效地推动了工程的顺利进行。

下文将主要从安装技术的角度介绍施工过程的一些经验和教训。

二. 人字门安装施工方法及其特点

1.施工布置及安装流程

下闸首人字门安装时位于上闸首人字门和下游叠梁式检修门之间，为了上下游围堰开挖等施工的更早进行，用叠梁门阻挡下游来水，并以下闸首输水廊道的左右下游检修门辅助挡水，在叠梁门和检修门之间设置排水泵，将雨水和叠梁门的漏水及时排出，用上闸首人字门和输水廊道的左右上游检修门阻挡上游的来水。。运输公路在闸首右侧，左侧无交通道路，在闸室底部中心线偏右侧有土建的MQ600圆筒门机一台，由于门机尾部尺寸相对较大，受到闸首右侧边墙妨碍，此施工阶段不能作360度旋转，根据其起吊曲线，当吊物重为25吨时（门体单节最大重量），覆盖范围参见附图1。以叠梁门等永久检修设备作为临时上下游挡水设施，不仅避免了船闸施工后期土建与安装之间的大的干扰，而且安装工作可以充分利用现有大型设备，解决了门体大件吊装和临时堆放问题，但大件吊装范围受到一定限制。

安装流程编制的原则是以测量、埋件安装、门体吊装焊接、顶枢安装调整为主线，同时加强门体附件

前的检查组装等准备工作，并有计划地衔接好埋件的二期混凝土施工。其安装主要流程见图一。

2.人字闸门测量控制

在土建提交安装作业面后，建立了一个小型的人字门测量控制网系统，见附图二，该系统依据船闸测量控制网和设计图纸测量，由互相联系的闸室底部和顶部两部分组成，底部包括闸室底部中心线、底枢旋转中心、底枢埋件安装高程、人字闸门压力中心线、 门体中心线、门轴柱埋件安装里程高程、侧止水埋件安装里程高程，顶部包括左右顶

枢中心线及其左右垂线、顶枢测量高程，并在顶部建立左右顶枢AB 杆的测量四边网，测得顶枢AB 杆的安装中心线和里程，顶枢AB 杆安装中心

测量仪器采用了T3、T2经纬仪 和N3、S3水准仪，因经纬仪向上返点仰角约为70度，采用弯拐目镜辅助测量。测量辅助工具为3米铟钢尺、50米、30米钢卷尺、1米钢直尺等。按照安装测量相应的精度要求，采用四测回取中的方式，去处异常测点。测点位精度控制在±0.5mm 以内，测角误差为2"。

这一个测量控制网系统与常规的人字门安装测量方式有所不同，在人字门安装尺寸精度控制上发挥了十分重要的作用，除了依据测量网点进行底枢、门轴柱、侧止水、护角等埋件和门体的安装和验收之外，首先，我们省略了通常所需在顶枢中心搭设高空悬臂式临时平台的工作量和时间，且较之搭平台的方式，不仅测量控制点稳定可靠，而且可以不用天顶地顶仪做顶枢临时测量点，测量仪器的通用性更好。其次，为顶枢AB 杆埋件安装与门轴柱、侧止水埋件同期进行提供了十分必要的技术支持。第三，有利于顶枢轴线与底枢轴线的精确调整。

3．顶枢埋件安装

通常顶枢埋件（包括东西关上闸首）都在门体安装后，按照门体实际安装高度进行安装，这样能使顶枢埋件及顶枢的中心高度的相对安装精度很高。东西关人字门顶枢轴孔已在厂内制造完成，而若同时进行门轴柱、侧止水、顶枢埋件的安装，之后完成二期砼回填，那么门体安装后即可直接进行顶枢拉架安装及门体调试，这样安装的直线工期可有较多的缩短。实际上，在进一步分析后发现：一、顶枢中心孔处设计结构上下有29mm 的间隙，设计采用垫片调节；二、设计和现有规范均未对顶枢高程安装误差作明确的要求。三、上闸首人字门安装后实际门体中心孔耳板中心高程与设计值差别为左+5mm ，右+8mm ，即门体高程可以控制在允许误差内。

在有了顶枢安装工艺改进的理论和实际充分依据后，我们获得现场设计和监理的支持，并做了更具体的工作：

⑴.对左右人字门门体逐节高度进行测量，结合制造厂提供的人字门验收资料，建立相应数据，测算门叶焊接后的总体高度；

⑵根据测算门叶焊接后的总体高度和底枢埋件安装回填后的高程，确定顶枢埋件中心高程；

⑶在枕座埋件安装的同时进行顶枢埋件安装，并立即回填工期砼；

⑷门体拼装过程中测量其两端调高程，计算门

体高程积累偏差，为控制门体拼装高度提供可靠数据。

经过安装工艺的改进和精细的施工，下门门体相对顶枢埋件高程差右侧为+9mm，左门为+3mm，通过设计的垫片调节，使顶枢AB拉杆两端高差等项目符合规范要求，完全满足了设计和使用条件，实现了门体顶枢的顺利安装，从而相对工期缩短10—15天。

4人字门拼装

上门采用12°立拼的传统方式，侧墙锚拉调整固定，单扇逐节吊拼装，焊接完成后进行下节门叶吊装。主要吊装设备为履带式四方吊车，吊车在闸室底部工作。这种方式的缺点与优点一样明显，闸室底部必须铺设保护混凝土的垫层，无论设计锚板或打锚孔都增加了安装的工作量，而由于人字门的刚性和安装焊接应力远大于锚杆或花兰丝杆的调节固定能力，锚杆的作用为防止人字门倾覆和施加一定的水平约束力。如前所述，由于下门受到吊装条件的限制，左侧门体不能吊装到门库附近，我们采用基本关闭状态立拼的方式（左右斜接柱相距500mm，约处于65°角），主要吊装设备为MQ600型门机，吊车在闸室底部工作，缆封绳对拉调整固定，两扇门体左右交错逐节吊装拼装，焊接固定后即可进行下节门叶安装，为增加门体的稳固，用20#槽钢对左右门叶焊接加固。缆封绳的作用与传统方式中的锚杆相同，钢绳的大小和数量由计算的人字门风载荷及其布置角度确定，风载荷按照下式计算：

P w=CK h qA （1）式中，P w——人字门风载荷，N

C——风力系数；

K h——风压高度变化系数；

q——计算风压，N/m2；q=0.613v2（v为计算风速）；

A——垂直于风向的迎风面积，m2

拼装过程中，不仅控制了底主梁水平和门轴柱斜接柱垂直度，门叶垂直度由对拉的钢绳和手动葫芦水平斜向调节，而且对门叶安装高度逐节进行控制，防止门叶安装高程超过允许偏差。下门安装工艺十分合理，在门体底节吊装之后，起重和拼装工作不占直线工期，工效大大提高，在与上闸首人员相同，设备基本相同的情况下，仅用15天完成了18节超大型人字门门叶的记录，最高速度为一天两节，使安装直线工期大为缩短，比目前行业规范所规定工期（30天）大大减少。

其工艺优点在于：一、充分利用有限的运输道路和吊装设施；二、门叶处于基本关闭状态安装，左右门叶可以同时拼装，施工人员交通方便；三、减少了拼装和焊接的辅助工作时间。

5人字门体焊接

由于东西关下闸首人字门门体在关门位置立拼，基本处于四面悬空的状态，门体焊接变形的控制尤为重要，特别是门体上下游方向的变形；其次，应尽量减小门体焊接残余应力并控制焊接时产生过大的尺寸收缩。

我们制定了左右对称先两边后中间先梁隔后面板的焊接原则，获得门体在上下游焊接变形的平衡。焊接顺序的安排上遵循：推力隔板及门体端板→面板焊缝及上下翼缘对接焊缝→门体立焊→推力隔板加劲板及竖隔板→面板背板与主梁上翼缘贴角焊。更关键的是，通过焊接的顺序上来控制门体的变形，将门体的变形控制在规范的允许范围内，定时监控纪录门体的变形，门体的下一节以基准点来调整尺寸，有效的解决了门体的误差积累等因数。焊接工艺以焊接过程控制为主，检查验收为辅。人字门焊接基本次序见图一所示，焊接过程中两小时测量一次门体垂直度，当上下游超过1mm 焊接变形时，进行适当的焊接次序调整。检测数据表明，门体焊接完成后，门轴柱和斜接柱的垂直度在3mm以内（安装现场不可校正的变形除外）。

东西关人字门门体焊接最大的意义在于用事实证明，运用适当的焊接方法和正常的控制焊接变形的手段，较之预留反变形的施工方法，可以门体焊接的施工过程更加简单明确，门体拼装质量易于控制。

人字门主要焊接部位及焊工工位

斜接柱分段门体中部分段门轴柱分段

水流方向

1.端板的对接横焊缝

2.推力隔板与端板T型对接立焊缝

3.推力隔板与主梁腹板组合平角焊缝

4.推力隔板的加劲板、端隔板、竖隔板与腹板T接平角

缝 5.推力隔板加劲板、端隔板、竖隔板与主梁上下翼板T型对接立焊缝 6.垂直次梁、加劲板与腹板T接平角焊缝，与主梁上翼板T接立角缝 7.面板

单V对接横焊缝 8.面板与上翼板搭接平角缝 9.所有竖向隔板的翼板（含节点板）与主梁上下翼板的对接横焊缝 10.主梁上下翼缘板与端板T接立角

焊缝

每条节间拼缝分四大步焊接，图中示出了每一步的焊工工位，例：一1表示第一步第一个焊工工位。

6.顶枢中心调整

相关规范要求：顶枢轴线与底枢轴线应在同一轴线上，其同轴线公差为2.0mm；旋转门叶从全开到全关过程中，斜接柱上任意一点的最大挑动量1.0mm。

轴线误差以下几个方面保证，一. 设计制造精度；顶枢设计结构为铰接形式梯形螺栓调节时，销

轴与孔，螺母与丝杆之间的间隙始终存在；二. 底枢顶枢测量安装误差；人字门顶底枢安装过程中，存在测量安装误差。三.人字门温度变形；四.闸室边墙变形，由于安装时段较短，闸墙变形的影响忽略不计。

顶枢调整的目的在于通过顶枢AB梯形螺栓调节，减小或消除底枢顶枢制造安装过程形成的积累误差，同时尽量避免环境温度变化对安装和测量精度造成影响。

具体方法如下：

1）底枢安装及回填二期混凝土后，以闸室底部控制网测量实际的底枢旋转中心和高程的偏差值，作为校正顶枢AB杆埋件安装中心高程和顶枢旋转中心调整的参数之一；

2）在顶枢中心调整之前，校对顶枢测量控制点；

3）结合底枢安装偏差的测量数据，修正顶枢中心点坐标，旋转门体，在全关和全开位置分别调整顶枢中心X Y两个方向；

4）采用动态测量的方法，在门体旋转过程中多点检测得到跳动量的拐点，必要时根据施工经验调整。

5）避免在阳光照射或高温的天气作业；

下闸首人字门顶枢安装一次调整到位，其轴线中心点误差左右均小于1mm，而门体全行程最大跳动量为左0.5mm，右0.1mm，远低于现有的规范精度要求。值得一提的是，东西关人字门的顶枢中心孔是按照设计要求，在制造厂门体预拼装之后划线镗孔，这种方式不仅制造简单易行，而且安装方便，从工程的实践可知，门体顶枢中心孔镗孔在制造厂或施工现场与顶枢中心安装调整精度没有必然的关系。

7.中侧止水安装

东西关人字门设计为连续的橡胶结构，中侧止水由止水板，止水橡皮和止水压板及螺栓等附件组成，与门高相相同，其尺寸分别为22.5m和30m，止水垫板和止水压板为分节到货。这种结构若按常规的逐节拼装，不仅高空作业量大，而且整体调整十分困难。现场采用了平地拼焊止水座板，组装完整个水件（P形橡皮，压板等），吊装时翻身侧立，总体挂装后，调节水封压缩量，再与门体焊接，最后微调水封的工艺。由于组装后的构件属超柔度杆件，最大长度为30m，有效承载断面尺寸150mm×20mm，附加重量较重，吊装翻身时难度很大，经反复计算核校和试验，最后获得成功。这种安装方法的实施，不仅为后期浮式系船柱埋件，通气管等安装所推广应用，也为今后类似钢结构件提供了可以借鉴的施工经验。

8.背拉杆拼装及调整

作为人字门的关键附件之一，背拉杆的安装工作安排十分重要，东西关下闸首人字门安装时吸取了上闸首的教训，将背拉杆拼装焊接放在门体拼焊的时段进行，顶枢安装期间就可以进行背拉杆的吊装，顶枢调整完成之后，施加背拉杆应力调整门体垂直度，这样虽然增加了少量的人员和设备，却使人字门安装工艺更加流畅，在施工工期紧张阶段安装效率有显著的提高。在下闸首人字门背拉杆应力调整时，采用了伸长量与应力测试相结合的方法，但由于背拉杆设计结构为大尺寸的花篮螺母，其中部的重量较大，造成背拉杆的弯曲度大，实际伸长量与计算伸长量有一定差距。

9.垫块安装及环氧砂浆回填

环氧砂浆由现场材料试验确定，其流态适中，类似胶泥状，在气温20-30℃时，固化时间为30分钟，回填前在垫块槽下部和两侧采用木条简单地封堵即可，边浇筑边捣实。其配比见附表一，具有生产成本低配置简单施工方便的特点，实物取样强度满足设计要求。

三. 结语

综上所述，东西关船闸下闸首人字门安装在结合了现场施工条件的特点和以有的安装技术的基础上，对人字门安装工艺进行了一定的创新，有效地解决了东西关船闸安装工程的计划、进度和施工质量的矛盾，对施工资源的用效利用和成本节约十分有益。自2000年7月通航至今，东西关人字门经过三年多的稳定运行，其安装质量受到业主、设计和监理单位的一致肯定。我们通过工程实践，大大地丰富了人字门安装的施工技术手段，事实上，其焊接变形控制的方法在三峡双线五级船闸人字门安装中逐步得到全面的应用，不仅如此，相信随着对东西关船闸下闸首人字门安装有了更多地认识了解之后，这些方法如测量拼装等，将在今后的船闸安装工程中得到进一步推广。当然，我们也应当注意到，东西关船闸人字门在安装阶段的焊接量是比较大的，尤其是在门体调整后仍有较多的止水构件需要焊接，由于门体应力将重新分配，必然影响到支枕垫块的精度和背拉杆应力，门体安装的防腐量相应增加，防腐质量不易保证，这些问题有待于结合设计结构和制造安装工艺等方面共同进行

完善。