弧形闸门安装技术探讨

【摘要】弧形闸门是具有圆弧形的挡水门叶，闸门启闭时绕一固定支铰的水平轴转动。具有启闭省力，运转可靠，闸墩厚度较小、没有影响水流流态的门槽，工作状态与泄流条件好等优点。闸门安装复杂，安装精度要求高。

【关键词】弧形闸门；安装

1.概述

1.1定义

弧形闸门定义：具有弧形挡水面板绕水平支铰轴旋转启闭的闸门。

应用学科：水利科技（一级学科）；水工建筑（二级学科）；闸门及启闭机（三级学科）

1.2分类

（1）按门顶以上水位的深度分为露顶式和潜孔式。水库水位不超过门顶称露顶式弧形闸门（也称表孔弧形闸门）。水库水位高于门顶称潜孔式弧形闸门（也称深孔弧形闸门或高压弧门）；

（2）按传力支臂形式分为斜支臂式和直支臂式。前者多用于宽高比较大的孔口。后者多用于宽高比较小的孔口；

（3）按支承铰轴的形式分为圆柱铰、圆锥铰、球形铰和双圆柱铰式弧形闸门；

（4）按门叶结构分为主纵梁式和主横梁式弧形闸门等（受背水压的称反向弧门）。

1.3启闭设备

弧形闸门启闭力小，起吊点的运动轨迹是弧线，露顶式或宽高比较大的弧门多用两个吊点，启闭设备多采用一门一机的布置。根据建筑物的结构，弧形闸门的启闭形式常采用：吊点设在门叶面板前，采用钢丝绳卷扬机或板链式启闭机；吊点设在门叶面板后的梁系或支臂上，可采用钢丝绳卷扬机和液压启闭机。弧形闸门液压启闭机的缸体一般作成可摇摆式，以达到布置紧凑，减轻设备重量。

1.4优点和缺点

所谓弧形闸门是与平面闸门相比而言，当然也是根据其特别的性能来说的，有一种说法是：弧形钢闸门是在方案选择中优先考虑的门型之一。

弧形闸门是具有圆弧形的挡水门叶，闸门启闭时绕一固定支铰的水平轴转动。由于铰轴中心布置在弧形面板的圆心处，故作用在面板上的全部水压力通过形心，启门时只需克服闸门自重以及止水和铰轴的摩阻力对轴心的阻力矩。简单地说，弧形闸门具有启闭省力，运转可靠，闸墩厚度较小、没有影响水流流态的门槽，工作状态与泄流条件好等优点。

缺点是：

（1）闸门所占的空间位置较大；

（2）需要较长的闸墩；

（3）闸门承受的总水压力集中于支座处，支座处的侧推力，有时会影响闸墩的侧向稳定；

（4）工作闸门不能提出孔口以外进行检修，也不能在孔口间进行互换。

2.弧形闸门埋件安装

露顶式液压启闭弧形闸门的埋件包括底槛、侧轨、弧形闸门支铰下面埋件、液压缸支铰座埋件等。

图1为露顶式液压启闭弧形闸门的埋件布置情况。

2.1底槛安装

一期混凝土预埋筋检查底槛平面度检测吊装确定安装控制点利用控制点调整利用加固筋与预埋筋点焊检查平面度、底槛中心到支铰中心的半径R满足要求后焊接加固，并在过程中控制变形程度二期混凝土浇筑，并在过程中控制变形程度

2.2侧轨安装

一期混凝土预埋筋检查侧轨不锈钢止水面平面度检测吊装确定安装控制点利用控制点调整利用加固筋与预埋筋点焊检查侧轨不锈钢止水面中心到支铰中心的半径R满足要求后焊接加固，并在过程中控制变形程度二期混凝土浇筑，并在过程中控制变形程度。

2.3支铰座下埋件安装

安装控制点见图2。

（1）测量系统

施工准备阶段建立了一套精确的坐标体系，金属结构设备安装是其中的一个子系统。在服从整个坐标体系的条件下，金属结构设备安装有自身的特点，也就是说金属结构设备安装过程中在不影响整个坐标体系的前提下，必须形成某个安装空间的坐标闭合。比如在弧形闸门安装时，每孔闸门就可以认为是一个独立的坐标体系。

（2）安装手段

金属结构设备安装时要求精度比较高，可选择的仪器有全站仪、经纬仪、水准仪等。为确保安装精度，一般情况下，安装原始点由全站仪确定，其它控制点用经纬仪进行确定和校核。在弧形闸门安装过程中，采用的0.5mm钢丝线吊线方法调整支铰下埋件位置、经纬仪校核的手段能准确地保证安装精度。

（3）安装步骤

1）检查支铰垫板的螺孔距离是否满足图纸要求，否则要将偏离尺寸记录，并反馈给制造厂，支铰螺孔加工时按安装尺寸进行加工。检查支铰垫板的平面度，平面度应控制在2mm以内，超差较大的要进行打磨处理。同时在牛腿安装位置搭设支撑；

2）为确保安装精度，安装前测量预埋锚筋直径，在厚度8～10mm的钢板上按照支铰垫板的孔距钻孔，孔径为φ+0.5mm，完成后将预埋锚杆与钢板装配在一起，固定预埋锚杆尾端，装配时要尽量保证锚筋与螺孔四周间隙均匀并固定。预留锚筋丝扣长度装配支铰垫板，装配时要确保锚筋与垫板螺孔四周间隙均匀并固定。将结构件整体吊装至牛腿安装支撑位置；

3）根据螺孔距离确定控制点A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3，见图2。其中B2点为弧形闸门门叶中心与支铰座中心连线的延长点。在牛腿下方搭设安装平台，平台上架设水准仪控制A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3的高程，在图2所示里程、中心检测线位置采用0.5mm钢丝线吊线锤检测上述各点的里程和中心；

4）利用孔口中心线确定中心检测线与A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3距离，并进行调整。依据支铰中心O到支铰垫板中心的距离L，计算里程中心线与A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3距离，并进行调整。在进行上面两项工作的同时，利用水准仪对高程进行调整。

①中心检测线到A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3距离的确定方法以孔口中心线和支铰中心O为基准线，见图2。

检测线到A1（B1、C1）距离=L中-孔口中心线到检测线距离-│A1 A2│（│B1 B2│、│C1 C2│）

检测线到A2（B2、C2）距离=L中-孔口中心线到检测线距离

检测线到A3（B3、C3）距离=L中-孔口中心线到检测线距离+│A3 A2│（│B3 B2│、│C3 C2│）

②里程检测线到A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3距离的确定方法以支铰中心O为基准点，见图2。

检测线到A1（A2、A3）距离=Lcosα-中心到检测线距离-│A1 B1│sinα（│A2 B2│sinα、│A3 B3│sinα）

检测线到B1（B2、B3）距离=Lcosα-中心到检测线距离

检测线到C1（C2、C3）距离=Lcosα-中心到检测线距离+│C1 B1│sinα（│C2 B2│sinα、│C3 B3│sinα）

③高程确定方法

以支铰中心O为基准点，见图2。用水准仪和钢板尺测出O点高程Ho，然后确定H1、H2、H3。

H2=HO+Lsinα

H1=H2+│A1 B1│cosα

H3=H2-│C1 B1│cosα

5）调整好后用经纬仪对支铰垫板上的各点进行校核，确保偏差在规范要求之内。然后连接加固筋，在加固焊接过程中对焊接变形进行监测，如果变形超过规范要求，要停止焊接，再次进行调整。焊接完成后，再次用经纬仪进行校核，确保偏差满足规范要求，移交下一步工序。

6）在进行二期混凝土浇筑时，对变形进行监测，若变形较大无法满足规范要求，必须停止浇筑，对埋件进行调整后再继续浇筑。

2.4液压缸支铰座埋件

一期混凝土预埋筋检查吊装确定安装控制点利用控制点调整利用加固筋与预埋筋点焊检查支铰座中心到侧轨距离满足要求后焊接加固，并在过程中控制变形程度二期混凝土浇筑，并在过程中控制变形程度。

3.弧形闸门安装

3.1支铰、门叶、支臂安装

弧形闸门支铰、门叶、支臂安装步骤见图3，以门叶5节、上下支臂的安装为例。

在完成上述工作后，对焊缝位置进行加固，然后进行整体焊接，焊接过程中要严格控制支臂变形情况。

3.2液压启闭机安装

吊装液压缸并与支铰座连接，连接液压泵站，将液压缸与门叶连接一端吊起，慢慢伸出活塞杆，活塞杆到达门叶连接位置时将门叶与活塞杆用销轴连接。

4.结语

弧形闸门的顺利安装，并使之满足运行条件，归纳起来应注意以下几方面：

1）由于全站仪导致的测量误差能影响到金属结构的安装精度，金结安装时除原始控制点外，其它控制点基本上采用经纬仪进行确定。但必须确保所有安装控制点与原始控制点闭合；

2）调整过程中，重点控制支铰座下面埋件的安装精度。这也是闸门能否正常运行的关键。采用钢丝线吊线方法对埋件进行安装调整，而使用仪器对埋件安装结果进行检测和校核以确保安装质量；

3）将埋件（底槛、侧轨、支铰座下面埋件）安装完成后，进行二期混凝土浇筑，监控变形情况；

4）闸门门叶完成整体拼装后进行加固，检查各项尺寸，合格后对称施焊，并监控变形情况。